(57)【要約】【課題】固定子コイルのためのコイルセグメントおよびコイルセグメントを製造するための方法を提供する。【解決手段】特に固定子コイルのためのコイルセグメントであって、コイルセグメントが導体束を有し、導体束が複数の導電体を有し、導体束が形状嵌合部を有するコイルセグメントにおいて、導体束が、冷却剤を供給するための少なくとも１つの凹部を有することを特徴とするコイルセグメントが提供される。さらに、固定子コイルを製造するための方法が提供される。本発明の主題はまた、本発明によるコイルセグメントを有する固定子コイル、本発明による固定子コイルを有する機械、および本発明による機械を有する自動車である。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コイルのためのコイルセグメントであって、前記コイルセグメントが導体束を有し、前記導体束が複数の導電体を有し、前記導体束が形状嵌合部を有するコイルセグメントにおいて、前記導体束が、冷却剤を供給するための少なくとも１つの凹部を有することを特徴とする、コイルセグメント。
【請求項２】
前記導体束が絶縁体を有する、請求項１に記載のコイルセグメント。
【請求項３】
前記導体束が、少なくとも１つの端部領域において長方形断面を有する、請求項１または２に記載のコイルセグメント。
【請求項４】
前記導体束が、少なくとも１つの端部領域において非長方形断面を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコイルセグメント。
【請求項５】
前記導体束の第１の端部領域が第１の外形を有し、第２の端部領域が、前記第１の外形とは異なる第２の外形を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイルセグメント。
【請求項６】
前記導体束の第１の端部領域が第１の外形を有し、第２の端部領域が、前記第１の外形に対応する第２の外形を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイルセグメント。
【請求項７】
前記導電体が各々絶縁体を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコイルセグメント。
【請求項８】
固定子コイルであって、複数の、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコイルセグメントを有し、さらに固定子コアを有し、前記固定子コアが前記コイルセグメントの端部領域を受けるための複数の溝を有する固定子コイルにおいて、少なくとも２つの端部領域が、前記コイルセグメントの２つの凹部が冷却ダクトを形成するように、前記溝において互いに面して配置されることを特徴とする固定子コイル。
【請求項９】
少なくとも１つの溝が、様々な幅を有する端部領域を有し、第１の外形を有する少なくとも１つの端部領域、および第２の外形を有する少なくとも１つの端部領域が、前記溝の断面が最適な度合いまで前記少なくとも２つの端部領域で充填されるように、前記少なくとも１つの溝において配置される、請求項８に記載の固定子コイル。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの溝が、第１の幅を有する領域を有するとともに前記第１の幅とは異なる幅である第２の幅を有する領域を有する断面を有し、前記第１の幅に対応する幅を有する少なくとも１つの第１の領域および前記第２の幅に対応する幅を有する少なくとも第２の領域が、前記溝の断面が最適な度合いまで前記少なくとも２つの端部領域で充填されるように、前記少なくとも１つの溝において配置される、請求項９に記載の固定子コイル。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの固定子コイルを有する機械。
【請求項１２】
請求項１１に記載の少なくとも１つの機械を有する自動車。
【請求項１３】
第１のステップにおいて、導体束を形成するために複数の導電体が組み合わされ、第２のステップにおいて、前記導体束が圧縮成形法により成形される方法において、前記導体束が、冷却剤を供給するための少なくとも１つの凹部を有す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コイルセグメントを製造するための方法。
【請求項１４】
前記導体束が前記圧縮成形法中に焼成および／または溶接される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記導体束が、前記圧縮成形法後に第３のステップにおいて焼成および／または溶接される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記導体束に絶縁体が設けられる、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記導体束の２つの端部領域が、特定の長さまで短縮される、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に固定子コイルのためのコイルセグメントであって、コイルセグメントが導体束を有し、導体束が複数の導電体を有するコイルセグメントに関する。本発明はまた、対応する固定子コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モーターおよび発電機における固定子は通常は固定子コイルを備える。
【０００３】
ニードル技術、フライヤー技術、ヘアピン技術または引き込み技術を含む、固定子コイルのための様々な巻線技術が、先行技術から既知である。ヘアピン技術において、固定子コイルの巻線ヘッドは、ヘアピンと呼ばれるコイルセグメントから構築される。これらは、Ｕ形状に曲げられるとともに２つの開口端部を有する導体である。中央部分領域、すなわち導体の閉鎖端部はヘッドと呼ばれる。ヘアピン技術において、特に、閉鎖端部での、すなわちヘアピンのヘッドでの導体の屈曲は、製造技術の点で困難であるとともに費用がかかる。
【０００４】
コイルセグメントは、それらの開口端部領域を固定子コアの溝（スロット）に入れて挿入される。コイルセグメントの閉鎖端部は固定子コアを超えて突出するとともに、巻線ヘッドの形のコイル端部を形成する。
【０００５】
固定子は電気機械において使用される。特に、例えば自動車などの移動性用途のための電気機械においては、電気機械、したがって固定子および固定子コイルは、可能な限りコンパクトにする必要がある。一方、電気機械は、固定子の電気板金および固定子巻線の両方における熱の発生の結果としての損失を有する。これらの熱損失は、板金の選択および巻線の構成により減らすことができるが、最適な構成であっても、熱エネルギーは依然として拡散されなければならない。電気機械の固定子の温度が使用される材料の限界温度を超えないようにするために、固定子に冷却手段を提供することが必要である。
【０００６】
空気冷却システムが先行技術から既知である。しかしながら、特に、固定子のコンパクトな設計、したがって小さい冷却表面を前提とすると、前記冷却システムはあまり効率的ではなく、高い電力密度を有する電気機械を冷却するのに不十分である。
【０００７】
さらに、固定子の円筒形の外側ジャケットによるか円筒形の内側ジャケットにより固定子冷却を提供する流体冷却システムが、先行技術から既知である。代替的に、冷却流体が固定子板金に設けられた管の中を導かれる流体冷却システムが既知である。しかしながら、管の組み込みは、板金断面増加、したがってより大きい固定子体積を必要とする。
【０００８】
文献（特許文献１）は、コイルセグメント、およびコイルセグメントを製造するための対応する方法であって、固定子の体積の減少を可能とする方法を開示する。この目的のために、導体束が、第１に、導体束の個々の導体が互いに対して摺動するように可動なままであるような方法で回転させられ、次いで、予備成形され、最後に、本質的にＵ字形状のコイルセグメントを形成するために圧縮成形法により圧縮される。導体が互いに対して摺動するように可動なままである導体の回転の結果として、導体束であって、ヘッドが比較的小さい曲率半径を有する導体束が利用可能となる。結果として、コイルセグメントの、固定子コア上に巻く間に突出する部分が減少し、したがって、比較的小さい体積の固定子が利用可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０１１５８７６Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明の欠点は、これは固定子の比較的コンパクトな設計を可能にするが、設置スペースを削減するような方法での固定子の効率的な冷却のための解決策を提供しないということである。
【００１１】
本発明の目的は、したがって、設置スペースを削減するような方法で、固定子のコンパクトな設計および固定子の効率的な冷却を可能にするコイルセグメントを利用可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、特に固定子コイルのためのコイルセグメントであって、コイルセグメントが導体束を有し、導体束が複数の導電体を有し、導体束が形状嵌合部を有するコイルセグメントにおいて、導体束が、冷却剤を供給するための少なくとも１つの凹部を有することを特徴とするコイルセグメントにより達成される。
【００１３】
本発明によるコイルセグメントには、先行技術とは対照的に、効率的な冷却を伴う、固定子の省設置スペース設計を可能にするという利点がある。
【００１４】
本発明の有利な改良形態および展開形態は、従属請求項および図面を参照した説明に見出し得る。
【００１５】
導電体は、剛性導電体としてまたは可撓性導電体として実現され得る。可撓性導電体は好ましくは、撚線導体とも呼ばれる丸線から実現される。本発明による撚線導体は、個々の線からなる導電体を示す。個々の線は好ましくは細く、銅から製作される。導体はまた、以下では撚線導体ヘアピンとも呼ばれる。
【００１６】
本発明の好ましい一実施形態において、導体束は特定の形状にプレス加工される。例えば、導体束は本質的にＵ形状になるよう圧縮され得るとともに、２つの本質的に真っ直ぐな端部領域と、２つの端部領域間に形成された１つの曲がった中央領域とを有し得る。中央領域は、コイルセグメントでの固定子コアのコンパクトな巻線が可能となるような方法で好ましくは成形される。これにより、高充填率の固定子を利用可能にすることが有利には可能になる。
【００１７】
好ましい一実施形態において、２つの端部領域および端部領域間に形成された中央領域は平面、導体束の主平面にある。代替的実施形態において、第１の端部領域は導体束の主平面にあり、第２の端部領域は、主平面から間隔を空けて配された平行な平面にある。特に、中央領域は、２つの端部領域が、互いに対して垂直である２つの方向に互いから間隔を空けて配されるように成形され、すなわち、導体束は各場合において、２つの端部領域と中央領域との間の接合部に少なくとも１つの曲率を有する。
【００１８】
導体束は、好ましくは、一方側に、冷却剤を供給するための凹部を有する。好ましい一実施形態において、導体束は、一方側の反対側にある側に、冷却剤を供給するための第２の凹部を有する。例えば、導体束は、主平面に平行な側の各々に凹部を有する。代替的一実施形態において、導体束は、追加的に、少なくとも１つの側に、導体束の主平面に対して垂直である、冷却剤を供給するためのさらなる凹部を有する。
【００１９】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、導体束は絶縁体を有する。
【００２０】
絶縁体は、プラスチックなどの絶縁材料からなる。絶縁材料は好ましくは、冷却剤に耐性がある。絶縁体は、導体束を同軸に、少なくとも導体束の長手方向部分に沿って、囲み得る。代替的に、絶縁体は、導体束を同軸に、導体束の完全長に沿って囲み得る。
【００２１】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、導体束は、少なくとも１つの端部領域において長方形断面を有する。本発明の代替的な好ましい実施形態において、導体束は、少なくとも１つの端部領域において非長方形断面を有する。
【００２２】
非長方形断面は、好ましくは環状セグメントを有する。代替的な好ましい実施形態において、非長方形断面は台形である。台形は好ましくは対称的等辺台形である。他の断面、例えば円、弓形および多角形なども考えられる。
【００２３】
結果として、有利には、固定子溝（スロット）の断面に適合されたコイルセグメントを利用可能にすることが可能である。特に、これにより、最適な度合いまで溝断面を充填するコイルセグメントが利用可能となる。結果として、充填率が増加したコイルの、特に固定子コイルの巻線が可能となる。
【００２４】
両端部領域が好ましくは長方形断面を有し、または両端部領域が好ましくは非長方形断面を有する。第１の端部領域の断面は、例えば、第２の端部領域の断面と同じ寸法である。
【００２５】
本発明のさらなる好ましい一実施形態において、導体束の第１の端部領域は第１の外形を有し、第２の端部領域は第１の外形とは異なる第２の外形を有する。
【００２６】
例えば、導体束の第１の端部領域は、第１の幅および第１の高さを有する長方形断面を有し、導体束の第２の端部領域は、第２の幅および第２の高さを有する長方形断面を有する。しかしながら、第１の高さが第２の高さに対応することも考えられる。
【００２７】
代替的な好ましい実施形態において、導体束の第１の端部領域は、第１の寸法を有する非長方形断面を有し、導体束の第２の端部領域は、第２の寸法を有する非長方形断面を有する。特に、第１の端部領域は、第１の内径および第１の外径および第１の角度を有する環状セグメントの形の断面を有し得る。第２の端部領域は、第２の内径、第２の外径および第２の角度を有する環状セグメントの形の断面を有し得る。第１の内径および外径の差は、好ましくは、第２の内径および外径の差に対応する。好ましい一実施形態において、第１の内径は本質的に、第２の外径に対応する。第１の角度は好ましくは、第２の角度に対応する。代替的実施形態において、第１のおよび第２の端部領域は台形断面を有し、台形は等辺および対称的である。本文脈において、第１の端部領域の台形断面は、好ましくは第１の高さを有し、第２の端部領域の台形断面は、第１の高さに対応する第２の高さを有する。本文脈において、断面の幅は、第１の端部領域の断面および第２の端部領域の断面が、それらが平行な側で重なっている場合、台形を形成するように選択される。
【００２８】
第１の端部領域が長方形断面を有し、第２の端部領域が非長方形断面を有することも考えられる。
【００２９】
導体束の２つの端部領域の異なる外形の結果として、非対称コイルセグメントが利用可能となる。これにより、固定子設計に対するコイルセグメントの最適な適合が可能になる。特に、固定子が、第１の端部領域を第１層、第２の端部領域を第２層にして巻かれる場合、固定子溝の非長方形断面が考慮され得る。
【００３０】
本発明の代替的な好ましい実施形態において、導体束の第１の端部領域は第１の外形を有し、第２の端部領域は第１の外形に対応する第２の外形を有する。
【００３１】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、導電体が各々絶縁体を有する。導体の互いに対する絶縁の結果として、導体間の不必要な電流は有利には回避される。
【００３２】
好ましい一実施形態において、導体束は、互いに対して絶縁された複数の撚線導体または丸線を有する。
【００３３】
本発明のさらなる主題は、固定子コイルであって、固定子コイルが請求項１〜６の一項に記載の複数のコイルセグメントを有し、固定子コイルがまた固定子コアを有し、固定子コアが、コイルセグメントの端部領域を受けるための複数の溝を有する固定子コイルにおいて、少なくとも２つの端部領域が、コイルセグメントの２つの凹部が冷却ダクトを形成するような方法で、溝において互いの方を向いて配置されることを特徴とする固定子コイルである。
【００３４】
この手段により、固定子の効率的な冷却と同時に低い総体積を可能にする固定子コイルを利用可能とすることが有利には可能である。この手段により、関係する材料の温度限界値を超えることなく、電気機械を比較的高い回転速度で、および比較的高い電力密度で作動させることが有利には可能となる。この手段により、先行技術に比べてより強力な電気機械が可能となる。
【００３５】
固定子コアは好ましくは本質的にシリンダの形状である。固定子コアは、好ましくは層状の積層コイルからなり、個々の積層は、好ましくは互いに対して絶縁される。結果として、渦電流は有利には抑制される。コイルセグメントは、それらの端部領域で固定子コアの溝へ導入される。本文脈において、各溝は好ましくは少なくとも２つの端部領域を有する。端部領域は、溝内で半径方向に重ねて配置され得る。代替的に、端部領域は、好ましくは、溝内で、シリンダ軸に対して垂直な方向に、重ねて配置される。本文脈において、端部領域は少なくとも第１および第２層を形成する。コイルセグメントの２つの端部領域は、好ましくは２つの異なる溝に配置され、その結果、第１のコイルセグメントの端部領域が、溝内で第２のコイルセグメントの端部領域に当接する。
【００３６】
溝内に位置する２つの端部領域は、好ましくは、少なくとも端部領域に位置する凹部が溝内にダクトを形成するような方法で、上下に配置される。このダクトは、冷却剤を導くのに好適である。凹部は、好ましくは、固定子コアのシリンダ軸に対して平行に延び、その結果、固定子においてシリンダ軸に対して平行に延びる少なくとも１つの冷却剤ダクトが溝内に作られる。
【００３７】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、少なくとも１つの溝は、様々な幅の断面を有し、第１の外形を有する少なくとも１つの端部領域、および第２の外形を有する少なくとも１つの端部領域が、溝断面が最適な度合いまで少なくとも２つの端部領域で充填されるような方法で、少なくとも１つの溝において配置される。
【００３８】
固定子溝の断面は、固定子が設置される電気機械に依存する。固定子溝は、通常は、本質的に長方形断面を有し、断面の、半径方向に向いた側は、それに対して垂直に延びる側より短い。すなわち、固定子溝の断面の幅は、固定子溝の断面の長さより小さい。しかしながら、断面がその長さより大きい幅を有することもまた考えられる。端部領域は溝において少なくとも第１および第２層を形成し、第１層の端部領域は好ましくは第１の外形を有し、第２層の端部領域は第２の外形を形成する。
【００３９】
代替的一実施形態において、固定子溝は本質的に対称的等辺台形断面を有し、すなわち、溝の幅は半径方向に外の方へ増加する。代替的に、溝の幅が半径方向に外の方へ減少することが考えられる。
【００４０】
例えば、半径方向に外の方へ増大する台形断面を有する溝に配置された端部領域は、対称的等辺台形断面を有する。例えば、端部領域の断面が溝断面と同じ台形の角度を有し、第１層の端部領域が第２層の端部領域より小さい断面幅を有するという事実のために、溝の断面領域の、その中に配置されたコイルセグメントによる最適な充填が達成される。
【００４１】
代替的に、台形断面を有する溝に配置される端部領域は、環状セグメントの形の断面を有し、第１層の端部領域は、第２層の端部領域より小さい断面幅を有する。
【００４２】
本発明によると、端部領域の３つ以上の層を溝において取り付けることもでき、少なくとも２つの端部領域の外形は互いに異なる。本文脈において、異なる外形を有する２つの端部領域は、１つのコイルセグメントと関連することができ、したがって固定子コアには、非対称コイルセグメントが装着され得る。代替的に、固定子コアには異なる設計の対称的コイルセグメントが装着され、第１の設計のコイルセグメントは第１の外形を有する端部領域を有し、第２の設計のコイルセグメントは第２の外形を有する端部領域を有する。
【００４３】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、少なくとも１つの溝が、第１の幅を有する領域を有するとともに第１の幅とは異なる幅である第２の幅を有する領域を有する断面を有し、第１の幅に対応する幅を有する少なくとも１つの第１の領域および第２の幅に対応する幅を有する少なくとも第２の領域が、溝断面が最適な度合いまで少なくとも２つの端部領域で充填されるような方法で、少なくとも１つの溝において配置される。
【００４４】
本発明によると、少なくとも１つの溝は本質的にＴ字形で実現される。本文脈において、比較的小さい幅を有する領域は半径方向に内側に配置され、比較的大きい幅を有する領域は、半径方向に外側に配置される。本質的に比較的小さい幅に対応する幅を有する少なくとも１つの端部領域は、比較的小さい幅を有する領域に配置される。本質的に比較的大きい幅に対応する幅を有する少なくとも１つの端部領域は、比較的大きい幅を有する領域に配置される。例えば、比較的小さい幅を有する領域は、本質的に比較的小さい幅に対応する端部領域の２つの層を有し得る。例えば、比較的大きい幅を有する領域は、本質的に比較的大きい幅に対応する幅を有する端部領域の２つの層を有し得る。この設計は、任意の望ましい数の層に移され得る。
【００４５】
本文脈において、端部領域は長方形または非長方形断面を有し得る。
【００４６】
好ましい一実施形態において、固定子コアはコイルセグメントの２つの設計を有し、第１の設計のコイルセグメントは第１の断面外形を有する端部領域を有し、第２の設計のコイルセグメントは、第１の断面外形とは異なる第２の断面外形を有する端部領域を有する。
【００４７】
代替的実施形態において、固定子コアはコイルセグメントの１つの設計を有し、コイルセグメントは各々、第１の外形を有する端部領域と、第１の外形とは異なる第２の外形を有する端部領域とを有する。したがって、固定子コアには、非対称コイルセグメントが装着される。
【００４８】
本発明のさらなる主題は、請求項１〜５の１項に記載のコイルセグメントを製造するための方法であって、第１のステップにおいて、導体束を形成するために複数の導電体が組み合わされ、第２のステップにおいて、導体束が圧縮成形法により成形される方法において、導体束が、冷却剤を供給するための少なくとも１つの凹部を有することを特徴とする方法である。
【００４９】
この手段により、単純かつ費用効果がある製造方法が、コイルセグメントのために有利には利用可能とされる。特に、コイルセグメント全体が有利には圧縮されて必要とされる形状になり、その結果、コストがかかり高価な、コイルセグメントの中央部品またはヘッドの屈曲が不要となる。さらに、設置スペースに関して最適化された効率的な冷却を伴う固定子の単純かつ費用効果がある製造のためのコイルセグメントが、本発明による方法により利用可能となる。コイルセグメントであって、その外形が溝外形へ適合されたコイルセグメントの製造を可能とする、単純かつ費用効果がある方法が、有利には利用可能となる。
【００５０】
導電体は、導体束を形成するために順序不同の態様で組み合わされ得る。導電体は、有利には、互いに対してわずかに回転して組み合わされ、その結果、導体束は圧縮成形前にばらばらになり得ない。さらに、ねじりは、電流変位効果および／または溝場変位効果を減少または抑制する。
【００５１】
圧縮成形は、型およびダイを有する圧縮成形デバイスにより実施され、型は、製造されるコイルセグメントの形の負のレリーフを有し、ダイは、対応する正のレリーフを有する。本文脈において、型の負のレリーフは、少なくとも１つの突出部を有する。好ましい一実施形態において、正のレリーフもまた、少なくとも１つの対応する突出部を有する。本文脈において、導体束は、型の負のレリーフに置かれるとともに、圧縮されてダイにより所定の形状となる。型および／またはダイの突出部はここでは、コイルセグメントに、冷却剤を供給するための１つまたは２つの凹部を提供する。
【００５２】
本発明の好ましい一実施形態において、導体束が圧縮成形法中に焼成および／または溶接される。
【００５３】
結果として、コイルセグメントの機械安定性は有利には、さらなる加工ステップを必要とせずに増加する。この手段により、導体束から構築された安定的コイルセグメントの製造のための、効率的かつ時間節約的方法が、有利には利用可能となる。
【００５４】
本発明の代替的な好ましい実施形態において、導体束は、圧縮成形法後に第３のステップにおいて焼成および／または溶接される。
【００５５】
結果として、第３の加工ステップにおいて、コイルセグメントの機械安定性は増加する。焼成または溶接のプロセスのためのプロセス条件は、個別の加工ステップにより最適化され得る。例えば、焼成および／または溶接は、圧縮成形デバイスから離れているデバイスにおいて行われ得る。
【００５６】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、導体束には絶縁体が設けられる。
【００５７】
絶縁材料が、圧縮成形前に導体束の周りに好ましくは配置され、それに加えて、圧縮成形ステップにおいて圧縮される。代替的に、圧縮成形後、および適切な場合には、焼成および／または溶接後、導体束には、絶縁材料ジャケットが設けられる。
【００５８】
本発明のさらなる好ましい実施形態において、導体束の２つの端部領域が、特定の長さまで短縮される。
【００５９】
本発明の好ましい一実施形態において、導体束の端部領域の短縮は、圧縮成形ステップ中に行われる。本発明の代替的一実施形態において、導体束の端部領域のある長さへの切断は、圧縮成形ステップ後に行われる。
【００６０】
本発明のさらなる詳細、特徴および利点は、図面において、および図面を参照しての好ましい実施形態の以下の説明において見出され得る。ここでの図面は、本質的な発明性のある概念を限定しない本発明の例示的な実施形態のみを示す。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１ａ】本発明の好ましい実施形態によるコイルセグメントの概略図である。
【図１ｂ】本発明の好ましい実施形態によるコイルセグメントの断面の概略図である。
【図１ｃ】本発明の好ましい実施形態による非対称のコイルセグメントの概略図である。
【図２ａ】本発明の好ましい実施形態による、固定子溝およびその中に配置されたコイルセグメントの概略図である。
【図２ｂ】本発明の好ましい代替的実施形態による、固定子溝およびその中に配置されたコイルセグメントの概略図である。
【図２ｃ】本発明の好ましい代替的実施形態による、固定子溝およびその中に配置されたコイルセグメントの概略図である。
【図２ｄ】本発明の好ましい代替的実施形態による、固定子溝およびその中に配置されたコイルセグメントの概略図である。
【図３ａ】本発明の好ましい実施形態による固定子コアの巻線の概略図である。
【図３ｂ】本発明の好ましい代替的実施形態による固定子コアの巻線の概略図である。
【図４ａ】本発明の好ましい実施形態によるコイルセグメントを製造するためのデバイスの概略図である。
【図４ｂ】本発明の好ましい実施形態によるコイルセグメントを製造するための方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
様々な図における同一部品には、常に同じ参照符号が付され、したがって、概してまた各々１度のみ参照または言及される。
【００６３】
図１ａにおいて、本発明の好ましい実施形態によるコイルセグメント１が示されている。コイルセグメントは、２つの端部領域２ａ、２ｂと、端部領域間に構成された中央領域３とを有する。本文脈において、中央領域３は２つの端部領域２ａ、２ｂを接続する。コイルセグメント１は本質的にＵ形状で実現される。端部領域２ａ、２ｂは本質的に真っ直ぐな態様で実現されるとともに、固定子コア９の溝（スロット）８において軸方向Ａに配置される。中央領域３は、固定子コア９の上に突出するコイル端部を形成する。
【００６４】
本文脈において、２つの端部領域２ａ、２ｂは平面、主平面Ｈにあるとともに、互いから距離ｄのところにある。中央領域３は、関連する固定子コア９においてコイルセグメント１の省設置スペース配置構成が可能であるような方法で実現される。本文脈において、中央領域３は異なって成形され得る。中央領域３の実施形態は、ここでは、コイルセグメント１の中央領域３が固定子コア９上に突出する高さを決定する。図示の実施形態において、中央領域３は、主平面Ｈにおいて曲率半径Ｋを有する曲率を少なくとも本質的に有する。
【００６５】
代替的に、２つの端部領域の一方２ｂは、主平面Ｈから間隔を空けて配されるとともにそれに平行な平面に配置され得る。中央領域３はこのとき、各場合において、端部領域２ａ、２ｂと中央領域３との間の接点にさらなる曲率を有する。
【００６６】
コイルセグメント１は導体束４から構成される。本文脈において、導体束４は複数の導電体５を有する。導電体５は好ましくは、撚線導体として実現され、各々絶縁体６を有する。絶縁体６は、有利には、隣接する導電体５間のさらなる電流を回避する。固定子コイルの巻線における渦電流損失は、複数の導電体からのコイルセグメント１の構造により最小化される。
【００６７】
導電体５は、導体束４において互いに対して回転してまたは順序不同で配置され得る。これは有利には、導体束４がばらばらになるのを最小化する。しかしながら、導電体５は、導体束４において同軸に配置され得る。
【００６８】
導体束４は、ここでは、少なくとも端部領域２ａ、２ｂにおいて、端部領域２ａ、２ｂに沿って延びる凹部７を有する。凹部７は、ここでは、２つの端部領域２ａ、２ｂが互いの方を向いて配置されると、２つの凹部７が重なって静止するとともに冷却剤を供給するためのダクト１１を形成するような方法で実現される。代替的に、凹部７は、導体束４全体にわたって延在し得る。
【００６９】
図１ｂは、本発明の好ましい実施形態によるコイルセグメント１の端部領域２ａの断面を示す。端部領域２ａの断面は本質的に長方形の態様で実現される。断面は、２つの反対の側の各々に凹部７を有する。凹部７は、本質的にＵ形状で実現される。しかしながら、２つの端部領域２ａ、２ｂが互いの方を向いて配置されると冷却剤を供給するためのダクト１１を形成するのに好適な他の任意の形状も考えられる。
【００７０】
図１ｃは、本発明の好ましい代替的実施形態による非対称コイルセグメント１を示す。コイルセグメント１の端部領域２ａ、２ｂは、異なる断面外形を有して実現される。この手段により、非対称コイルセグメント１が有利には利用可能とされる。結果として、コイルセグメント１を固定子溝８の外形に適合させることが有利には可能である。電気機械に依存して、固定子コア９の溝８は異なる外形を有し得る。特に、溝８は異なる断面を通じて異なり得る。端部領域２ａ、２ｂは好ましくは、溝において層状に配置される。本文脈において、以下に説明されるとおり、第１の端部領域２ａは、好ましくは、第１の半径方向内側へ位置する層に配置され、第２の端部領域２ｂは好ましくは第２の半径方向外側に位置する層に配置される。非長方形溝断面の場合、溝８は第１層の領域において第１の幅を有し、第２層の領域において第１の幅とは異なる第２の幅を有する。
【００７１】
端部領域２ａ、２ｂの外形は、第１の端部領域が第１層の領域における溝の幅に適合された断面幅を有し、第２の領域が第２層の領域における溝の幅に適合された断面幅を有するような方法で有利には実現される。
【００７２】
図２ａは、本発明の好ましい実施形態による、固定子溝８とそこに配置されたコイルセグメント１とを示す。固定子溝８は本質的に長方形断面を有する。本文脈において、断面は、半径方向外側および／または半径方向内側において、弓形形状で実現される。固定子コア９は、固定子コア９の内側を溝８に接続する切れ目１０を有する。端部領域２は、溝において複数の層で配置される。本文脈において、端部領域２はまた、好ましくは長方形断面を有する。導体束４の導電体５は、ここでは溝８内に密集した導体の層を形成する。これは有利には高充填率を可能にする。
【００７３】
端部領域２は、２つの端部領域の凹部７が重なって静止するとともに、冷却剤を供給するためのダクト１１を形成するような方法で、互いの方を向いて配置される。ダクト１１はここでは軸方向Ａに、固定子コア９のシリンダ軸に対して同軸に、延びる。代替的に、固定子溝８は非長方形断面も有し得る。
【００７４】
図２ｂは、本発明の好ましい代替的実施形態による、固定子溝８とそこに配置されたコイルセグメント１とを示す。固定子溝８は、本質的に対称的な台形断面を有する。本文脈において、断面は、半径方向外側および／または半径方向内側において、弓形形状で実現され得る。固定子コア９は、固定子コア９の内側を溝８に接続する切れ目１０を有する。固定子溝８は、好ましくは、対称的台形断面を有する端部領域２ａ〜２ｄを有し、少なくとも２つの端部領域２ａおよび２ｂの断面の幅は互いに異なる。本文脈において、溝８に配置された全ての端部領域２ａ〜２ｄの断面の幅は、互いに異なり得る。端部領域２ａ〜２ｄは、それらの断面幅に従って、好ましくは、端部領域２ａ〜２ｄの台形の配置構成および導電体５での溝８の最も完全な充填が実施されるような方法で、溝８に配置される。結果として、溝８の断面領域は、有利には、最適な度合いまでコイルセグメント１で充填される。これは有利には、充填率が増加した固定子溝８を利用可能にする。
【００７５】
溝８に４つの層の配置構成を有する特定の実施形態がここに図示されているとしても、溝８に４つ未満または５つ以上の層の配置構成を有する対応する設計もまた考えられる。
【００７６】
端部領域２ａ〜２ｄの断面は代替的に、長方形形状に実現することができ、その結果、溝８において端部領域２ａ〜２ｄの段形状配置構成が作られる。これにより溝８の最適な充填が可能になる。
【００７７】
図２ｃは、本発明の好ましい代替的実施形態による、固定子溝８とそこに配置されたコイルセグメント１とを示す。固定子溝８は本質的にＴ字形状断面を有する。すなわち、溝断面は、第１の幅を有する領域１２ａと第２の幅を有する領域１２ｂとを有する。本文脈において、断面は、半径方向外側および／または半径方向内側において、弓形形状で実現され得る。固定子コア９は、固定子コア９の内側を溝８に接続する切れ目１０を有する。固定子溝８は、好ましくは、長方形断面を有する端部領域２ａ〜２ｄを有し、２つの端部領域２ａ、２ｂおよび２ｃ、２ｄの断面の幅は互いに異なる。本文脈において、端部領域２ａ、２ｂは、領域１２ａの幅に合致する幅を有する断面を有し、端部領域２ｃ、２ｄは、領域１２ｂの幅に合致する幅を有する断面を有する。これは有利には充填率が増加した固定子コア９の巻線を可能にする。
【００７８】
図２ｄは、本発明の好ましい代替的実施形態による、固定子溝８とそこに配置されたコイルセグメント１とを示す。固定子溝８の断面は、本質的に両側に段プロファイルを有する。すなわち、溝断面は、第１の幅を有する第１の領域１２ａと、第２の幅を有する第２の領域１２ｂと、第３の幅を有する第３の領域１２ｃと、第４の幅を有する第４の領域１２ｄとを有する。本文脈において、断面は、半径方向外側および／または半径方向内側において、弓形形状で実現され得る。固定子コア９は、固定子コア９の内側を溝８に接続する切れ目１０を有する。固定子溝８は好ましくは、長方形断面を有する端部領域２ａ〜２ｂを有し、端部領域２ａ〜２ｄの断面の幅は各々互いに異なる。本文脈において、端部領域２ａは領域１２ａの幅に合致する幅を有する断面を有し、端部領域２ｂは領域１２ｂの幅に合致する幅を有する断面を有し、端部領域２ｃは領域１２ｃの幅に合致する幅を有する断面を有し、端部領域２ｄは領域１２ｄの幅に合致する幅を有する断面を有する。これは有利には充填率が増加した固定子コア９の巻線を可能にする。
【００７９】
溝８に４つの層の配置構成を有する特定の実施形態が図２ａ〜２ｄに図示されているとしても、溝８に４つ未満または５つ以上の層の配置構成を有する対応する設計もまた考えられる。
【００８０】
図３ａは、本発明の好ましい実施形態による固定子コア９の巻線を示す。本文脈において、固定子コア９はコイルセグメント１を受けるための半径方向溝８を有する。溝８は、例えば、本質的に台形の対称的断面を有する。コイルセグメント１は溝８内に層状に配置される。固定子はここでは、コイル１、１’の２つの異なる設計を有する。第１の実施形態によるコイルセグメント１は、第１の断面幅を有する端部領域２ａ、２ｂを有する。第２の実施形態によるコイルセグメント１’は、第２の断面幅を有する端部領域２ｃ、２ｄを有する。
【００８１】
本文脈において、コイルセグメントの端部領域２ａ〜２ｄは、それらの断面幅に従って溝８内に層状に配置される。
【００８２】
端部領域２ａ〜２ｄは好ましくは長方形断面を有し、２つの端部領域２ａ、２ｂおよび２ｃ、２ｄの断面の幅は互いに異なる。本文脈において、端部領域２ａ、２ｂは領域１２ａの幅に合致する幅を有する断面を有し、端部領域２ｃ、２ｄは領域１２ｂの幅に合致する幅を有する断面を有する。
【００８３】
本文脈において、比較的小さい断面幅を有する端部領域２ａ、２ｂは２つの半径方向内側層に配置され、比較的大きい断面幅を有する端部領域２ｃ、２ｄは２つの半径方向外側層に配置される。
【００８４】
コイルセグメントの第１の端部領域２ａは、第１の溝８ａの第１層に配置され、コイルセグメントの第２の端部領域２ｂは、第２の溝８ｂの第２層に配置される。本文脈において、コイルセグメントの設計は、いくつの溝８が第１および第２の溝８ａおよび８ｂの間に位置するかを決める。特に、コイルセグメントの中央領域３の曲率の半径Ｒは、第１および第２の溝８ａおよび８ｂの間がどのくらい大きい距離であるかを決め、この距離には中央領域３が架かっている。
【００８５】
図３ｂは、本発明の好ましい一実施形態による固定子コア９の巻線を示す。本文脈において、固定子コア９は、コイルセグメント１を受けるための半径方向溝８を有する。溝８は、例えば、本質的に台形の、対称的断面を有する。コイルセグメント１は溝８内に層状に配置される。固定子はここでは４つの異なるコイルセグメント１、１’、．．．の設計を有する。本文脈において、コイルセグメント１、１’．．．は各設計において第１の断面外形を有する端部領域２ａ、２ａ’、．．．と第２の断面外形を有する端部領域２ｂ、２ｂ’、．．．とを有する。コイルセグメント１、１’、．．．は本発明によると非対称コイルセグメントである。本文脈において、非対称コイルセグメント１の端部領域２はそれらの断面幅に従って配置される。非対称コイルセグメントの端部領域の断面幅は、好ましくは溝８の断面に適合される。
【００８６】
図４ａは、本発明の好ましい実施形態によるコイルセグメント１を形成するために、導体束４を圧縮成形するための圧縮成形デバイス１３を示す。圧縮成形デバイス１３は型１４を有する。本文脈において、型１４は、製造されるコイルセグメント１の形の負のレリーフ１５を有する。圧縮成形デバイスはまた、ダイ１６を有する。本文脈において、ダイ１６は、製造されるコイルセグメント１の形の正のレリーフ１７を有する。圧縮成形ステップにおいて、導体束４が型１４の負のレリーフ１５内に置かれ、ダイ１６により圧力がそれに加えられる。本文脈において、例えば、３００ｋＮの力が導体束４に作用する。結果として、導体束４の導電体５が共に圧縮される。導体束４は望ましい形状になるよう圧縮される。特に、正のおよび負のレリーフは突出部を有する。これらは、導体束４に凹部を提供する。導体束４は好ましくは、導体束４に増加した安定性を与えるために、圧縮成形中に焼成または溶接され得る。代替的にまたは追加的に、絶縁体１８は、導体束４が型１４内に置かれる前に導体束４の周りに配置され得る。したがって絶縁体１８は、有利には、圧縮成形ステップ中に導体束４に接続され得る。
【００８７】
図４ｂは、本発明の好ましい実施形態によるコイルセグメントを製造するための方法である。この目的のために、第１のステップにおいて、導体束４が利用可能となる。導体束４は、本質的に一方向に配置された複数の導電体５を有する。第２のステップにおいて、導体束４は、圧縮成形デバイス１３により圧縮される。結果として、導電体５は圧縮されて複合材料を形成する。導電体５は導体束４内に圧縮される。これにより、好ましくは、充填率が増加した固定子コイルの巻線が可能となる。
【００８８】
導体束４は、圧縮成形デバイス１３により予め定められた形状を有する。特に、導体束４は、冷却剤を供給するための少なくとも１つの凹部７を有する。導体束４には好ましくは、圧縮成形ステップの前に絶縁体１８が設けられる。前記絶縁体１８は有利には、圧縮成形ステップにおいて、導体束４に接続され、その結果、導体束４は特に冷却流体から保護される。
【符号の説明】
【００８９】
１  コイルセグメント
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  端部領域
３  中央領域
４  導体束
５  導電体
７  凹部
８  溝
９  固定子コア
１０  切れ目
１３  圧縮成形デバイス
１４  型
１８  絶縁体
【図１ａ】
2018133988.tif 000003
【図１ｂ】
2018133988.tif 000004
【図１ｃ】
2018133988.tif 000005
【図２ａ】
2018133988.tif 000006
【図２ｂ】
2018133988.tif 000007
【図２ｃ】
2018133988.tif 000008
【図２ｄ】
2018133988.tif 000009
【図３ａ】
2018133988.tif 000010
【図３ｂ】
2018133988.tif 000011
【図４ａ】
2018133988.tif 000012
【図４ｂ】
2018133988.tif 000013
【外国語明細書】
2018133988000001.pdf