(57)【要約】それぞれが少なくとも１つの固定子コイル又は１つの回転子コイルを有するそれぞれ固定子又は回転子を有する進行磁界機械であって、固定子又は回転子は、離隔した溝が形成されて歯を生成しているそれぞれ固定子又は回転子背部を備える電磁軟鉄本体をそれぞれ有し、固定子又は回転子コイルは、それぞれ固定子又は回転子の溝の内部に配置された導電体バーと、それぞれ固定子又は回転子の端部面に配置された端部巻線をそれぞれ有し、固定子又は回転子コイルは、それぞれ、端部巻線の領域内において、溝の底部に対して少なくとも部分的且つ本質的に垂直に向いており、溝の底部からそれぞれ固定子又は回転子背部の方向に少なくとも部分的に突出している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが個々に少なくとも１つの固定子コイル（１４）又は１つの回転子コイルを有する固定子（１０）及び回転子を有する進行磁界機械であって、
前記固定子（１０）又は前記回転子は、離隔した溝（１６）が形成されて歯（１８）を生成しているそれぞれ固定子背部（１１）又は回転子背部を有する電磁軟鉄本体をそれぞれ有しており、
前記固定子コイル（１４）又は回転子コイルは、それぞれ前記固定子（１０）又は前記回転子の前記溝（１６）内に配置された導電体バー（２０）と、それぞれ前記固定子（１０）又は前記回転子の端部面に配置され、前記導電体バー（２２）を接続する端部巻線（２２）と、をそれぞれ有しており、
前記固定子コイル（１４）又は回転子コイルは、それぞれ、前記端部巻線（２２）の領域内において、少なくとも部分的且つ本質的に前記溝の底部に対して垂直に向いており、前記溝の前記底部から、それぞれ前記固定子（１１）又は回転子背部の方向に少なくとも部分的に突出しており、
前記端部巻線（２２）は、前記固定子（１０）と前記回転子間における空隙に対して本質的に垂直の次の条件を満足する有効な厚さＳＤを有している進行磁界機械。
ＬＤ＊ｎ＋ＲＴ＊ａ＝ＳＤ＊ｎ＊ＰＺ＊ＬＺ
ここで、ＬＤは、前記導電体バーの１つの厚さであり、ＳＤは、前記端部巻線の厚さであり、ＮＴは、前記溝の深さであり、ＲＴは、前記背部の深さであり、ａは、安全係数（０〜１）であり、ｎは、前記溝の深さＮＴ方向における導電体バーの数であり、ＬＺは、前記コイルの孔の数であり、ＰＺは、前記進行磁界機械の位相の数である。
【請求項２】
前記端部巻線（２２）は、両方の端部部分において、オフセット部分（２７）により、前記導電体バー（２０）の端部（２６）と接続されている請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項３】
前記端部巻線（２２）の両方の端部領域における前記オフセット部分（２７）は、前記導電体バー（２０）の個々の端部に対して異なる長さを有する、及び／又は、異なる角度によって形成されている請求項２記載の進行磁界機械。
【請求項４】
前記安全係数（ａ）は、０．０５〜０．９５の範囲であり、好ましくは、０．２〜０．８である請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項５】
前記導電体バー（２０）は、機械的及び電気的な接続のために、前記端部巻線（２２）における対応する部分と適合する接続領域をその端部にそれぞれ有する請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項６】
前記導電体バー（２０）の端部における前記接続領域は、その内部に、又は、それと共に、前記端部巻線（２２）における前記対応する部分が挿入及び溶接される端部面の凹部又はテーパーによって形成されている請求項５記載の進行磁界機械。
【請求項７】
前記溝は、前記固定子と前記回転子間の空隙に向かってテーパーが付与、又は、延長されており、
前記溝の内部に配置された前記導電体バーは、前記溝の内部におけるそれらの位置に応じて、前記溝の幅に少なくとも部分的に適合された幅を有している請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項８】
それぞれの固定子巻線（１４）又は回転子巻線は、前記溝（１２）内の本質的に矩形の断面を有する導電体バー（２０）と、巻線オーバーハングを形成する端部巻線（２２）と、からそれぞれ構成されており、前記導電体バー（２０）は、その端部において、前記端部巻線（２２）と一体で電気的に接続されており、前記端部巻線（２２）のそれぞれは、内部表面（３２ａ、３４ａ）が互いに対向し前記導電体バー（２０）の１つの端部部分（２６）の対応する横表面（２６ａ、２６ｂ）と接続される２つの向かい合った脚部（３２、３４）を有する本質的にＵ字形の端部部分（３０）を有する請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項９】
前記導電体バーの端部部分と前記端部巻線の端部部分間の前記接続部は、ろう付けはんだ、好ましくは、銀ろう付けはんだ、すずろう付けはんだ、又はこれらに類似のもの、のレイヤを有するか、或いは、
前記導電体バーの端部部分と前記端部巻線の端部部分間の前記接続部は、高温軟質はんだ、好ましくは、少なくとも約摂氏３８０度の融点を有するもの、のレイヤを有している請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１０】
前記導電体バーの前記端部部分には、少なくとも前記端部巻線の前記本質的にＵ字形の端部部分の壁の厚さに略相当するテーパーが付与されている請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１１】
前記向かい合った脚部のそれぞれは、前記導電体バーの前記端部部分に向かって対向するその内部表面に、前記導電体バーの前記端部部分の対応する横表面に接触する突起を有している請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１２】
前記一体の接続は、電気インパルス溶接によって実施される請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１３】
前記端部巻線の前記端部部分は、レーザー溶接により、前記導電体バーの前記端部部分と一体で接続される請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１４】
前記端部巻線は、前記導電体バーの前記端部部分を超えて軸方向に突出し、縁部が曲げられている請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１５】
前記導電体バー及び／又は前記端部巻線には、セラミック又はエナメルの被覆が施されている請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１６】
請求項１から１５の何れか１項に記載されているそれぞれ少なくとも１つの回転子又は固定子巻線を収容するための巻線チャンバを形成する周囲に分散配置されたいくつかの溝を有する回転子又は固定子を有する電気機械を製造する方法であって、
導電体バーの端部部分が前記回転子又は固定子の少なくとも１つの端部面において突出するように、本質的に矩形の導電体バーを前記巻線チャンバ内に挿入する段階と、
前記端部巻線と前記導電体バーの前記突出する端部部分を圧縮することにより、前記端部巻線を前記導電体バーの前記突出する端部部分に一体で付着させる段階と、
前記圧縮と同時に（又は、その後で）、前記接続部において材料を溶かすのに十分な既定の電気パワーパルスを流す電気接点を前記導電体バーと前記端部巻線の両方に印加する段階と、
を有し、
前記電気接点を前記導電体バー及び前記端部巻線に印加する場所は、前記圧縮の場所とは異なっている方法。
【請求項１７】
前記端部巻線は、特に、内部表面が互いに対向し前記導電体バーの１つの端部部分の対応する横表面と接続される２つの向かい合った脚部を有する本質的にＵ字形の端部部分を有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記一体付着段階は、前記２つの向かい合った脚部を前記導電体バーの前記端部部分の前記個々の横表面に対して押圧する操作を有する請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記パルスのパワーは、前記接続の領域において、本質的に熱が環境に分散されないように決定される請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
２つの部品を接続して本質的にＬ字形のコンポーネントを形成し、前記接続段階の前に、又は、その後に、セラミック又はエナメルの被覆を施し、続いて、レイヤごとに前記電磁軟鉄本体の前記溝内に挿入した後に、前記個々の巻線に組み合わせる請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、進行磁界機械に関する。更に詳しくは、本発明は、各個がそれぞれ少なくとも１つの固定子コイル又は１つの回転子コイルを有する固定子及び回転子を有する進行磁界機械に関するものであり、固定子又は回転子は、それぞれ固定子又は回転子背部を有する電磁軟鉄本体をそれぞれ有しており、そこでは間隔のあいた溝が形成されて歯を生成している。
【０００２】
（用語の定義）
「進行磁界機械」という用語は、即ち、非同期、同期、磁気抵抗機械などであって、電動機並びに発電機を包含しているが、特に、本発明においては、このような機械が、回転機械や、例えば、リニアモーターとして設計されているかどうかは重要ではない。又、本発明は、内部回転子機械及び外部回転子機械のいずれにも適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
高効率の電気機械の容積を削減する際には、構造の形態と導電体の配置が極めて重要な役割を果たすことになる。空間利用率の高い巻線オーバーハング内の長さが最小限の導電体によれば、抵抗損が減少し、パワー密度が増大する。
【０００４】
制御部及び巻線における抵抗損は接続する電流に比例しているという事実により、可能な限り抵抗値の小さな導電体配列内に、所望の高制御電圧に対応する誘導逆電圧を生成するべく、磁場内に特定の導電体長を提供しなければならない。
【０００５】
従来の電気機械は、その大部分が、主に丸い断面を有する連続ワイヤによって巻回されている。細い柔軟なワイヤは、溝の中に容易に配置可能であるが、溝及び巻線オーバーハング内における空間利用率が低いという欠点を有している。即ち、丸い断面を有するワイヤは、溝の断面領域を完全に利用できないからである。
【０００６】
ワイヤは、相互絶縁を要し、且つ、通常、円形の断面を有しているという事実から、溝の充填率（総ワイヤ断面領域／溝断面領域）は、約３５％〜４０％に過ぎない。このように巻回されたワイヤコイルにおいては、巻回されたワイヤコイルのどの巻線が相互隣接することになるかを確実に予測することは不可能であるため、絶縁レイヤは、少なくとも巻線に印加される最大公称電圧の絶縁耐力を有していなければならない。特に、溝当たりのワイヤ数が少ない場合や、溝の断面に比べて導電体の断面が相対的に大きい場合には、溝の内部における空間利用率が低下する。そして、溝の断面に適合された断面を有する導電体を連続巻回するには、非常に大きな費用を所要することになる。
【０００７】
ワイヤ及び事前形成したコイルの両方をそれぞれ巻回又は挿入する際には、絶縁された導電体の変形に対して曲げ半径が密着していなければならない。曲げ半径が小さくなるにつれて、変形前の時点で事前適用されている最小限の厚さの絶縁レイヤが損傷したり、機能的に悪影響を受けるリスクが増大する。この結果、巻線オーバーハング内の空間の利用率は不十分なものになり、磁気的に無効な導電体長、総重量、所要空間、及び抵抗損が増大してしまう。
【０００８】
（当技術分野の状況）
ドイツ特許公開第３８０３７５２Ａ１号明細書（ＤＥ３８０３７５２Ａ１）には、三相発電機用の固定子が開示されており、この固定子コアアセンブリは、固定子巻線を配置するための溝を有している。この溝内部の固定子巻線部分は、矩形の断面を有しており、溝外部のコイル端部を形成する固定子巻線部分は、円形断面を有している。この円形断面を有する固定子巻線部分は、中空の円筒型導電体によって形成されており、矩形断面を有する固定子巻線部分は、中空の円筒型導電体の圧縮によって形成されている。
【０００９】
英国特許第１３２９２０５号明細書（ＧＢ１３２９２０５）には、巻線の成型体としての製造法が開示されており、この場合には、（溝から突出する）端部部分は、溝内部の導電体部分よりも大きな断面を有している。
【００１０】
ドイツ特許第１９７３６６４５Ｃ２号明細書（ＤＥ１９７３６６４５Ｃ２）には、コイル端部の領域におけるそれぞれ固定子又は回転子コイルの厚さと、溝の領域におけるそれぞれ固定子又は回転子コイルの厚さ間の比率を、進行磁界機械の位相の数とそれぞれのコイルの孔の数の積に対応するように設定することが開示されている。この結果、端部領域におけるコイルが半径方向において有する幅が、半径方向における溝の深さよりも大きなものにはならなくなる。この結果、半径方向において溝或いは回転子又は固定子の背部を超えて突出することなしに、端部領域におけるすべての巻線を半径方向において互いに隣接した状態で配置することができる。これらの端部部分は、巻線の溝の部分との関連で、溝の長手方向の軸に平行に縁部が曲げられており、溝の上方において最小限の距離で位相ごとに一緒に引き回されている。
【００１１】
欧州特許公開第１０３９６１６Ａ２号明細書（ＥＰ１０３９６１６Ａ２）には、固定子が固定子コイルを有する進行磁界機械が開示されている。この固定子は、間隔があけられた溝が形成されて歯を生成している固定子背部を備えた電磁軟鉄本体を有している。固定子コイルは、溝の内部に配置された導電体バーと、固定子の端部面に配置され、導電体バーを接続している端部巻線と、を有している。この固定子コイルの端部巻線は、溝の底部に対して垂直に配置されており、溝の底部を固定子背部に向かって突出させている。固定子の端部面領域における固定子部分は、これを超えて半径方向内側に突出している。そして、端部巻線と導電体バーは、スタッドにより、一体でろう付けされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の既知の構成は、いくつかのアプリケーションにおいて必要とされるパワー密度及び信頼性に関する要件を部分的にしか満たすことができないという欠点を有している。
【００１３】
コイル端部の設計は、電気機械の効率にとって非常に重要な要素であり、これらの既知の構造は、大規模生産用の要件に鑑み、高効率の機械として最適化されてはいない。
【００１４】
例えば、溝内部の導電体バーとコイル端部内の端部巻線との接続は、個々の電気機械の信頼性にとって極めて重要な要素である。巻線オーバーハングの領域における条件が空間的に非常に制約されていることから、いくつかの既知の接続技術が排除されるため、この重要性は更に高まることになる。
【００１５】
大規模なアプリケーションにおいて、十分に小型の設計により、信頼性を実現できないという点が、すべての既知の概念に共通する問題点である。又、これらの既知の方法によれば、製造費用は、非常に大きなものになる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
これらの問題を解決するべく、本発明は、各個が少なくとも１つの固定子コイル又は１つの回転子コイルをそれぞれ有する固定子又は回転子を有する前述のタイプの進行磁界機械を開示しており、この固定子又は回転子は、間隔のあいた溝が形成されて歯を生成しているそれぞれ固定子又は回転子背部を備えた電磁軟鉄本体を有し、固定子又は回転子コイルは、それぞれ固定子又は回転子の溝の内部に配置された導電体バーと、それぞれ固定子又は回転子の端部面に配置された端部巻線をそれぞれ有し、固定子又は回転子コイルは、それぞれ、端部巻線の領域において、溝の底部に対して少なくとも部分的且つ本質的に垂直に向いており、溝の底部から、少なくとも部分的にそれぞれ固定子又は回転子背部の方向に突出している。この構造により、本発明による端部巻線は、固定子と回転子間の空隙に本質的に垂直な次の条件を満足する有効な厚さを有している。
【００１７】
ＬＤ＊ｎ＋ＲＴ＊ａ＝ＳＤ＊ｎ＊ＰＺ＊ＬＺ
【００１８】
ここで、ＬＤは、導電体バーの１つの厚さであり、ＳＤは、端部巻線の厚さであり、ＮＴは、溝の深さであり、ＲＴは、背部の深さであり、ａは、安全係数（０〜１）であり、ｎは、溝の深さＮＴ方向における導電体バーの数であり、ＬＺは、コイルの孔の数であり、ＰＺは、進行磁界機械の位相の数である。
【００１９】
この設計によれば、動作の際の非常に高度な信頼性と低製造コストに加え、利用可能空間（軸及び半径方向の両方、又は、それぞれの横方向）の利用率を最大にすると同時に、電気機械のパワーを最適化することができる。
【００２０】
（発明の実施例と拡張）
端部巻線は、その両方の端部部分において、好ましくは、オフセット部分により、導電体バーの端部と接続されている。このオフセット部分の長さと端部巻線の厚さから、巻線オーバーハングが回転子又は固定子の背部を超えて突出する寸法が決定される。
【００２１】
この端部巻線の両方の端部領域におけるオフセット部分は、導電体バーの個々の端部に対して異なる長さを有することができる及び／又は異なる角度で形成可能である。この結果、電気機械の所与の位相及び孔の数に応じて、巻線オーバーハングが回転子又は固定子の背部を超えて突出する特定の寸法により、端部巻線を配置することができる。
【００２２】
安全係数（ａ）は、０．０５〜０．９５の範囲であり、好ましくは、０．２〜０．８である。
【００２３】
固定子の２つの端部面の中の少なくとも１つの上において、端部巻線を、固定子背部の方向のみならず、固定子と回転子間の空隙方向にも広くすることにより、良好な空間利用率を実現することができる。尚、この場合には、この値を表す別の要素を前述の式の右側に含める必要がある。
【００２４】
導電体バーは、機械的及び電気的な接続のために、端部巻線の対応する部分に適合する接続領域をそのそれぞれの端部に有している。この機械的及び電気的接続の設計は、様々な形態を有することができる。本発明の第１実施例は、導電体バーの両方の端部面にスロットを有しており、この内部に端部巻線の端部を１つずつ挿入し、導電体バーと電気的及び機械的に接続している。この代わりに、接続ラグを導電体バーの１つ又は両方の端部に形成し、これを端部巻線の対応する部分と電気的及び機械的に接続することも可能である。即ち、導電体バーの端部に、端部面の凹部又はテーパーによって接続領域を形成し、それぞれ、この内部に、又は、ここにおいて、端部巻線の対応する部分を挿入及び接続するのである。
【００２５】
回転機械の形態における本発明の好適な実施例においては、溝は、固定子と回転子間の空隙に向かってテーパーが付与されているか又は、延長されており、溝の内部に配置されている導電体バーは、溝の内部におけるそれらの位置に応じて、溝の幅に少なくとも部分的に適合された幅を有している。この結果、利用可能な溝の空間を最大限に利用することができる。
【００２６】
本発明の実施例においては、それぞれの固定子又は回転子巻線は、溝の内部の本質的に矩形の断面を有する導電体バーと、巻線オーバーハングを形成する端部巻線と、からそれぞれ構成されており、導電体バーは、その端部において、端部巻線と一体で電気的に接続されており、端部巻線のそれぞれは、内部表面が互いに対向し導電体バーの１つの端部部分の対応する横表面と接続する２つの向かい合った脚部を有する本質的にＵ字形の端部部分を有している。
【００２７】
この解決策により、優れた電気的及び機械的特性を有する固定子巻線の特に信頼性の高い経済的な製造が、大規模生産においても、可能となる。
【００２８】
導電体バーの端部部分と端部巻線の端部部分間の接続は、導電体バーの端部部分と端部巻線の端部部分の設計とは無関係に、ろう付けはんだのレイヤを有することが可能であり、これは、好ましくは、銀ろう付けはんだ、すずろう付けはんだ、又はこれらに類似のものであり、或いは、導電体バーの端部部分と端部巻線の端部部分間の接続は、高温軟質ハンダのレイヤを有しており、これは、好ましくは、少なくとも約摂氏３８０度の融点を有している。
【００２９】
巻線オーバーハングの領域において膨らむことを（関連する空間問題と共に）回避するべく、導電体バーの端部部分は、好ましくは、少なくとも略端部巻線の本質的にＵ字形の端部部分の壁の厚さだけ、テーパーが付与されている。これは、端部巻線の端部部分が導電体バーの端部部分と係合するすべての側部表面において実施しなければならないからである。
【００３０】
端部巻線の端部部分が、導電体バーの端部部分の２つの（例：互いに向かい合った）横表面のみと係合及び接触して（一体の）接続部を形成する場合には、巻線オーバーハング内における巻線レイヤの充填密度を巻線溝の内部における充填密度と等しく維持することができる。
【００３１】
好ましくは、互いに向かい合った脚部のそれぞれは、導電体バーの端部部分に対向するその内部表面に、導電体バーの端部部分の対応する横表面と接触する突起を有している。これにより、接続プロセスにおいて、定義された順序による材料の組立が円滑に実行される。
【００３２】
この一体接続は、具体的には、電気インパルス溶接によって容易に実現することができる。或いは、この代わりに、レーザー溶接により、端部巻線の端部部分を導電体バーの端部部分と一体接続することも可能である。
【００３３】
特に、多相電気機械の場合には、巻線オーバーハングを相互に横方向にオフセットすることが必要となる。これは、端部巻線を導電体バーの端部部分を超えて軸方向に突出させ、縁部を曲げることにより、最も簡便に実現することができる。
【００３４】
導電体バー及び／又は端部巻線には、好ましくは、セラミック又はエナメル被覆が施される。このために、２つの部品を接続して本質的にＬ字形のコンポーネントを形成し、この接続段階の前の時点で、又は、この後の時点で、セラミック又はエナメル被覆を施した後、これらをレイヤごとに（両方の端部面から）電磁軟鉄本体の溝の内部に挿入し、次いで、これらを接続して個々の巻線を形成することが有利である。
【００３５】
本発明は、予め定義されているように、それぞれ少なくとも１つの回転子又は固定子巻線を収容するための巻線チャンバを形成する周囲に分散配置されたいくつかの溝を有する回転子又は固定子を有する電気機械を製造する方法にも関するものであり、この方法は、導電体バーの端部部分が回転子又は固定子の少なくとも１つの端部面において突出するように本質的に矩形の導電体バーを巻線チャンバ内に挿入する段階と、端部巻線と導電体バーの突出する端部部分を圧縮することにより、端部巻線を導電体バーの突出する端部部分に一体で付着させる段階と、この圧縮と同時に、又は、この後に、接続部において材料を溶かすのに十分な既定の電気パワーパルスを流すための電気接点を導電体バー及び端部巻線の両方に印加する段階と、を有しており、この電気接点を導電体バー及び端部巻線に印加する場所は、圧縮する場所とは異なっている。
【００３６】
この導電体バー及び端部巻線において電気接点電極を印加する場所が、圧縮する場所とは異なっているため、接続対象の部品と接点電極が接着又は溶融することが回避される。
【００３７】
２つの向かい合った脚部を導電体バーの端部部分の個々の横表面に配置し、これらに対して押圧する。
【００３８】
本発明によれば、パルスのパワーは、接続の領域において、本質的に熱が環境に分散しないように決定している。具体的には、これは、可能な限り短い時間間隔でパワーを接続対象部品に印加することによって実現される。この結果、溶融プロセスは、接続プロセスが終了する前にエネルギーがほとんど環境に分散しないように、迅速に実施される。
【００３９】
本発明によれば、電磁軟鉄本体外部の導電体断面は、個々の利用可能な空間に対してそれ自体が適合されており、この結果、大きな接点領域によって低伝達抵抗を実現するべく、導電体の断面が、特に接続部において大きくなっている。この空間利用率の改善により、機械の効率又はパワー密度が増大する。
【００４０】
更なる特徴、特性、利点、及び可能な変更については、添付の図面との関連において以下の説明を参照することにより、当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、内部回転子機械（詳細には示されていない）の固定子１０の実施例の一部を示す平面図である。但し、本発明は、外部回転子機械に対しても適用可能である。尚、この実施例においては、固定子１０は、積層シート（詳細には示されていない）から構成されているが、鉄粉を圧縮して個々の形状に焼結することによって構成することも可能であろう。
【００４２】
固定子１０は、互いに隣接配置された溝１２を有しており、これらによって、個々の固定子コイル巻線１４用の巻線チャンバが形成されている。この図示の実施例においては、巻線チャンバ１２は、本質的に矩形の断面を有しており、側部のスロット１６（図示されてはいない）が回転子に対して対向している。この結果、歯１８が、それぞれ２つのスロット１６間に形成されている。
【００４３】
それぞれの固定子コイル１４は、巻線チャンバ１２内に挿入され端部巻線２２によって接続された本質的に矩形の断面を有する導電体バー２０によって形成されている。そして、すべての巻線の端部巻線２２は、総体として巻線オーバーハング２４（図２を参照されたい）を形成している。
【００４４】
図２にも、いくつかの固定子コイルを有する進行磁界機械の固定子１０が示されている。この固定子１０は、離隔した溝１２が形成され歯１８を生成している固定子背部１１を有する電磁軟鉄本体である。
【００４５】
固定子１０の固定子コイル１４は、溝１６内に配置された導電体バー２０と、固定子１０の端部面に配置され、導電体バー２２を接続する端部巻線２２と、によって形成されている。端部巻線２２の領域において、固定子コイル１４は、導電体バー２０の長手方向の軸との関連で、溝１６の底部１７に対して少なくとも部分的且つ本質的に垂直に向いており、溝１６の底部１７を固定子背部１１に向かって部分的に突出させている。そして、端部巻線２２は、それぞれ固定子又は回転子の端部面に対して本質的に垂直の方向を有している。
【００４６】
又、端部巻線２２は、それらの端部部分の１つ又は両方において、導電体バー２０の長手方向の軸に垂直の方向に向いたオフセット部分２７（図７又は図８も参照されたい）によっても導電体バー２０の端部２６に接続されている。これらのオフセット部分は、図８に示されているように、端部巻線２２の一部であるか、或いは、図８に示されているように、個々の導電体バー２０の一部であってよい。
【００４７】
特に、図２及び図８からわかるように、端部巻線２２の２つの端部部分におけるオフセット部分２７は、巻線オーバーハングにおいて端部巻線の個々の相対位置を得るべく、導電体バー２０の個々の端部２６に対して異なる長さを有している。
【００４８】
図２は、５相／１孔機械の巻線オーバーハングを部分的且つ概略的に示しており、それぞれの巻線は、４つのレイヤ（ｕ、ｖ、ｗ、ｘ）を有している。わかりやすくするべく、溝１、２、３、４、５の左側の２つの溝３’、５’と、溝１、２、３、４、５の右側の２つの溝２’、４’は、導電体バーとこれに接続する端部巻線を省略して示されている。図示のごとく、巻線オーバーハングは、固定子背部１１を超えて約３０％（ａ＊ＲＴ）だけ突出している。特に、低電圧機械（約６０Ｖの動作電圧）の場合には、安全係数ａを０．９５まで大きく設定することができる。本演算例（図２を参照されたい）の場合には、端部巻線２２は、０．８８ｍｍの厚さＳＤを有し、導電体バーは、２．５ｍｍの厚さＬＤを有することになろう。
【００４９】
図３及び図４には、導電体バー２０と端部巻線２２間の接続部の設計の実施例が示されている。導電体バー２０は、その端部２６において、端部巻線２２と一体且つ電気的に接続されている。これは、端部巻線２２のそれぞれが、内部表面３２ａ、３４ａが互いに対向し導電体バー２０の１つの端部部分２６の対応する横表面２６ａ、２６ｂと接続する２つの向かい合った脚部３２、３４を有する本質的にＵ字形の端部部分３０を有することによって実現されている。尚、図３及び図４には、導電体バー２０の１つの端部と端部巻線２２の半分の間の接続部のみが示されている（もう一方は、これと鏡像の関係に反転した構造を有している）。
【００５０】
この接続部を接続するべく、この実施例においては、導電体バー２０の端部部分２６の横表面２６ａ、２６ｂに、（銀）ろう付けはんだのレイヤが提供されている。
【００５１】
図４の実施例に示されているように、導電体バー２０の端部部分２６には、端部巻線２２の本質的にＵ字形の端部部分３０の壁の厚さに略相当するテーパーが付与されている。これにより、巻線オーバーハングの領域における空間条件を過剰に制限しないようになっている。即ち、巻線オーバーハングを非常にコンパクトにし、この結果、固定子コイルの電磁的に無効な部分が相対的に小さくなるようにしている。この導電体バーと端部巻線がそれぞれ２つの横表面又は内部表面を介して接続されるという事実により、非常に大きな接続面と、従って、機械的及び電気的に非常に信頼性の高い接続が実現されている。
【００５２】
互いに対向する向かい合った脚部３２、３４の内部表面には、それぞれ円錐形状の突起３８が脚部３２、３４の外部からの窪みによって形成され、提供されている。更に詳細に後述するように、導電体バーと端部巻線間の接続は電気インパルス溶接によって行われるため、この突起３８は、再現可能な電気接触を提供し、これにより、溶接操作における接続対象材料の定義された溶融プロセスを提供している。
【００５３】
前述の固定子を有する電気機械の製造は、第１の実施例によれば、次のように進行することになる。
【００５４】
まず、適切な溝を有する固定子（図１を参照されたい）を提供する。そして、これらの溝の内部に、矩形の導電体バーを挿入する（これらの導電体バーは、導電体バーの端部部分のそれぞれが固定子の両方の端部面において突出するような寸法になっている）。溝の形状に適合した形状の導電体バーを使用することにより、充填密度（即ち、充填率）を、従来の丸いワイヤのコイル巻線と比べて、格段に向上させることができる。
【００５５】
続いて、端部巻線を導電体バーの突出する端部部分と接続する。このために、端部巻線２２の端部部分３０の２つの向かい合った脚部３２、３４を、２つの押圧ジョー４０、４２（図５を参照されたい）により、導電体バー２０の端部部分２６の個々の横表面２６ａ、２６ｂに対して押圧する。電気インパルス溶接における従来のツールとは異なり、これらの押圧ジョー４０、４２を通じて電流は流さない。これらは、端部巻線２２の端部部分３０の２つの向かい合った脚部３２、３４が導電体バー２０の端部部分２６の横表面２６ａ、２６ｂに対して押圧されるように、力Ｆによって共に押圧されるだけである。この結果、突起３８の先端が端部部分２６の横表面２６ａ、２６ｂにそれぞれ接触することになる。そして、突起３８と横表面２６ａ、２６ｂ間において実行されるこの圧縮動作並びに接触と同時に、電気接点をそれぞれ導電体バー及び端部巻線に印加し、これを通じて、接続部において材料を溶かすのに十分な既定のパワーパルスを流すのである。
【００５６】
この代わりに、導電体バー２０を、その端部の１つにおいて、端部巻線２２の１つの端部と接続し、これにより、本質的にＬ字形の構造を生成することも可能である。次いで、これらのＬ字形の構造を、固定子１０の両方の端部面から、レイヤごとに、その溝１２内に挿入し、前述の方法により、個々の対応する導電体バー又は端部巻線の個々の端部と接続する。
【００５７】
図５に示されているように、電気接点を導電体バーと端部巻線に印加する場所は、押圧ジョーが端部巻線２２の端部部分３０の２つの向かい合った脚部３２、３４を導電体バー２０の端部部分２６の個々の横表面２６ａ、２６ｂに対して押圧する場所とは異なっている。即ち、この図示の実施例においては、電気パワーパルスは、２つの接点ピストン５０、５２を通じて供給されており、一方は、端部巻線の中央平面５６（図３、図５を参照されたい）に、他方は、導電体バーの端部面２６ｃに対して印加されている。当然のことながら、空間的な条件に応じて、その他の場所も、それぞれ端部巻線又は導電体バーにおける電気パワーパルス供給のために使用可能である。この電気パワーパルスの接点の場所が、端部巻線を導電体バーと接続（溶接）する場所とは異なっているということは、極めて重要で点である。即ち、力を印加する場所を通じて電流が流れないというこの事実により、押圧ジョーが接続対象の部品の１つに接着することを防止しているのである。
【００５８】
図６は、それぞれ端部巻線又は導電体バーの更なる実施例を示しており、この場合には、端部巻線２２は、その端部部分３０の２つの向かい合った脚部３２、３４のみにより、導電体バーの端部部分の横表面２６ａ、２６ｂと接触している。この実施例は、同一の巻線チャンバ内の隣接する導電体バーからの距離が、導電体バーのその個々の端部巻線との接続によって影響を受けないという点において有利である。端部巻線に印加される接点ピストンは、導電体バーの端部面２６ｃを取り囲む中央部分５６に印加可能であり、導電体バーに印加する接点ピストンは、導電体バーの向かい合った端部に印加可能である。
【００５９】
この実施例の本質的な利点は、重要な（特に、隣接する導電体バーに向かう）方向において、導電体バーと端部巻線間の空間を節約するための接続部を実現するためのテーパーを端部部分に付与する必要がないという点にある。
【００６０】
図７は、端部巻線と導電体バーの更なる実施例を示しており、この場合には、オフセット部分２７として、導電体バーから下方に所定の角度でタグが一体形成されている。端部巻線２２は、このオフセット部分２７に溶接されている。
【００６１】
図８は、端部巻線と導電体バーの更なる実施例を示しており、この場合には、導電体バー２０は、その端部において端部巻線と一体で電気的に接続されており、それぞれの導電体バー２０は、その間において端部巻線２２の１つの端部と係合し溶接される２つの向かい合った脚部２０ａ、２０ｂを有する本質的にＵ字形の端部部分を有している。図示のとおり、端部巻線２２の２つの端部部分におけるオフセット部分２７は、導電体バー２０の個々の端部に対して異なる長さを有し、所定の角度を形成している。
【００６２】
尚、端部巻線の端部部分は、導電体バーの端部表面と面接触した状態で、（例えば、溶接によって）接続することも可能である。
【００６３】
図面に示されている個々の部品及びその各部分とそれらの材料の厚さは、限定を意味するものと解釈されてはならず、個々の寸法は、図示のものを逸脱することができる。又、図面に示されている実施例は、回転機械（即ち、内部又は外部回転子機械）の場合には、回転軸を中心に配置するか、或いは、湾曲させなければならないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による電動機用の固定子の実施例が、固定子巻線の断面と共に、平面図によって概略的に示されている。
【図２】図１に示されている電動機の巻線オーバーハングを巻線溝と固定子背部の上方において配置する方法を概略的に示している。
【図３】図１の巻線の導電体バーを、巻線オーバーハングを形成する端部巻線と接続する方法を透視図によって示している。
【図４】図１の巻線の導電体バーを、巻線オーバーハングを形成する端部巻線と接続する方法を透視図によって示している。
【図５】図３、図４の導電体バーと端部巻線を圧縮して電気パルスを印加する方法を概略平面図によって示している。
【図６】端部巻線の更なる代替実施例を示しており、端部巻線の一部が概略的な透視図によって示されている。
【図７】端部巻線の更なる代替実施例を示しており、端部巻線の一部が概略的な透視図によって示されている。
【図８】端部巻線の更なる別の代替実施例を示しており、端部巻線の一部が概略的な透視図によって示されている。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月4日(2003.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが個々に少なくとも１つの固定子コイル（１４）又は１つの回転子コイルを有する固定子（１０）及び回転子を有する進行磁界機械であって、
前記固定子（１０）又は前記回転子は、離隔した溝（１６）が形成されて歯（１８）を生成しているそれぞれ固定子背部（１１）又は回転子背部を有する電磁軟鉄本体をそれぞれ有しており、
前記固定子コイル（１４）又は回転子コイルは、それぞれ前記固定子（１０）又は前記回転子の前記溝（１６）内に配置された導電体バー（２０）と、それぞれ前記固定子（１０）又は前記回転子の端部面に配置され、前記導電体バー（２２）を接続する端部巻線（２２）と、をそれぞれ有しており、
前記固定子コイル（１４）又は回転子コイルは、それぞれ、前記端部巻線（２２）の領域内において、少なくとも部分的且つ本質的に前記溝の底部に対して垂直に向いており、前記溝の前記底部から、それぞれ前記固定子（１１）又は回転子背部の方向に少なくとも部分的に突出しており、
前記端部巻線（２２）は、前記固定子（１０）と前記回転子間における空隙に対して本質的に垂直の次の条件を満足する有効な厚さＳＤを有している進行磁界機械。
ＬＤ＊ｎ＋ＲＴ＊ａ＝ＳＤ＊ｎ＊ＰＺ＊ＬＺ
ここで、ＬＤは、前記導電体バーの１つの厚さであり、ＳＤは、前記端部巻線の厚さであり、ＮＴは、前記溝の深さであり、ＲＴは、前記背部の深さであり、ａは、安全係数（０〜１）であり、ｎは、前記溝の深さＮＴ方向における導電体バーの数であり、ＬＺは、前記コイルの孔の数であり、ＰＺは、前記進行磁界機械の位相の数である。
【請求項２】
前記端部巻線（２２）は、両方の端部部分において、オフセット部分（２７）により、前記導電体バー（２０）の端部（２６）と接続されている請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項３】
前記端部巻線（２２）の両方の端部領域における前記オフセット部分（２７）は、前記導電体バー（２０）の個々の端部に対して異なる長さを有する、及び／又は、異なる角度によって形成されている請求項２記載の進行磁界機械。
【請求項４】
前記安全係数（ａ）は、０．０５〜０．９５の範囲であり、好ましくは、０．２〜０．８である請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項５】
前記導電体バー（２０）は、機械的及び電気的な接続のために、前記端部巻線（２２）における対応する部分と適合する接続領域をその端部にそれぞれ有する請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項６】
前記導電体バー（２０）の端部における前記接続領域は、その内部に、又は、それと共に、前記端部巻線（２２）における前記対応する部分が挿入及び溶接される端部面の凹部又はテーパーによって形成されている請求項５記載の進行磁界機械。
【請求項７】
前記溝は、前記固定子と前記回転子間の空隙に向かってテーパーが付与、又は、延長されており、
前記溝の内部に配置された前記導電体バーは、前記溝の内部におけるそれらの位置に応じて、前記溝の幅に少なくとも部分的に適合された幅を有している請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項８】
それぞれの固定子巻線（１４）又は回転子巻線は、前記溝（１２）内の本質的に矩形の断面を有する導電体バー（２０）と、巻線オーバーハングを形成する端部巻線（２２）と、からそれぞれ構成されており、前記導電体バー（２０）は、その端部において、前記端部巻線（２２）と一体で電気的に接続されており、前記端部巻線（２２）のそれぞれは、内部表面（３２ａ、３４ａ）が互いに対向し前記導電体バー（２０）の１つの端部部分（２６）の対応する横表面（２６ａ、２６ｂ）と接続される２つの向かい合った脚部（３２、３４）を有する本質的にＵ字形の端部部分（３０）を有する請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項９】
前記導電体バーの端部部分と前記端部巻線の端部部分間の前記接続部は、ろう付けはんだ、好ましくは、銀ろう付けはんだ、すずろう付けはんだ、又はこれらに類似のもの、のレイヤを有するか、或いは、
前記導電体バーの端部部分と前記端部巻線の端部部分間の前記接続部は、高温軟質はんだ、好ましくは、少なくとも約摂氏３８０度の融点を有するもの、のレイヤを有している請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１０】
前記導電体バーの前記端部部分には、少なくとも前記端部巻線の前記本質的にＵ字形の端部部分の壁の厚さに略相当するテーパーが付与されている請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１１】
前記向かい合った脚部のそれぞれは、前記導電体バーの前記端部部分に向かって対向するその内部表面に、前記導電体バーの前記端部部分の対応する横表面に接触する突起を有している請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１２】
前記一体の接続は、電気インパルス溶接によって実施される請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１３】
前記端部巻線の前記端部部分は、レーザー溶接により、前記導電体バーの前記端部部分と一体で接続される請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１４】
前記端部巻線は、前記導電体バーの前記端部部分を超えて軸方向に突出し、縁部が曲げられている請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１５】
前記導電体バー及び／又は前記端部巻線には、セラミック又はエナメルの被覆が施されている請求項１記載の進行磁界機械。
【請求項１６】
請求項１から１５の何れか１項に記載されているそれぞれ少なくとも１つの回転子又は固定子巻線を収容するための巻線チャンバを形成する周囲に分散配置されたいくつかの溝を有する回転子又は固定子を有する電気機械を製造する方法であって、
導電体バーの端部部分が前記回転子又は固定子の少なくとも１つの端部面において突出するように、本質的に矩形の導電体バーを前記巻線チャンバ内に挿入する段階と、
前記端部巻線と前記導電体バーの前記突出する端部部分を圧縮することにより、前記端部巻線を前記導電体バーの前記突出する端部部分に一体で付着させる段階と、
前記圧縮と同時に（又は、その後で）、前記接続部において材料を溶かすのに十分な既定の電気パワーパルスを流す電気接点を前記導電体バーと前記端部巻線の両方に印加する段階と、
を有し、
前記電気接点を前記導電体バー及び前記端部巻線に印加する場所は、前記圧縮の場所とは異なっており、
前記端部巻線は、その２つの端部領域において、オフセット部分により、前記導電体バーの端部と接続されており、該オフセット部分の長さ及び角度と、前記端部巻線の厚さとから、前記巻線オーバーハングが前記回転子又は固定子の背部を超えて突出する寸法が決定される方法。
【請求項１７】
前記端部巻線は、特に、内部表面が互いに対向し前記導電体バーの１つの端部部分の対応する横表面と接続される２つの向かい合った脚部を有する本質的にＵ字形の端部部分を有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記一体付着段階は、前記２つの向かい合った脚部を前記導電体バーの前記端部部分の前記個々の横表面に対して押圧する操作を有する請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記パルスのパワーは、前記接続の領域において、本質的に熱が環境に分散されないように決定される請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
２つの部品を接続して本質的にＬ字形のコンポーネントを形成し、前記接続段階の前に、又は、その後に、セラミック又はエナメルの被覆を施し、続いて、レイヤごとに前記電磁軟鉄本体の前記溝内に挿入した後に、前記個々の巻線に組み合わせる請求項１６記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月11日(2003.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
それぞれが個々に少なくとも１つの固定子コイル（１４）又は１つの回転子コイルを有する固定子（１０）及び回転子を有する進行磁界機械であって、
前記固定子（１０）又は前記回転子は、離隔した溝（１６）が形成されて歯（１８）を生成しているそれぞれ固定子背部（１１）又は回転子背部を有する電磁軟鉄本体をそれぞれ有しており、
前記固定子コイル（１４）又は回転子コイルは、それぞれ前記固定子（１０）又は前記回転子の前記溝（１６）内に配置された導電体バー（２０）と、それぞれ前記固定子（１０）又は前記回転子の端部面に配置された端部巻線（２２）と、をそれぞれ有しており、
前記固定子コイル（１４）又は回転子コイルは、それぞれ、前記端部巻線（２２）の領域内において、少なくとも部分的且つ本質的に前記溝の底部に対して垂直に向いており、前記溝の前記底部から、それぞれ前記固定子（１１）又は回転子背部の方向に少なくとも部分的に突出しており、
前記端部巻線（２２）は、前記固定子（１０）と前記回転子間における空隙に対して本質的に垂直の次の条件を満足する有効な厚さＳＤを有していることを特徴とする進行磁界機械。
ＬＤ＊ｎ＋ＲＴ＊ａ＝ＳＤ＊ｎ＊ＰＺ＊ＬＺ
ここで、ＬＤは、前記導電体バーの１つの厚さであり、ＳＤは、前記端部巻線の厚さであり、ＮＴは、前記溝の深さであり、ＲＴは、前記背部の深さであり、ａは、安全係数（０〜１）であり、ｎは、前記溝の深さＮＴ方向における導電体バーの数であり、ＬＺは、前記コイルの孔の数であり、ＰＺは、前記進行磁界機械の位相の数である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
ドイツ特許第１９７３６６４５Ｃ２号明細書（ＤＥ１９７３６６４５Ｃ２）には、コイル端部の領域におけるそれぞれ固定子又は回転子コイルの厚さと、溝の領域におけるそれぞれ固定子又は回転子コイルの厚さの間の比率を、進行磁界機械の位相の数とそれぞれのコイルの孔の数の積に対応するように設定することが開示されている。この結果、端部領域におけるコイルが、半径方向における溝の深さよりも半径方向において広くならないようになっている。この結果、溝又は半径方向において回転子又は固定子の背部を超えて突出することなしに、端部領域におけるすべての巻線を互いに隣接した状態で半径方向において配置することができる。これらの端部部分は、巻線の溝の部分との関連で、溝の長手方向の軸に平行に縁部が曲げられており、溝の上方において最小限の距離で位相ごとに一緒に引き回されている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
欧州特許公開第１０３９６１６Ａ２号明細書（ＥＰ１０３９６１６Ａ２）には、固定子が固定子コイルを有する進行磁界機械が開示されている。この固定子は、間隔があけられた溝が形成されて歯を生成している固定子背部を備えた電磁軟鉄本体を有している。固定子コイルは、溝の内部に配置された導電体バーと、固定子の端部面に配置され、導電体バーを接続している端部巻線と、を有している。この固定子コイルの端部巻線は、溝の底部に対して垂直に配置されており、溝の底部を固定子背部に向かって突出させている。固定子の端部面領域における固定子部分は、これを超えて半径方向内側に突出している。そして、端部巻線と導電体バーは、スタッドにより、一体でろう付けされている。
米国特許第５，４２２，５２６号明細書（ＵＳ５，４２２，５２６）には、ドイツ特許第１９７３６６４５Ｃ２号明細書（ＤＥ１９７３６６４５Ｃ２）と類似した進行磁界機械が開示されており、端部領域におけるすべての巻線を、半径方向において溝或いは回転子又は固定子の背部を超えて突出することなしに、互いに隣接した状態で半径方向において配置可能である。個々の端部巻線は、階段と平行四辺形形状の遷移によって形成されている。端部巻線の厚さは、導電体バーの厚さの略半分である。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
コイル端部の設計は、電気機械の効率にとって非常に重要な要素であり、これらの既知の構造は、大量生産用の要件に鑑み、高効率の機械として最適化されてはいない。




【国際調査報告】
2005502295.tif 000029
2005502295.tif 000030
2005502295.tif 000031
2005502295.tif 000032
2005502295.tif 000033
2005502295.tif 000034