(57)【要約】      （修正有）【課題】電気機械の固定子または回転子のバー巻線構成を提供する。【解決手段】バーセグメント４ａ〜４ｄが固定子または回転子の複数のスロット２に収容され、かつ固定子または回転子の連続巻線を形成するように互いに電気的に接続される。スロットの各々が、バーセグメントにより、第１のグループＧ１および少なくとも１つの第２のグループＧ２に分割される。第１のグループのバーセグメント４ａ、４ｂが第２のグループのバーセグメント４ｃ、４ｄよりも小さい断面を有し、第１のグループのバーセグメントが電気的に直列に接続され、および第２のグループのバーセグメントが電気的に直列にかつ第１のグループのバーセグメントと並列に接続され、第１のグループのバーセグメントが、第２のグループのバーセグメントよりも半径方向にスロット開口部２０の近くに配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバーセグメント（４ａ〜４ｄ）を含む、電気機械の固定子（３）または回転子のバー巻線構成（１）であって、前記複数のバーセグメント（４ａ〜４ｄ）が前記固定子（３）または前記回転子の複数のスロット（２）に収容され、かつ前記固定子（３）または前記回転子の連続巻線を形成するように互いに電気的に接続される、バー巻線構成（１）において、前記スロット（２）の各々が、前記バーセグメント（４ａ〜４ｄ）により、バーセグメント（４ａ、４ｂ）の第１のグループ（Ｇ１）およびバーセグメント（４ｃ、４ｄ）の少なくとも１つの第２のグループ（Ｇ２）に分割され、前記第１のグループ（Ｇ１）の前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）が前記第２のグループ（Ｇ２）の前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）よりも小さい断面を有し、前記第１のグループ（Ｇ１）の前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）が電気的に直列に接続され、および前記第２のグループ（Ｇ２）の前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）が電気的に直列にかつ前記第１のグループ（Ｇ１）の前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）と並列に接続され、前記第１のグループ（Ｇ１）の前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）が、前記第２のグループ（Ｇ２）の前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）よりも半径方向にスロット開口部（２０）の近くに配置されることを特徴とする、バー巻線構成（１）。
【請求項２】
直列に接続される前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）のすべての前記第１のグループ（Ｇ１）および直列に接続される前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）のすべての前記第２のグループ（Ｇ２）が、互いに並列に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のバー巻線構成（１）。
【請求項３】
すべての前記第１のグループ（Ｇ１）の前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）およびすべての前記第２のグループ（Ｇ２）の前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）の前記断面が、
−  両方のグループ（Ｇ１、Ｇ２）が前記電気機械の主要な負荷領域において同様の抵抗を有するか、または
−  両方のグループ（Ｇ１、Ｇ２）が断面において同様の総電流密度を有するか、または
−  両方のグループ（Ｇ１、Ｇ２）が断面において同様の電力損失密度を有するか、または
−  両方のグループ（Ｇ１、Ｇ２）の総電気損失が最小化される
ように選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載のバー巻線構成（１）。
【請求項４】
前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）の第１のグループ（Ｇ１）および前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）の第２のグループ（Ｇ２）が、同じ方向に延びる端部巻線（４０、４１）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバー巻線構成（１）。
【請求項５】
前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）の第１のグループ（Ｇ１）および前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）の第２のグループ（Ｇ２）が、それぞれの場合において、前記バーセグメント（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の１つまたは複数の層上に延在する少なくとも１つの接続セグメント（５）により、前記バー巻線構成（１）の両端部で互いに接続されることを特徴とする、請求項４に記載のバー巻線構成（１）。
【請求項６】
前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）の第１のグループ（Ｇ１）および前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）の第２のグループ（Ｇ２）が、反対方向に延びる端部巻線（４０、４１）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバー巻線構成（１）。
【請求項７】
前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）の第１のグループ（Ｇ１）および前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）の第２のグループ（Ｇ２）が前記バー巻線構成（１）の第１の端部で互いに溶接され、かつ前記バーセグメント（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の１つまたは複数の層上に延在する少なくとも１つの接続セグメント（５）により、前記第１の端部の反対側の第２の端部で互いに接続されることを特徴とする、請求項６に記載のバー巻線構成（１）。
【請求項８】
１つまたは複数のバーセグメント（４ｅ、４ｆ）を有する少なくとも１つの第３のグループ（Ｇ３）が前記スロット（２）の各々に形成され、前記１つまたは複数のバーセグメントが、前記第１のグループ（Ｇ１）の前記バーセグメント（４ａ、４ｂ）および前記第２のグループ（Ｇ２）の前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）よりも大きい断面を有し、かつ前記バーセグメント（４ｃ、４ｄ）の第２のグループ（Ｇ２）よりも前記それぞれのスロット（２）のスロットベース（２１）の近くに配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバー巻線構成（１）。
【請求項９】
前記スロット（２）のすべての前記第３のグループ（Ｇ３）の前記バーセグメント（４ｅ、４ｆ）が、前記バー巻線構成（１）の前記両端部間で直列に接続されることを特徴とする、請求項８に記載のバー巻線構成（１）。
【請求項１０】
複数のバーセグメント（７ａ〜７ｄ）を含む、電気機械の固定子（３）または回転子のバー巻線構成（１）であって、前記複数のバーセグメント（７ａ〜７ｄ）が前記固定子（３）または前記回転子の複数のスロット（２）に収容され、かつ前記固定子（３）または前記回転子の連続巻線を形成するように互いに電気的に接続される、バー巻線構成（１）において、前記バーセグメント（７ａ〜７ｄ）が前記スロット（２）内に構成および配置され、かつ前記バーセグメント（７ａ〜７ｄ）が前記スロット（２）内で完全な並列サブセグメンテーションを生成するように互いに接続されることを特徴とする、バー巻線構成（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のバーセグメントを含む、電気機械の固定子または回転子のバー巻線構成であって、複数のバーセグメントが固定子または回転子の複数のスロットに収容され、かつ固定子または回転子の連続巻線を形成するように互いに電気的に接続される、バー巻線構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定子および回転子を有する電気機械は、先行技術から異なる実施形態で知られている。前記電気機械の固定子および／または回転子の巻線は、特に銅製の比較的薄い個々のワイヤによって形成される場合が多く、個々のワイヤは、手作業でまたは対応する巻き取りもしくは引き込み機械を用いて、いわゆるスロットと呼ばれる固定子または回転子の開口部に挿入される。ここで使用されるワイヤの典型的な直径は約２ｍｍである。
【０００３】
あるいは、銅製のバー巻線として知られているものを使用することも可能であり、それにより、個々のワイヤの代わりに個々のバーセグメントがスロットに挿入される。前記バーセグメントは、固定子および／または回転子の連続巻線を形成するバー巻線構成を形成するために、特に溶接により、その端部で互いに接続できるように成形される。先行技術では、ＵまたはＶ字形の個々のバーセグメントが特に使用される場合が多く、前記バーセグメントは、その形状によりヘアピンを連想させ、従って、ヘアピンと呼ばれる場合も多い。この種のバー巻線構成は、従来の個々のワイヤ巻線と比べていくつかの利点をもたらす。高度な自動化にもかかわらず、個々のワイヤ巻線の製造には多くの手作業での製造ステップが依然として必要とされるのに対して、バー巻線構成は、全自動方式で生産することができる。そのうえ、バー巻線構成により、比較的大きい断面積を有する長方形の断面を有するバーセグメントが一般に使用されるため、スロットのスペースをよりよく活用することができる。薄い個々のワイヤが使用される場合、幾何学的に密充填の場合であっても、スロット内に常に空きスペースが残る。個々のワイヤに提供される電気絶縁性のコーティングの結果、さらなる充填損失が生じる。個々のワイヤの巻線の場合、約３０％〜５０％程度のスロット充填率が生じるのに対して、バー巻線構成を用いて８０％を超えるスロット充填率を達成することができる。その結果、より小さい設置スペースでより高い機械動力を達成することができる。
【０００４】
バーセグメント自体間およびバーセグメントと固定子または回転子との間のより信頼できる電気絶縁は、特にヘアピン形状のバーセグメント（「ヘアピン」）を使用する場合、個々のバーセグメントの明確に画定された表面および比較的大きい寸法により可能である。
【０００５】
特許文献１から知られているように、実質的にＵ字形のバーセグメントを使用する場合、組み立て中、個々のセグメントは、前側から開口されているスロットに挿入することができ、連続ワイヤを有する従来の個々のワイヤ巻線の場合には大きい困難を伴うことでのみ達成できるかまたは全く達成できないスロット、すなわち、回転子に向かって閉鎖し、空隙を形成するために半分開いたスロットを実現することが可能であるという結果をもたらす。
【０００６】
ヘアピン形状のバーセグメントに基づくバー巻線構成が使用される電気機械は、特に自動車業界では、その高エネルギー密度および自動製造の可能性のため、非常に興味深いものである。このタイプのバー巻線構成の例は、特許文献２および特許文献３によって提供されている。特許文献４または特許文献５から知られているように、組み立て中に２つのスロットに挿入することができるＵ字形またはＶ字形のヘアピンのようなバーセグメントの代わりに、各々が１つのみのスロットに挿入されるより短いバーセグメントを使用することも可能である。
【０００７】
一般に長方形の断面を有する固体のバーセグメントを有するバー巻線構成は、従来の個々のワイヤ巻線と比べて、極めて重要な比率において、特に電気機械の媒体回転速度においてかなりの利点を有する。しかし、電気機械の高い回転速度の場合、特に毎分約１１０００回以上の回転速度では、バーセグメントの大きい断面は、高周波効果による比較的高い電力損失を引き起こす。
【０００８】
実際には、バー巻線構成によって達成することができる高いスロット充填率により、より低い巻線抵抗と、従ってより低い損失とを達成することができるはずである。しかし、これは直流電流操作にのみ当てはまる。しかし、回転電気機械で起こるように、比較的高い周波数では、損失は実際には増大する。バー巻線構成は、低い回転速度でのその効率に関して、個々のワイヤ巻線よりも明確に優れているが、高い回転速度では、損失は通常極めて大きく増大する。この原因は、回転速度と共に増大する周波数による高周波効果（スロット内でバーセグメントを通過する回転磁界と、それ自体がそれ自体の周りに磁界を生成する通常は正弦波の制御電流との両方）である。物理的な観点から、回転速度と共にほぼ二次的に増大する損失をもたらす２つのメカニズムが存在する。表皮効果および近接効果は、電流が比較的高い抵抗をブリッジしなければならないため、比較的高い損失を間接的にもたらすようにバーセグメントの実効抵抗を増大する。そのうえ、隣接するバーセグメントにおける渦電流は、損失の増大を直接招く。磁界はスロット開口部の近くで最大であるため、２つの前述の効果も同様にスロット開口部の近くで最大である。前記高周波効果に対抗するため、先行技術から、例えば、大きい断面を有するバーセグメントの代わりに、より小さい断面を有する複数のバーセグメントを使用することにより、バー巻線構成をより著しくセグメント化することが知られている。これは、例えば特許文献６から知られている。しかし、電力損失を満足できる程度まで低減するには、セグメント化単独では十分でないことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８，３３０，３１８号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０  ２０１０  ０３６  ４２８  Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／０１４０５９６  Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許第７，７５９，８３５  Ｂ２号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０  ２００９  ０４０  ６４  Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許第６，９５６，３１３  Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、電気機械の高い回転速度での電力損失を簡単な方法でさらに低減することができる、最初に言及されているタイプのバー巻線構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的は、請求項１の特徴部分の特徴を有する、最初に言及されているタイプのバー巻線構成によって達成される。従属請求項は、本発明の有利な発展形態に関する。
【００１２】
本発明によるバー巻線構成は、スロットの各々が、バーセグメントにより、バーセグメントの第１のグループおよびバーセグメントの少なくとも１つの第２のグループに分割され、第１のグループのバーセグメントが第２のグループのバーセグメントよりも小さい断面を有し、第１のグループのバーセグメントが電気的に直列に接続され、および第２のグループのバーセグメントが電気的に直列にかつ第１のグループのバーセグメントと並列に接続され、第１のグループのバーセグメントが、第２のグループのバーセグメントよりも半径方向にスロット開口部の近くに配置されることを特徴とする。本発明は、上記でさらに説明されている高周波効果が特に固定子および／または回転子のスロットのスロット開口部の近くに集中し、この領域において高周波効果が電力損失に対してかなりの影響を有するという見識に基づく。従って、本発明では、バーセグメントによってスロットを不均等にセグメント化することが提案され、第２のグループのバーセグメントよりも小さい断面を有するバーセグメントの第１のグループは、各スロット内で、さらに外側に向けてかつ従ってスロット開口部の近くに配置される。２つのグループのバーセグメントは、この場合、有利には、磁力線にできる限り平行にまたは磁力線に沿って分割される。より小さい断面の使用を通じて、スロット開口部の近くには、半径方向にさらに内側に向けて位置するスロットの領域よりも非常に高い交番磁界が生じる、高度なセグメンテーションが存在する。その結果、有利には、高いスロット充填率を達成することができ、特定のタイプの相互接続により、この種の効果が損失を支配するスロット内のそれらの場所において、同時に比較的低い高周波効果が生じる。
【００１３】
好ましい実施形態では、直列に接続されるバーセグメントのすべての第１のグループおよび直列に接続されるバーセグメントのすべての第２のグループは、互いに並列に接続されることが提案される。有利には、バーセグメント構成の両端部での（ただし、その中に収容されたバーセグメントと共にバーセグメント構成の部分的なセグメントを形成する各々の個々のスロットの後ではない）並列接続が本明細書で提供され、その理由は、ここで生じる比較的小さいループが高い局所的な渦電流をもたらす恐れがあるためである。従って、換言すれば、すべての第１のグループは、有利には、直列に接続され、すべての第２のグループは、有利には、直列に接続されかつ第１のグループと並列に接続される。有利には、バー巻線構成全体にわたり、２つのグループの並列接続されたバーセグメントの異なる界磁束の大部分が相互に相殺される。
【００１４】
特に好ましい実施形態では、すべての第１のグループのバーセグメントおよびすべての第２のグループのバーセグメントの断面は、
−  両方のグループが電気機械の主要な負荷領域において同様の抵抗を有するか、または
−  両方のグループが断面において同様の総電流密度を有するか、または
−  両方のグループが断面において同様の電力損失密度を有するか、または
−  両方のグループの総電気損失が最小化される
ように選択されることが提案される。このように、特定の対象負荷領域に対してまたは駆動サイクルにおいて、有利には、第１のグループのバーセグメントおよび第２のグループのバーセグメントの断面を最適化することが可能である。
【００１５】
有利な実施形態では、バーセグメントの第１のグループおよびバーセグメントの第２のグループは、同じ方向に延びる端部巻線を有し得る。これに関連して、バーセグメントの第１のグループおよびバーセグメントの第２のグループが、それぞれの場合において、バーセグメントの１つまたは複数の層上に延在する少なくとも１つの接続セグメントにより、バー巻線構成の両端部で互いに接続されることが好都合である。あるいは、バーセグメントは、複数の層上で屈曲させ、かつ両端部で互いに溶接することもできる。
【００１６】
代替の実施形態では、バーセグメントの第１のグループおよびバーセグメントの第２のグループが、反対方向に延びる端部巻線を有する可能性も存在する。換言すれば、この実施形態では、バーセグメントの２つのグループのうちの１つは、２つのグループが固定子および／または回転子のスロットを通じて逆に延在し、バーセグメント構成の２つの両端部のうちの１つで接触するように他のグループとは逆に巻かれる。これに関連して、バーセグメントの第１のグループおよびバーセグメントの第２のグループがバー巻線構成の第１の端部で互いに溶接され、かつバーセグメントの１つまたは複数の層上に延在する少なくとも１つの接続セグメントにより、第１の端部の反対側の第２の端部で互いに接続されることが好都合である。
【００１７】
バー巻線構成の直列巻線（前記直列巻線はそれ自体が有利である）の場合、個々のバーセグメントグループ内の抵抗により、同様の電流が可能になるはずであり、その結果、ボトルネックは生成されない。従って、上記で説明されるように、バーセグメントの局所的な（すなわち、直接的に並列接続された）グループによる結果として増大する渦電流損失を理由に、まさに第１のグループのバーセグメントがスロット開口部の近くで小さい断面を有し、小さい断面を増大することができないため、特にこれは非常に要求水準の高いものである。この問題を緩和するため、有利な改良は、１つまたは複数のバーセグメントを有する少なくとも１つの第３のグループがスロットの各々に形成されることを提案し、前記１つまたは複数のバーセグメントは、第１のグループのバーセグメントおよび第２のグループのバーセグメントよりも大きい断面を有し、かつバーセグメントの第２のグループよりもそれぞれのスロットのスロットベースの近くに配置される。スロットのすべての第３のグループのバーセグメントは、好ましくは、バー巻線構成の両端部間で直列に接続され得る。バーセグメントの２つの並列接続された第１および第２のグループは、第３のグループと直列に接続され次第、前述のボトルネックを防げるように構成できることが示されている。
【００１８】
請求項１０によれば、本発明が基づく目的は、バーセグメントがスロット内に構成および配置され、かつバーセグメントがスロット内で完全な並列サブセグメンテーションを生成するように互いに接続されるという事実によって区別される、最初に言及されているタイプのバー巻線構成によっても解決される。サブセグメンテーションは、各スロットにおいて実行される。この手段は、バーセグメント構成をストリップに細分割するが、ストリップは固定式で互いに接合することができる。前記バーセグメント構成の個々のバーセグメントは、この場合、１つまたは複数の次のバーセグメントと接触する前に、単に１つのスロット、２つのスロット（バーセグメントは、ここで、通常、「ヘアピン」として具体化される）または複数のスロットを通過することができる。
【００１９】
特に有利な実施形態では、バーセグメントが長方形の断面を有するという条件が存在し得る。その結果、非常に高いスロット充填率を達成できる。
【００２０】
本明細書で説明される実施形態では、バー巻線構成によって形成される固定子および／または回転子の巻線は、波巻線またはループ巻線であり得る。波巻線は、例えば、２つのスロット内で係合することができる適切に成形されたヘアピンのようなバーセグメントまたは１つのスロット内で係合することができるヘアピン部分のようなバーセグメントを接続することによって形成することができる。ループ巻線の条件がある場合、バーセグメントは、ループのような方式で成形され、固定子および／または回転子の複数のスロットを貫通する。
【００２１】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図を参照して、好ましい例示的な実施形態の以下の説明から明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の例示的な実施形態に従って具体化される、バー巻線構成のバーセグメントが配置された電気機械の固定子のスロットのうちの１つの概略的に高度に単純化された図を示す。
【図２】本発明の第１の例示的な実施形態によるバー巻線構成のバーセグメントの電気的な相互接続を示す、概略的に高度に単純化された図を示す。
【図３】本発明の第１の例示的な実施形態によるバー巻線構成の第１の巻線図を、概略的に高度に単純化された図において示す。
【図４】図３による巻線図を使用する場合におけるバー巻線構成の端部巻線の上面図を示す。
【図５】本発明の第１の例示的な実施形態によるバー巻線構成の第２の巻線図を、概略的に高度に単純化された図において示す。
【図６】図５による巻線図を使用する場合におけるバー巻線構成の端部巻線の上面図を示す。
【図７】本発明の第２の例示的な実施形態に従って具体化される、バー巻線構成のバーセグメントが配置された電気機械の固定子のスロットのうちの１つの概略的に高度に単純化された図を示す。
【図８】本発明の第２の例示的な実施形態によるバー巻線構成のバーセグメントの電気的な相互接続を示す、概略的に高度に単純化された図を示す。
【図９】本発明の第２の例示的な実施形態によるバー巻線構成の巻線図を、概略的に高度に単純化された図において示す。
【図１０】本発明の第３の例示的な実施形態に従って具体化される、バー巻線構成のバーセグメントが配置された電気機械の固定子の複数のスロットの概略的に高度に単純化された図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜６を参照すると、電気機械の固定子３または回転子のバー巻線構成１は、複数のスロット２を有し、そのうちの１つが図１に詳細に示される。この例示的な実施形態では、それぞれの場合において、４つのバーセグメント４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが前記スロット２内に収容されている。図１による図解から、前記４つのバーセグメント４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは異なる断面を有することが明確である。スロット２の各々では、第１のバーセグメント４ａおよび第２のバーセグメント４ｂは、第３のバーセグメント４ｃおよび第４のバーセグメント４ｄよりも小さい断面を有する。第１のバーセグメント４ａおよび第２のバーセグメント４ｂは、バーセグメント４ａ、４ｂの第１のグループＧ１を形成し、この例示的な実施形態では、実質的に同一の好ましくは長方形の断面を有するが、異なる断面を有することもでき、その断面は、第３のバーセグメント４ｃおよび第４のバーセグメント４ｄの断面よりも小さい。第３のバーセグメント４ｃおよび第４のバーセグメント４ｄは、バーセグメント４ｃ、４ｄの第２のグループＧ２を形成し、この例示的な実施形態では、実質的に同一の好ましくは長方形の断面を有するが、異なる断面を有することもでき、その断面は、第１のバーセグメント４ａおよび第２のバーセグメント４ｂの断面よりも大きい。
【００２４】
バーセグメント４ａ、４ｂの第１のグループＧ１は、スロット２内で、バーセグメント４ｃ、４ｄの第２のグループＧ２よりも半径方向にさらに外側に向けてスロット開口部２０の近くに配置される。従って、第２のグループＧ２の第３および第４のバーセグメント４ｃ、４ｄは、第１および第２のバーセグメント４ａ、４ｂよりもスロット２のスロットベース２１の近くに配置される。磁束密度は、一般にスロット２のスロット開口部２０の領域で最高であるため、より細かいセグメンテーションをスロット開口部２０の領域に提供することが有利であり、その結果、第１および第２のバーセグメント４ａ、４ｂの断面は、半径方向にさらに内側に位置する第３および第４のバーセグメント４ｃ、４ｄの断面よりも小さくなるようにかなり慎重に選択される。スロット開口部２０の領域では比較的大きい交番磁界が生じるため、この領域では、より小さい断面を有する第１および第２のバーセグメント４ａ、４ｂへの前記より細かい細分割が特に有利であり、その理由は、磁界による望まない電流の流れを有利に防ぐことができるためである。
【００２５】
図２による概略図ならびに図３および５による２つの巻線図に見られるように、スロット２内の第１のグループＧ１のすべての第１および第２のバーセグメント４ａ、４ｂは、それぞれの場合において、互いに直列に接続される。そのうえ、固定子３のすべてのスロット２の第１および第２のバーセグメント４ａ、４ｂの第１のグループＧ１は、互いに直列に接続される。第２のグループＧ２のすべての第３および第４のバーセグメント４ｃ、４ｄは、同様に、それぞれの場合において、スロット２内で互いに直列に接続される。そのうえ、固定子３のすべてのスロット２の第３および第４のバーセグメント４ｃ、４ｄの第２のグループＧ２は、互いに直列に接続される。固定子３のすべてのスロット２にわたる総合結果は、すべてのスロット２の第３および第４のバーセグメント４ｃ、４ｄの第２のグループＧ２へのすべてのスロット２の第１および第２のバーセグメント４ａ、４ｂの第１のグループＧ１の並列接続であり、前記並列接続は実現が非常に簡単である。
【００２６】
これに関連して、固定子３のバー巻線構成１の両端部での（ただし、バー巻線構成１の部分的なセグメントを形成する各々のスロット２の後ではない）並列接続を提供することが有利であり、その理由は、そうでなければそれから生じるループが高い局所的な渦電流をもたらすためである。対照的に、有利には、固定子３のすべてのスロット２にわたって互いに並列に接続された２つのグループＧ１、Ｇ２のバーセグメント４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの異なる界磁束の大部分が相殺される。
【００２７】
両方のバーセグメントグループＧ１、Ｇ２は固定子３のすべてのスロット２にわたって延在するため、両方のバーセグメントグループＧ１、Ｇ２は、他のバーセグメントグループＧ１、Ｇ２のそれぞれを用いずに少なくとも磁界をほぼ生成することができる。並列接続により、電流は、２つのバーセグメントグループＧ１、Ｇ２の電気抵抗の比率に反比例して２つのバーセグメントグループ間で分割される。
【００２８】
すべての第１のグループＧ１のバーセグメント４ａ、４ｂおよびすべての第２のグループＧ２のバーセグメント４ｃ、４ｄの断面は、好ましくは、
−  両方のグループＧ１、Ｇ２が電気機械の主要な負荷領域において同様の抵抗を有するか、または
−  両方のグループＧ１、Ｇ２が断面において同様の総電流密度を有するか、または
−  両方のグループＧ１、Ｇ２が断面において同様の電力損失密度を有するか、または
−  両方のグループＧ１、Ｇ２の総電気損失が最小化される
ように選択される。このように、特定の対象負荷領域に対してまたは駆動サイクルにおいて、有利には、第１のグループＧ１のバーセグメント４ａ、４ｂおよび第２のグループＧ２のバーセグメント４ｃ、４ｄの断面を最適化することが可能である。
【００２９】
本発明の第１の例示的な実施形態に従って具体化されたバー巻線構成１の第１の巻線図は、概略的に高度に単純化されて図３に示される。この場合では、これは同方向巻線図である。ここで、スロット２の各々では、それぞれの場合において、第１のバーセグメント４ａは、第１のグループＧ１の第２のバーセグメント４ｂと直列に接続される。関連するスロット２の第２のバーセグメント４ｂは、さらなるスロット２（特に隣接するスロット２）の第１のグループＧ１の第１のバーセグメント４ａと直列に接続され、以下同様である。スロット２の各々では、それぞれの場合において、第３のバーセグメント４ｃは、第２のグループＧ２の第４のバーセグメント４ｄと直列に接続される。関連するスロット２の第４のバーセグメント４ｄは、さらなるスロット２（特に隣接するスロット２）の第３のバーセグメント４ｃと直列に接続され、以下同様である。この結果、すべてのスロット２にわたり、第１および第２のバーセグメント４ａ、４ｂは、２つのグループＧ１、Ｇ２の第３および第４のバーセグメント４ｃ、４ｄと並列に接続される。２つの並列層を互いに接続する接続セグメント５は、それぞれの場合において、バー巻線構成１の両端部に提供される。あるいは、端部側に提供されたバーセグメント４ａ、４ｃ、４ｂ、４ｄは、複数の層上で屈曲させ、かつ互いに溶接することもできる。図４は、図３による巻線図を使用したバー巻線構成１の端部巻線４０、４１の上面図を示す。この図解から、スロット２間の移行部は互いに平行に延びていることが明確である。
【００３０】
本発明の第１の例示的な実施形態に従って具体化されたバー巻線構成１の第２の巻線図について、図５および６を参照して以下でより詳細に説明する。この場合、これは反対方向巻線図である。ここで、第１のグループＧ１の巻線は、図３および４による第１の巻線図のものに相当する。スロット２の各々では、それぞれの場合において、第４のバーセグメント４ｄは、第２のグループＧ２の第３のバーセグメント４ｃと直列に接続される。関連するスロット２の第３のバーセグメント４ｃは、ここで、さらなるスロット２（特に隣接するスロット２）の第４のバーセグメント４ｄと直列に接続され、以下同様である。従って、バー巻線構成１の２つの層のうちの１つは逆方向に巻かれる。図６による上面図に見られるように、この巻線図では、スロット２間の移行部は実質的にＶ字形に分岐している。層は、バー巻線構成１の２つの両側のうちの１つで接触し、例えば、溶接接続部６により、そこで互いに接続することができる。しかし、反対側では、好ましくは層を接続するために接続セグメント５が使用される。
【００３１】
バー巻線構成１の直列巻線（前記直列巻線はそれ自体が有利である）の場合、個々のバーセグメントグループＧ１、Ｇ２内の抵抗により、同様の電流が可能になるはずであり、その結果、ボトルネックは生成されない。従って、上記で説明されるように、バーセグメント４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの局所的な（すなわち、直接的に並列接続された）グループＧ１、Ｇ２による結果として増大する渦電流損失を理由に、まさにスロット開口部２０の近くの第１のコイルグループＧ１のバーセグメント４ａ、４ｂが小さい断面を有し、前記小さい断面を増大することができないため、特にこれは非常に要求水準の高いものである。この問題に対処する電気機械の固定子３または回転子のバー巻線構成１の第２の例示的な実施形態について、図７〜９を参照して以下でより詳細に説明する。第１および第２のバーセグメント４ａ、４ｂを有する第１のグループＧ１ならびに第３および第４のバーセグメント４ｃ、４ｄを有する第２のグループＧ２に加えて、スロット２の各々では、第５および第６のバーセグメント４ｅ、４ｆを有する第３のグループＧ３が配置される。第３のグループＧ３のバーセグメント４ｅ、４ｆは、第１のグループＧ１のバーセグメント４ａ、４ｂおよび第２のグループＧ２のバーセグメント４ｃ、４ｄよりも大きい断面を有し、バーセグメント４ｃ、４ｄの第２のグループＧ２よりもそれぞれのスロット２のスロットベース２１の近くに配置される。図８に見られるように、第１および第２のグループＧ１、Ｇ２は、順次、並列接続を形成し、並列接続は上記で説明されるように具体化される。この場合、すべてのスロット２にわたる第１および第２のグループＧ１、Ｇ２の巻線は、図３に示されるように、同じ方向に延びる巻線として具体化される。原理上、前記巻線は、図５のように反対方向に延びるように具体化することもできる。
【００３２】
図９による巻線図からも見られるように、各スロット２内では、第３のグループＧ３の第５のバーセグメント４ｅは、第６のバーセグメント４ｆと直列に接続される。第６のバーセグメント４ｆは、さらなるスロット（特に隣接するスロット２）の第５のバーセグメント４ｅと電気的に直列に接続され、以下同様である。こうして形成されたすべてのスロット２にわたるグループＧ３の第５および第６のバーセグメント４ｅ、４ｆの直列接続は、２つの並列接続されたグループＧ１およびＧ２と直列に接続される。バーセグメント４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの２つの並列接続された第１および第２のグループは、第３のグループＧ３と直列に接続され次第、前述のボトルネックを防げるように構成できることが示されている。
【００３３】
上記で説明される例示的な実施形態では、バーセグメント４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆは、ヘアピンセグメントのように成形され、スロット２に挿入された後、その端部で互いに溶接することができる。
【００３４】
図１０は、バー巻線構成１のバーセグメント７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが本発明の第３の例示的な実施形態に従って配置された電気機械の固定子３の複数のスロット２の概略的に高度に単純化された図を示す。この場合、スロット２の各々は、４つのバーセグメントレベルＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に分割され、それは、図１０の左側に示されているスロット２に対して例示として示されている。スロット２の各々の巻線図は、
−  第１のバーセグメント７ａが、第１のスロット２の第１のバーセグメントレベルＥ１および第２のスロット２の第３のバーセグメントレベルＥ３に係合すること、
−  第２のバーセグメント７ｂが、第１のスロット２の第２のバーセグメントレベルＥ２および第２のスロット２の第４のバーセグメントレベルＥ４に係合すること、
−  第３のバーセグメント７ｃが、第１のスロット２の第３のバーセグメントレベルＥ３および第２のスロット２の第１のバーセグメントレベルＥ１に係合すること、および
−  第４のバーセグメント７ｄが、第１のスロット２の第４のバーセグメントレベルＥ４および第２のスロット２の第２のバーセグメントレベルＥ２に係合すること
を提供する。
【００３５】
この手段により、バー巻線構成１によるすべてのスロット２の完全な並列セグメンテーションが達成される。前方端部巻線７０は、図１０において実線を使用して示されており、後方端部巻線７１は破線によって表わされている。
【００３６】
本発明の例示的な実施形態について、例示として電気機械の固定子３を参照して説明してきた。この時点では、本明細書で説明される設計は電気機械の回転子にも適していることが強調されるべきである。
【符号の説明】
【００３７】
１  バー巻線構成
２  スロット
３  固定子
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  バーセグメント
２０  スロット開口部
Ｇ１  第１のグループ
Ｇ２  第２のグループ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2018093714000001.pdf