(57)【要約】      （修正有）【課題】交流損失（渦電流損）の低減及び熱冷却の観点から、性能を改善した電気機械を提供する。【解決手段】複数のスロットと、電気相に接続されたコイル（５、５’）とを有する電気機械のステータに関する。電気相のコイル（５、５’）のレイアウトは複数のブランチ４の並列組合せを含み、２つのコイル（５、５’）は直列に結合されている。さらに、並列な２つのブランチ（４）の２つのコイル（５、５’）のループが、各スロットに挿入されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル（５）を挿入するための複数のスロット（２）を有し、前記コイルが少なくとも１つの電気相（Ａ、Ｂ、Ｃ）に接続され、各電気相（Ａ、Ｂ、Ｃ）が複数のブランチ（４）の並列組合せに接続され、各ブランチ（４）が直列の２つのコイル（５、５’）で構成され、各コイル（５、５’）が２つのスロット（２）に挿入される複数のループを有する電気機械のステータであって、
各スロット（２）が、並列な２つのブランチ（４）の２つのコイル（５、５’）のループから成る挿入体を有することを特徴とする、電気機械のステータ。
【請求項２】
前記ブランチ（４）の前記並列組合せにおいて、各ブランチ（４）が、同じコイル（５、５’）のレイアウトのブランチ（４）を有する、請求項１に記載の電気機械のステータ。
【請求項３】
各コイル（５、５’）が、５から１５のループ（６）、好ましくは９つのループ（６）を有する、請求項１または２に記載の電気機械のステータ。
【請求項４】
各ループ（６）が、複数の電線（９）、好ましくは３から２０本の電線（９）、より好ましくは１４本の電線（９）から構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気機械のステータ。
【請求項５】
各ブランチ（４）において、第２のコイル（５’）のループ（６）が、前記ブランチ（４）の第１のコイル（５）のループ（６）が挿入されているスロット（２）と隣接するスロット（２）に挿入される、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気機械のステータ。
【請求項６】
前記第２のコイル（５’）の前記ループ（６）が、前記第１のコイル（５）の前記ループ（６）が挿入されているスロット（２）とは別の、それらの内側のスロット（２）に挿入される、請求項５に記載の電気機械のステータ。
【請求項７】
各スロット（２）において、前記コイル（５、５’）の前記ループ（６）が、それぞれ同じ向き（Ｄ１）で配置される、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気機械のステータ。
【請求項８】
各スロット（２）において、前記コイル（５、５’）の前記ループ（６）が、互いに逆の向き（Ｄ１、Ｄ２）で配置される、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気機械のステータ。
【請求項９】
前記ステータ（１）が、１２の倍数のスロット（２）を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の電気機械のステータ。
【請求項１０】
２つの前記コイル（５、５’）を分離するために、分離手段（１２）が各スロット（２）に挿入された、請求項１から９のいずれか１項に記載の電気機械のステータ。
【請求項１１】
各スロット（２）が、絶縁紙（１０）で覆われている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電気機械のステータ。
【請求項１２】
各スロット（２）がブレード（１１）によって閉じられた、請求項１から１１のいずれか１項に記載の電気機械のステータ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載のステータ（１）と、ロータと、を有する、可変式リラクタンス電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械の分野に関し、特に（可変式リラクタンス）磁気補助同期式リラクタント電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気機械は、互いに同軸上に配置された固定部位（ステータ）と回転部位（ロータ）とを有する。
【０００３】
ロータは、ロータシャフトに配置される、積層された複数の金属シートを有するロータ本体で構成できる。これらのシートは、永久磁石のハウジングと、磁石の磁束をステータに向かって半径方向へ導く磁束バリアを作り出すための複数のパーフォレーションとを有する。
【０００４】
このロータは、一般に電気コイルを保持するステータ内に収納される。
【０００５】
一般に、ステータは円環状であり、筒状の支持体へ取り付けるために、該筒状の支持体の内部に収納される。
【０００６】
このステータは、ロータの方向で開き、ステータの周縁全体に沿って広がる、複数の半径方向のスロットを備えている。これらのスロットは、該スロットの開口面を通してステータに供給され、任意の周知の手段で事前に取り付けられる、アーマチュアコイルが入るように設計されている。
【０００７】
このような電気機械を動作させると、ロータを回転させるのに必要な磁場を生成するための電流が各コイルを行ったり来たりする。
【０００８】
図１は、３つの電気相Ａ、Ｂ、Ｃによって駆動される、可変式リラクタンス機械のステータ１を示している。ステータ１は円環状の外形を有する。ステータ１は、中心を向いている３６個のスロット２と、外側リング３とを有する。各スロット２は、一般的にステータ１の内周にわたって均等に配分される。各スロット２には１〜３６の番号が付与されている。各スロット２は複数のコイル（不図示）を収納する。この図は、各スロットを貫通する、複数のコイルから成る複数の相を概略的に示している。これらの相は、スロットを貫通する相を示す、文字Ａ、Ｂ及びＣ、並びに＋または−の記号によって表される。
【０００９】
ステータのスロット内におけるコイルのレイアウトは、磁束及び電気機械の性能に影響する。そのため、いくつかのコイルのレイアウトが開発されている。
【００１０】
例えば、米国特許第６４１７５９２号明細書は、大電流容量を提供する、コイルの直列及び並列なレイアウトの一例を記載している。
【００１１】
特開２０１５−０６１３７０号公報は、各スロットが異なる相に属する２つのコイルを有する、複数のコイルのレイアウトに関連している。このようなレイアウトは実装が困難なことがある。
【００１２】
図２は、相Ａのコイルで一般的に使用されるレイアウトを例示している。この例は、図１で示したような３６個のスロットを有するステータに適している。このレイアウトに関して、相Ａは３つの並列なブランチ４を有する。各ブランチ４は、直列の２つのコイル５を有する。コイル５の端部に示された数字は、コイル５が貫通するスロットの番号に対応する（図１を参照）。したがって、この構成において、各スロットはただ１つのコイルを有する。
【００１３】
このタイプのレイアウトは、特に取り付けが容易であるために満足できるものである。しかしながら、特に交流損失（渦電流損）の低減及び熱冷却（実際、このレイアウトでは、熱的加熱を増大させる、スロット内の電流密度が高くなることがある）の観点から、電気機械の性能を改善することが望まれる。
【発明の概要】
【００１４】
これらの欠点を克服するため、本発明は、スロットと、電気相に接続されるコイルとを有する電気機械のステータに関する。電気相のコイルのレイアウトは、２つのコイルが直列に結合された、複数のブランチの並列組合せを含む。さらに、並列な２つのブランチにおける２つのコイルのループが各スロットに挿入される。このシンプルなレイアウトによってフィルファクター（fill factor）を低減することが可能であり、スロット内の電流密度を低下させてスロット内の熱冷却を容易にする。さらに、このレイアウトは、各スロットにおける二重の挿入体により、交流損失を低減させることができる。
【００１５】
本発明は、コイルを挿入するための複数のスロットを備える電気機械のステータに関し、前記コイルが少なくとも１つの電気相に接続され、各電気相が複数のブランチの並列組合せと接続され、各ブランチが直列の２つのコイルから成り、各コイルが２つのスロットに挿入される複数のループを有する。各スロットは、２つの並列なブランチにおける２つのコイルのループから成る挿入体を有する。
【００１６】
一実施態様によれば、前記ブランチの並列組合せにおいて、各ブランチが同じコイルのレイアウトのブランチを有する。
【００１７】
一実装例によれば、各コイルが、５から１５のループ、好ましくは９つのループを有する。
【００１８】
一態様によれば、各ループが、複数の電線、好ましくは３から２０本の電線、より好ましくは１４本の電線から構成される。
【００１９】
第２のコイルのループは、各ブランチにおいて、前記ブランチの第１のコイルのループが挿入されているスロットと隣接するスロットに挿入されることが有利である。
【００２０】
第２のコイルから成るループは、第１のコイルのループが挿入されているスロットとは別の、それらの内側のスロットに挿入されることが好ましい。
【００２１】
一特徴によれば、各スロットにおいて、コイルのループが、それぞれ同じ向きで配置される。
【００２２】
あるいは、各スロットにおいて、コイルのループが、互いに逆の向きで配置される。
【００２３】
一実施態様によれば、ステータは１２の倍数のスロットを備える。
【００２４】
本発明の一実装例によれば、コイルを分離する分離手段が各スロットに挿入される。
【００２５】
一態様によれば、各スロットは絶縁紙で覆われている。
【００２６】
各スロットは、ブレードによって閉じられていることが有利である。
【００２７】
さらに、本発明は、上記の特徴のうちの１つのロータ及びステータを備える可変式リラクタンス電気機械に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明によるデバイスの他の特徴及び利点は、非限定的な例として与えられる後述する実施形態の説明を添付の図面と併せて読むことで明らかになるであろう。
【図１】図１は、説明済みである、同期式リラクタント電気機械のステータを示している。
【図２】図２は、説明済みである、従来技術の電気機械の相に関するコイルのレイアウトを示している。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による電気機械の相に関するコイルのレイアウトを示している。
【図４】図４は、本発明の第１の変形実施形態によるスロット内のコイルのループのレイアウトを示している。
【図５】図５は、本発明の第２の変形実施形態によるスロット内のコイルのループのレイアウトを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、電気機械、特に可変式リラクタンス電気機械のステータに関する。
【００３０】
ステータは、円環状にすることが可能であり、筒状の支持体へ取り付けるために、該筒状の支持体の内部に収納できる。
【００３１】
ステータは、ロータの方向で開き、ステータの周縁全体に沿って広がる、複数の半径方向のスロットを有する。これらのスロットは、該スロットの開口面を通してステータに供給され、任意の周知の手段で事前に取り付けられる、アーマチュアコイルが入るように設計されている。
【００３２】
本発明によるステータは、図１で示したステータと同じにできる。ステータは、例えば６極の機械では、特に３６個のスロットを有することができる。あるいは、ステータは、例えば８極の機械では、４８個のスロットを有することができる。一般に、ステータは、１２の倍数のスロットを有することができる。これらの構成は、特に同期式リラクタント電気機械に適している。
【００３３】
ステータは、３つの電気相に接続される複数のコイルのレイアウトのために設計できる。複数のスロット２において、各相の均一な分布を提供できる。例えば、ペア毎の相交代（pairwise phase alternation）を備えることができる。すなわち、２つの連続するスロットは、次に相Ｂに接続されるコイルを有する２つの連続するスロットがあり、続いて相Ｃに接続されるコイルを有する２つの連続するスロットがあり、続いて相Ａに接続されるコイルを有する２つの連続するスロットに至る、相Ａに接続されるコイルを有することができる。
【００３４】
本発明の一態様によれば、ステータは、積層されて組み立てられた複数の薄い金属シートで作製できる。
【００３５】
本発明は、スロット内における複数のコイルの特定のレイアウトに関する。このレイアウトは、各電気相に関して類似している。
【００３６】
ステータにおいて、各電気相は複数のブランチから成る並列組合せに接続される。各ブランチは、２つのコイルの直列組合せで構成される。各コイルは、複数のループを有する。すなわち、電気相は複数のブランチに接続され、ブランチはそれぞれ２つのコイルを有し、各コイルは複数のループ（数回巻いた）で構成される。
【００３７】
本発明によれば、ステータの各スロットは、並列な２つのブランチの２つのコイルのループから成る通過体（挿入体）を有する。すなわち、各スロットは、同じ電気相に接続され、かつ並列なブランチに配置された２つのコイルから成る通過体（挿入体）を有する。それ故、並列な２つのコイルのループはそれぞれ１つのスロットに挿入される。各スロットは、並列な２つのコイルから成る挿入体のみを有することが有利である。
【００３８】
この特定のコイルのレイアウトは、交流損失を低減し、スロットのフィルファクターを増大させることが可能であり、スロット内の電流密度を低減させて熱冷却を容易にできる。フィルファクターＫｂは、以下の式で定義できる。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
ここで、Ｎｔは１つのスロットにおけるターン（ループ）数、Ｎｆは１つのループの線数、Ｄは線径、Ｓはスロットの表面積である。
【００４１】
本発明の一実施態様によれば、複数のブランチの並列組合せにおいて、各ブランチは同じコイルのレイアウトのブランチを持つことができる。同じレイアウトは、同じスロットを貫通するコイルの直列組合せであると理解される。したがって、電気相のコイルのレイアウトにおいて、各ブランチは二重にされ、同じスロットに挿入されるコイルを持つ２つのブランチが存在する。例えば、あるブランチが、スロット番号Ｎ及びＭに挿入された第１のコイルと、スロット番号Ｐ及びＱに挿入された第２のコイルとを有する場合、ブランチの組合せは、スロット番号Ｎ及びＭに挿入された第１のコイルと、スロット番号Ｐ及びＱに挿入された第２のコイルとを有する、第２のブランチを備える。このレイアウトは、スロットにおけるコイルの簡略化されたアセンブリを可能にする。
【００４２】
本発明の一実装例によれば、各コイルは、５から１５のループ、好ましくは９つのループを有することができる。ループの数は、例えば電気機械の所望の性能、トルク及びパワーが得られるように決定すればよい。
【００４３】
本発明の一態様によれば、各ループは、複数の電線、特に銅線で構成すればよい。銅線は、互いに電気的に絶縁するためのワニスでコーティングできる。
【００４４】
各ループは、３から２０本の電線を有することが好ましい。各ループは、１２から１６本の電線を有することがより好ましい。実際に、電線の数が２０本よりも多いと、スロット内にループを挿入する際に問題が生じる。
【００４５】
各ブランチにおいて、第２のコイルのループは、第１のコイルのループが挿入されているスロットと隣接するスロットに挿入されることが有利である。すなわち、第１のコイルのループがスロット番号Ｎ及びＭに挿入される場合、第２のコイルのループは、スロット番号Ｎ＋１またはＮ−１、およびＭ＋１またはＭ−１に挿入される。それ故、ステータの２つの連続するスロットのコイルは、同じ相に接続される。この構成が分散されたコイルを実現する方法である。
【００４６】
第２のコイルのループは、第１のコイルのループが挿入されているスロットとは別の、それらの内側のスロットに挿入されることが好ましい。すなわち、第１のコイルのループがスロット番号Ｎ及びＭに挿入される場合、第２のコイルのループはスロット番号Ｎ＋１及びＭ−１に挿入される。このレイアウトは、コイルを容易に得られるようにする。
【００４７】
均一な相配分のため、ステータが１２の倍数のスロットを備える実施形態において、各ブランチの第１のコイルのループは、７スロットの間隔で配置してもよい。したがって、第１のコイルのループがスロット番号Ｎに挿入される場合、該第１のコイルのループはスロットＮ＋７にも挿入される。
【００４８】
上述した直前の３つの実施形態を組合せた実施例によれば、あるブランチの第１のコイルのループは、スロット番号Ｎ及びＮ＋７に挿入することが可能であり、このブランチの第２のコイルのループは、スロット番号Ｎ＋１及びＮ＋６に挿入することができる。
【００４９】
ステータが１２の倍数のスロットを有する実施形態に関して、ブランチの組合せは、複数のスロットに均一に分配することが可能であり、さらに１２スロットの間隔で配置することができる。例えば、２つのブランチがスロット番号Ｎに挿入されている場合、２つのブランチはスロット番号Ｎ＋１２に挿入され、（ステータが少なくとも３６個のスロットを備える場合）２つのブランチはスロット番号Ｎ＋２４に挿入され、（ステータが少なくとも４８個のスロットを備える場合）２つのブランチはスロット番号Ｎ＋３６に挿入される。
【００５０】
上述した複数の実施形態を組合せた本発明の一実装例によれば、ステータが３６個のスロットを備え、かつコイルが３つの電気相に接続される場合、各電気相は並列な６つのブランチ、すなわち、
第１のコイルのループがスロットＮ及びＮ＋７に挿入され、第２のコイルのループがスロットＮ＋１及びＮ＋６に挿入される第１のブランチと、
第１のブランチと同じである第２のブランチと、
第１のコイルのループがスロットＮ＋１２及びＮ＋１９に挿入され、第２のコイルのループがスロットＮ＋１３及びＮ＋１８に挿入される第３のブランチと、
第３のブランチと同じである第４のブランチと、
第１のコイルのループがスロットＮ＋２４及びＮ＋３１に挿入され、第２のコイルのループがスロットＮ＋２５及びＮ＋３０に挿入される第５のブランチと、
第５のブランチと同じである第６のブランチと、
に接続される。
【００５１】
ここで、Ｎ＝１は相Ａ、Ｎ＝３は相Ｂ、Ｎ＝５は相Ｃである。
【００５２】
ステータが４８個のスロットを有する実施形態に関して、相の組合せは８つのブランチを有することができる。
【００５３】
一実施例によれば、最初の６つのブランチのレイアウトは、上述したレイアウトと類似していてもよく、追加的に
第１のコイルのループがスロットＮ＋３６及びＮ＋４３に挿入され、第２のコイルのループがスロットＮ＋３７及びＮ＋４２に挿入される第７のブランチと、
第７のブランチと同じである第８のブランチと、
を有していてもよい。
【００５４】
本発明の一実施形態によれば、スロットに挿入される２つのコイルは、互いに逆の向きで挿入されていてもよい。この実施形態は、交流損失（渦電流損）を低減させることができる。
【００５５】
あるいは、スロットに挿入される２つのコイルは、それぞれ同じ向きで挿入されていてもよい。この変形例は、複数のコイルが同じように挿入されるため、実装に際して技術的により容易である。
【００５６】
スロットに挿入された２つのコイルを分離するため、分離手段を各スロットの２つのコイル間に備えていてもよい。
【００５７】
本発明の一態様によれば、電気的な絶縁性を備えるために、各スロットが絶縁紙で覆われていてもよい。
【００５８】
本発明の一特徴によれば、各スロットは、コイルが挿入されたら閉じることができるように、ブレードを備えていてもよい。このブレードは、概ねＶ字状であればよい。このブレードは、絶縁紙と同じ材料で作製してもよい。
【００５９】
図３は、非限定的例として、本発明の一実施形態による、ステータの電気相Ａに関するコイルのレイアウトを概略的に示している。この図において、コイルの端部の数字は、コイル５，５’が挿入されるスロット（図１を参照）の番号に対応している。図３のレイアウトは、３６個のスロットを備えた、図１で示したステータに適している。このレイアウトは６つの並列なブランチ４を含む。各ブランチ４は、第１のコイル５及び第２のコイル５’を有する。
【００６０】
このレイアウトにおいて、最初の２つ（上から下に）のブランチ４が同じであり、第３及び第４のブランチ４が同じであり、第５及び第６のブランチ４が同じである。実際には、第１のブランチ４は、スロット番号１及び８に挿入される複数のループを備える第１のコイル５と、スロット番号２及び７に挿入される複数のループ６を備える第２のコイル５’とを有しており、第２のブランチ４は、スロット番号１及び８に挿入される複数のループを備える第１のコイル５と、スロット番号２及び７に挿入される複数のループを備える第２のコイル５’とを有する。
【００６１】
第３及び第４のブランチは、第１及び第２のブランチに対して１２スロットずつオフセットしており（スロット番号１３−２０及び１４−１９）、第５及び第６のブランチは、第３及び第４のブランチに対して１２スロットずつオフセットしている（スロット番号２５−３２及び２６−３１）。
【００６２】
さらに、第２のコイル５’は、第１のコイル５が挿入されているスロットと隣接するスロットに挿入される。さらに、それらは第１のコイル５が挿入されているスロット間の内側のスペースに位置する。
【００６３】
図４及び図５は、非限定的例として、２つの変形例による、コイルの電線を用いたスロット２の内部を概略的に示している。第１のブランチの第１のコイルの電線９は、スロット２の上部７でまとめてグループ化され、第２のブランチの第２のコイルの電線９は、スロット２の下部８でまとめてグループ化されている。これらの図において、各電線９に記載された番号１〜９は、スロット２を貫通するループ６の番号に相当する。したがって、各ループ６は、断面が円状の４本の電線９を備える。ループ６の例は、点線の円で示されている。
【００６４】
さらに、これらの図は、
２つのコイル間の分離手段１２と、
スロット２の絶縁紙１０と、
スロット２を閉じるＶ字状のブレード１１と、
を示している。
【００６５】
図４の第１の変形例は、スロット２の上部７におけるコイルのループ６が、スロット２の下部８におけるコイルのループ６の向きＤ２とは逆の向きＤ１で配置された変形例に相当する。この逆の向きとは、具体的には、ループ６のレイアウトを反対に置き換えることであり、上部７の右側のループ番号１〜４を下部８の左側とし、上部７の左側のループ番号９〜６を下部８の右側とする。
【００６６】
図５の第２の変形例は、スロット２の上部７におけるコイルのループ６が、スロット２の下部８におけるコイルのループ６の向きＤ１と同じ向きＤ１で配置された変形例に相当する。この同じ向きとは、具体的には、ループ６のレイアウトを概ね同一で置き換えることであり、上部７の右側のループ番号１〜４を下部８の右側とし、上部７の左側のループ番号９〜６を下部８の左側とする。
【００６７】
さらに本発明は、ロータと、上記の変形例の組合せのうちのいずれか１つのステータ１とを有する電気機械、特に（可変式リラクタンス）同期式リラクタント機械に関する。このロータは、通常、ステータの内部に収納される。
【００６８】
ロータは、ロータシャフトに配置される、積層された複数の金属シートを備えるロータ本体で構成できる。これらのシートは、永久磁石のハウジングと、磁石の磁束をステータに向かって半径方向へ導く磁束バリアを作り出すための複数のパーフォレーションとを有する。
数値例
本発明の特徴及び利点は、以下の適用例を読むことで明確になるであろう。
【００６９】
この例では、図１で示した３６個のスロットと、図３で示した本発明の実施形態によるコイルのレイアウトとを有するステータを検討する。
【００７０】
さらに、該ステータは表面積が１３８ｍｍ２の複数のスロットを有する。各電線の径Ｄ＝０．５６ｍｍであり、各コイルは９つのループで構成され、それ故、各スロットは１８のループを有し、各ループは並列な１４本の電線９で構成される。
【００７１】
この構成で、フィルファクターＫｂは０．４５に到達し（単一のコイルのスロットではフィルファクターは０．４〜０．４５の範囲）、それはスロットにおいて、より低い電流密度を有することを可能して、スロット２の熱冷却が容易になる。
【符号の説明】
【００７２】
１    ステータ
２    スロット
３    外側リング
４    ブランチ
５、５’    コイル
６    ループ
７    上部
８    下部
９    電線
１０    絶縁紙
１１    ブレード
１２    分離手段
【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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【外国語明細書】
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