(57)【要約】多相電磁デバイスは、ｎ相の巻線（ｎ＞２）を備え、各相は１本の導電ストランドをラップ型構造に曲げて作成される。巻線は、スロット付磁気伝導ベースに最大ｎ−１のエンドターンがオーバーラップするよう組み上げられ、これによりスロットのパッキング密度が最適化される。好適な実施例はさらに、整然としてコンパクトな端部構造を実現し、完成したデバイスの有効なパッケージングを容易にする。前記巻線は、ベースへの組み込み工程で電気的に相互接続された個々のボビンとして製造されてもよく、あるいは連続的に形成される下位巻線のストリングから製造されてもよい。後者の方法によると、特に曲げおよび／または組み立てプロセスの全部または一部の自動化を達成できる。
2006511183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ相の巻線相（ｎは２より大きい）を備える多相電磁デバイスであって；
各々の完成した相巻線が連続した一つの導電ストランドである、ｎ相の分離した導電相巻線と；
中に前記相巻線の活性部分を受けるよう構成された複数のスロットを備える磁気伝導ベースとを備え；
各相巻線が一連の相互接続されたラップ型の下位巻線を備え、各下位巻線が前記ベースにおいて間隔が空けられ隣接しない２つのスロットを通って延在する２つのアクティブアームを規定しており、前記アクティブアームが隣接する下位巻線または端子と接続する為に１またはそれ以上の適切に形成されたエンドターンおよび／または２つの接続アームにより連結されており、前記活性アームとエンドターンまたは複数のエンドターンとがそれぞれ同じ長さに延びた１またはそれ以上の導電ストランドを備え；
前記相巻線が前記磁気伝導ベースに組み込まれるときに、最大ｎ−１相の下位巻線のエンドターンがオーバーラップし、同時に前記エンドターンの長さがどれも最小であるように前記相巻線が構成されていることを特徴とする多相電磁デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記エンドターンまたは複数のエンドターンが前記アクティブアームの形成された平面からそれぞれオフセットされることによってオーバーラップするエンドターン間に隙間を設け、それによって前記磁気伝導ベースのスロット内の導電体のパッキング密度を最適化することを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁デバイスにおいて、３つの相を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項３に記載のデバイスにおいて、前記ラップ型の下位巻線が、２つのエンドターンで相互接続された２つのアクティブアームを規定する導電ストランドの２以上の完全ループを備え、各アームとエンドターンが２以上の通常は同じ長さに延びる導電ストランドと、各接続アームを規定する前記ループからの引き込み線と引き出し線を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項４に記載のデバイスにおいて、各々がラップ型の下位巻線からなる３つの相巻線を備え、下位巻線が交互に反対方向に巻かれていることを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項４に記載のデバイスにおいて、前記交互の下位巻線が反対方向にオフセットしたエンドターンを備えることを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項４に記載のデバイスにおいて、前記接続アームが、アセンブリ全体の寸法を最小化すべく前記磁気伝導ベースに近接したギャップ内に延在するよう構成されていることを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれかに記載のデバイスにおいて、前記ラップ型下位巻線が、各端部に同じ相の隣接したボビンと連結するための接続アームを備える導電ストランドからなる多数のループを備える個々のボビンの形として製造されることを特徴とするデバイス。
【請求項９】
請求項４乃至７のいずれかに記載のデバイスにおいて、前記ラップ型下位巻線が、連続的な長さの導電ストランドから相互接続されたラップ型の下位巻線として形成されることを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
請求項６に記載のデバイスにおいて、前記完成されたｎ相の相巻線が、編み込み構造をなすよう互いに編み合わされていて、前記磁気伝導ベースに組み込まれたときにｎ−１のエンドターンがオーバーラップすることを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
請求項５に記載のデバイスにおいて、前記接続アームが、順方向に巻いたラップ型の下位巻線と比較して、逆方向に巻いたラップ型下位巻線用に異なる角に設けられることを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項１０に記載のデバイスを製造する方法において、ラップ型下位巻線を複数の分かれた型に巻いて複数の独立したボビンを形成し、これらを所定の順序と間隔で最大ｎ−１のエンドターンがオーバーラッピングするようスロット付磁気伝導ベースに重ね、その後ボビン接続アームを編み上げ様構造で電気的に接続して編み込まれた相を構成することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載のデバイスを製造する方法において、導電ストランドをスロット付磁気伝導ベースに直接巻き付けることにより完成した相巻線を形成することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載のデバイスを製造する方法において、一本の連続的なストランドを適切な巻き加工機および／または型を用いて巻いて各相を構成し、それによって一の相互接続されたラップ型下位巻線のストリングを製造することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、各相が、エアコイル巻き加工機（air coil winding machine）を用いて前記ストリングに巻かれた比較的細く柔軟な導電ストランドで構成されていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、交互に反対側にオフセットされたエンドターンが、適切に構成された異なった型の上で巻かれることにより形成されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法において、交互に反対側にオフセットされたエンドターンが同じ型の上で反対方向に巻かれることにより形成されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法において、平面のラップ型下位巻線を最初に巻いた後にプレスする工程を用いて前記交互に反対向きのエンドターンの曲げを形成することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法において、熱接着ワイヤを用いて、形成完了した下位巻線を熱してその下位巻線のループを接着し単一の個体コンポーネントにできることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法において、各相が比較的太い導電ストランドでなりＣＮＣワイヤ成形機を用いて巻かれることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１５または２０に記載の方法において、前記完成された相が最初に編まれた後に前記磁気伝導ベースに組み込まれることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１４に記載の三相デバイスの製造方法において、この組み立て方法が；
第１の相のストリングの下位巻線末端の活性アームを、第１の２つの空のスロットを隔てた導電ベースの２つのスロット間に配置するステップと；
第２の相のストリングの下位巻線末端の活性アームを、前記ベースにおいて第２の２つの空のスロットを隔てて、前記第１の相の下位巻線に隣接する２つのスロットに配置するステップと；
第３の相のストリングの下位巻線末端の活性アームを、組み立てられた最初の２相の下位巻線間の前記第１および第２の空のスロットの各１つに配置するステップと；
手動であるいは自動で、残った下位巻線を交互にずらして挿入し、最大で２つのオーバーラップしたエンドターンをなす編み込み構造を得るステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項４に記載のデバイスにおいて、各相が、第１の方向にオフセットするエンドターンをすべてが備える相互接続されたラップ型下位巻線の第１のセットと、すべてが反対方向にオフセットするエンドターンを備える相互接続されたラップ型下位巻線の第２のセットとを備え、各下位巻線が間に伸長された末端接続部を備え、これによりその相で同じ方向にオフセットしているエンドターンの部分間のみで編み込みが必要となり、第１および第２のセットのオーバーラップしたエンドターン間の編み込みを不要としたことを特徴とするデバイス。
【請求項２４】
請求項２３に記載の三相デバイスの製造方法において；
１本の連続的なストランドでできた各相の第１のハーフを、すべて第１の方向に形成されたエンドターンを備える相互接続したラップ型下位巻線の第１のハーフストリングを作るような型を使用して巻くステップと；
１本の連続的なストランドでできた各相の第２のハーフを、すべて反対側の第２の方向に形成されたエンドターンを備える相互接続したラップ型下位巻線の第２のハーフストリングを作るような型を使用して巻くステップと；
各相の前記第１のハーフを、いずれのエンドターンもオーバーラップせず、且つ前記アクティブアーム間にギャップを有する編み込み様構成で前記ベース上に組み込むステップと；
各相の前記第２のハーフを同様に、各相の前記第２のハーフを前記磁気伝導ベースの前記ギャップ内にセットするように組み込むステップと；を備えることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、前記各相の第１のハーフが前記磁気伝導ベースに直接組み込まれ、前記各相の第２のハーフが前記ベースの鏡像としてのジグ上に組み立てられ、ここで組み立てられた各相の第２のハーフをその後前記磁気伝導ベースに移すことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項３に記載のデバイスにおいて、各ラップ型下位巻線が、単一長さの導電ストランドを備えるアクティブアームを備えることにより、前記ベース内の間隙を介した隣接しないスロットを通り延在した間隙を有する一連の活性アームを備える波形巻線構造となり、各アクティブアームの一つおきの端部が一のエンドターンまたは端子に接続することで、別個の接続アームを要しないことを特徴とするデバイス。
【請求項２７】
請求項２６に記載のデバイスにおいて、前記エンドターンまたは端子が、それぞれ前記アクティブアームが形成された面からオフセットすることで、オーバーラップしたエンドターン間に隙間を設け、前記磁気伝導ベースのスロット内の導電素子のパッキング密度を最適化していることを特徴とするデバイス。
【請求項２８】
請求項２６に記載のデバイスにおいて、各相の巻線が簡単なプレスまたは鍛造部品として製造されることを特徴とするデバイス。
【請求項２９】
請求項３に記載のデバイスにおいて、軸磁束構造を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項３０】
請求項３に記載のデバイスにおいて、放射磁束構造を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項３１】
請求項３に記載のデバイスにおいて、線形構造を備えることを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、鋸歯状またはスロット付の磁気伝導構造内に導電巻線が巻かれているモータ，発電機，変圧器といった多相電磁デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
本発明は本来的に、本出願において詳細に説明される軸磁束モータ（axial flux motors）用に開発されたものである。しかしながら、当業者であれば本発明の原理は同様に放射磁束モータ（radial flux motors）または発電機、更にはスロット付の磁気伝導構造内に導電巻線が巻かれたその他のいかなる電磁デバイスにも応用できることを認識できるであろう。
【０００３】
明細書を通じて、従来技術についてのいかなる記載もこのような従来技術が広く知られ、あるいはこの分野における共通の一般知識の一部を形成すると認めているものであると解されるべきではない。
【０００４】
背景
上述した種類のモータのような多相電磁デバイスにおける出力とサイズ及び／又は重量の比の最適化を試みる場合、磁気伝導ベース（magnetically conductive base）中の導電相巻線（electrical conductor phase windings）のパッキングと配置は重要な要素となる。これに関し、磁束が内部で拘束された（constrained）磁気伝導ベースを使用すると磁界が効率的に凝集する利点があることが知られている。これにより磁束が高度に凝集しモータの機能性が向上するが、同時に静止部材と可動部材の間に存在しうるエアギャップ間の最小距離が増加し、マシニングとオペレーティングの許容度（tolerance）に必要な精度が落ちてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
デバイスの出力密度を最適化するには、必要とされる磁気伝導ベースのサイズと重量を最小化し得るベースと巻線の構成を備えることが望ましい。これにより構成材料が減り、またデバイスの動作中に生じるベース材料中の寄生損失（parasitic losses）も減ることで、デバイスのコストを減少できる。
【０００６】
これは例えば、相の巻線が波形またはラップ型（lap form）に巻かれ次々と各相がオフセットしている公知の三相モータに特有の問題であった。この巻き方は、エンドターン（end turn）として知られるスロット間の領域で各相の巻線が物理的に干渉するため、不均一なスロットパッキングの原因となる。これは、ある場所では同じエンドターン空間に３本の巻線が配置されるためである。これはスロットがたった一本の巻線を収容する場合であってもスロットとベースを３本の巻線に適合するサイズにしなければならないことを意味し、ベースの余分な重量および材料の原因となる。さらに、このような構成では、スロットの深さが増大し且つ各スロットが不均一なパッキングになるため、非活性エンドターン（non-active end turns）をかなり長くする必要がある。これはエンドターンが嵩張る原因となりハウジングスペースが極小の場合にこのようなモータの使用を困難にする。さらに、これは高価な導電巻線材料の浪費となり、また延長された導線の不要なオーム加熱により動作効率に無視できない悪影響が生ずる。
【０００７】
代替的な方法として、非常に長い非活性エンドターンを使用することがある。これによって各エンドターンを他と完全に隔てると同時にスロットを完全に埋めるのに十分な空間が得られるが、この場合に用いられる非常に高価な長いエンドターンは前述した技術と同じく材料の浪費と効率の問題を生ずる。
【０００８】
本願出願人により提案された１つの解決策は、三相で、複数の導電ストランドの、軸磁束モータ用の巻線アレンジメントを提供することである。これは最大二相のエンドターンがスロット間でオーバーラップすることを可能にし、これによりモータ周囲の大部分でのエンドターンの長さが短くなる。しかしながら、この構成では、未だ各巻線相の端部で複数の導電ストランドを外部接続する必要がある。これは必然的に、ある場所に集中している他の巻線を超えて放射状に延びる一群の突き出た接続部となり、モータの効率的なパッケージングを殆ど不可能とする。さらにこのプロセスは非常な労力を伴うとともに、オートメーション化のために都合のよいいかなる形式にも適さず、このような設計の経済的な実現可能性に反する作用を有する。
【０００９】
本発明の目的は、従来技術の上述した欠点の１又はそれ以上を解消あるいは改善し、若しくは利用価値の高い代替物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の開示
本発明の第１の態様は、ｎ相（ｎは２より大）の巻線相を備える多相電磁デバイスにおいて、当該デバイスが；
完成された相巻線がそれぞれ連続する導電ストランドとして形成されたｎ相に分かれた導電相巻線と；
前記相巻線の活性部分（active portions）を内部に受けるよう構成された複数のスロットを備える磁気伝導ベースとを備え；
前記相巻線がそれぞれ、相互接続されたラップ型の下位巻線（sub-windings）を備え、各下位巻線が前記ベースにおいて２つの離れた隣接しないスロットを通って延びる２つのアクティブアーム（active arms）を規定しており、前記活性アームが、隣接する下位巻線または端子に連結するために、１以上の適切に形成されたエンドターン（end turn）および／または２つの接続アームにより連結されており；
前記相巻線が、前記相巻線を前記磁気伝導ベースへ取り付けた時に、最大でｎ−１の下位巻線のエンドターンがオーバーラップし、同時に前記エンドターンの長さが全部最短になるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
好適には、各エンドターンは、前記アクティブアームが形成されている面から各々オフセットすることで、オーバーラップしているエンドターン間にクリアランスを確保し、それによって前記磁気伝導ベースのスロット内の導電部材のパッキング密度を最適化する。
【００１２】
好適な形態では、デバイスは、２つのエンドターンで相互接続された２つのアクティブアームを規定する導電ストランドの２以上の完全ループを備える各々がラップ型の下位巻線からなる三つの相巻線を有し、各アームおよびエンドターンは、各接続アームを規定する前記ループからの引き込み線または引き出し線とともに、内部に２以上の通常は同じ長さに延びる導電ストランドを有する。ある形態では、デバイスは、編み上げ様構造（plait like configuration）に編み込まれた完全な相巻線とともに、交互に反対方向に巻かれた下位巻線を有し、ｎ−１のエンドターンのパッキング構造を実現する。
【００１３】
第１の形態では、ラップ形の下位巻線は、同じ相の隣接するボビンと連結される各端部に接続点を備える複数の導電ストランドを巻いてなる個々のボビンの形に製造される。この形態では、接続アームは、磁気伝導ベースに近接して形成されたギャップ内に延在するよう構成される。別の形態では、連続的な長さの導電ストランドからラップ型の相巻線が形成され、大量生産技術に特に適した構造である相互連結ラップ下位巻線を形成する。
【００１４】
本発明にかかる三相デバイスの第１の好適な製造方法は、型に１本の導電ストランドを巻くことにより、適切に形成されたエンドターンを備える相互接続されたラップ型の下位巻線の弦（string）を作成し、まず各相をともに編んでからベースに組み込むか、あるいはベースに直接組み込みながら編むことによりベースに組み込まれるように、最初に各相を巻くステップを含む。他の形態では、伸長された端部コネクタを用いて、オーバーラップしたエンドターン同士を編むのを不要としている。これは後述するように、各相を２つの分離したハーフストリングに形成することにより実現する。
【００１５】
本発明の第２実施例によれば、ｎ相の巻線相（ｎは２より大きい）を備える多相電磁デバイスが提供され、このデバイスは；
各々が１本の導電ストランドからなるｎ相の個別の導電相巻線と；
前記相巻線の活性部分を内部に受けるよう構成された複数のスロットを備える磁気伝導ベースとを備え；
前記相巻線がそれぞれ、前記ベースにおいて間隔が空き隣接しないスロットを通り延在する間隔の空いた一連の活性アームを備え、各アクティブアームは連続的な波状形態にてエンドターンまたは端子に接続されており；
前記相巻線が、相巻線を前記磁気伝導ベースに組み込む場合に最大ｎ−１の下位巻線のエンドターンがオーバーラップし、同時にエンドターンの長さが最短となるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記相巻線はｎ−１のエンドターンのパッキング構造を実現する編み上げ様構造（plait like configuration）に編み合わされる。
【００１７】
好適な一形態では、各相巻線はシート状導電材料を単一の太さにプレスして形成される。
【００１８】
好適な一形態では、多相電磁デバイスは三相軸磁束モータまたは発電機を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
好適な実施例
本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しながら例示として説明する。
【００２０】
図１は、波形の巻線構造を有する三相軸磁束モータ／発電機ステータの従来技術全体を示す図であり、各相巻線の複数のストランドが接続され、膨らんだ連結部１，２，４の問題を示す。この部分でステータの径が増大しているのが明確に見てとれる。これはこの形態の巻線モータにおける明らかな不利益であり、モータの周囲に要求されるシャフトの同軸直径方向のクリアランス（shaft concentric diametric clearance）を増大させ、同時に適用するケーシングのコストとサイズを増大させてしまう。この巻線はまた非常に複雑であり、異なる半径の異なる曲折が必要であるため、概して高価で不経済な銅プレートからのＣＮＣ製造技術、あるいは複雑高度なジグによる曲折を必要とする。さらに複雑なことに、１本のストランドの巻線が完成したら各巻の端部を連結する必要があり、これは個々の端部に目印を付け適切な端部同士が接続され確実に他の端部からは絶縁されるようにし、これらをすべて制限されたスペース内でする必要がある。このプロセスの自動化は非常に困難である。
【００２１】
図２は、３つの相巻線をスロット付磁気伝導ベースに重ねる従来技術の一般的な方法を示す概略図であり、単純化のため本図には軸磁束または放射磁束ステータではなくリニアモータ／発電機ステータを示している。本図は３つの相５，６，および７と、スロット付磁気導電ベース８を示している。７の下の前列に示すエンドターン領域は、この領域において三相すべてのエンドターンがオーバーラップしていることを示す。この領域で三相すべてが干渉またはオーバーラップしているため、これは従来のｎ相ｎオーバーラップ巻線システムとして規定される。本図に示すように、ごく僅かな巻線断面がスロット領域に収まっており、スロットのパッキング密度は乏しい（poor）。他の従来技術の方法では、スロットのパッキング密度に深刻な問題を与えないよう極度に伸長したエンドターンをオーバーラップさせているが、この方法は必要な材料を増やし、且つ伸長されたエンドターン中でのオーム加熱損を伴う。これらのスロットに巻線を重ねる方法は、各巻線を先行するものの上に個別に巻き付けていくので非常に構築が簡単であるが、使用材料や電気効率に関して効率的な設計に役立つものではない。
【００２２】
図４は、図２と同じ方式で単純化した図であるが、本発明の一部にかかる巻線のスタッキング構造の改良を示し、エンドターンの干渉が低減されている。本図に示すように、三相システムで２つのみのエンドターンが相互干渉しており、よってｎ相ではｎ−１のオーバーラップとなる。
【００２３】
図３は、本発明の第１の態様にかかる三相軸磁束モータ／発電機ステータの第１実施例の完成形を示す。スロット付磁気伝導ベースに挿入（insert）された導電巻線はいくつかの方法で構成することができる。第１の方法は、各々のラップ巻線が後端部（trailing ends）を備える個々のラップエレメントまたは”ボビン”を構成することである。これらの材料の半分は巻線の順方向に巻かれ、もう半分は逆方向に巻かれる。逆向きのラップ巻線エレメントは、次にそれぞれ隣り合わせにスロット付磁気伝導構造に配備される。順方向に巻かれたラップ巻線エレメントは、次に、残っている空きスロットに、逆方向に巻かれたラップ巻線エレメントの上にミラー対称に重ねられる。各相のボビンの後端部はその後相互接続され接続端を形成し、各相の１つの接続端が互いに接続されスターポイントをなし、残った接続端はモータ／発電機のターミナル点となる。接続端は構造体９の上と構造体１０の下の双方に必要である。図３はまた、後にコンピュータで作成した図のように巻線を含む包みとして示すのではなく、導電構成の個々の詳細の具体例を示す。この図から、個々の下位巻線における各ラップの長さはエンドターンの長さのバリエーションにより異なることが分かる。このバリエーションは、完成した下位巻線のエンドターンの包み(envelope)の下位巻線の各端部をトウモロコシの表面部分と似た形にする。この特徴は、近くのボビンのエンドターンと干渉せずに円周方向に進む必要があるために生まれる。
【００２４】
図５は、図３に示す本発明の第１の態様をコンピュータで作成したモデルである。明確にすべく、３つの異なる相をそれぞれ異なる暗度で示している。上側１３と下側１１の接続端は図３に示されている。簡略化のため、巻線は方形の断面として示すが、これは図３に詳細を示すように通常導電ストランドの複数のループからなる包み（envelope）に相当する。巻線の端点１２，１４，１５，１６，１７，および１８は各相の始点と終点を示している。通常、これらの端点のうち３つは公知の方法で１つに接続されスターポイントをなし、残りの３つはモータの三つの相の末端として使用され、その順列によって公知及び予測可能な方法で、モータの方向を決めたり、相のラベル付けの変更を行ったりする。
【００２５】
図６は、図５から巻線を除去し磁気伝導ベース部分のみを示す図である。本図にこの構造体のスロットが明確に示されている。
【００２６】
図７は、図５の磁気伝導ベースを除去し三相巻線部分と終端部のみを示す図である。図５と同様に、３つの異なる相１９，２０，２１の各々を異なる濃さで示している。
【００２７】
図８は、図３および図５に示す実施例に適合する２種の個別のラップ型下位巻線またはボビンを示す図である。図に示す２つのラップエレメントはそれぞれ反対の方向に巻かれており同一ではない。これらは上側および下側ボビンと称される。この２つのボビンのエンドターンが曲がる方向は同じであるが、接続アームの配置は反対の巻き方向に適合するよう反対向きにされている。各ボビンは同じ長さの２またはそれ以上の導電ストランドで構成されるが、上述したようにコンピュータで単純化して作成した図ではこれらのストランドを含む包みのみを示す。各下位巻線は、ベースに配置される場合に離れて隣接しない２つのスロットを通って延びる２つのアクティブアーム（active arms）２６を規定しており、適切に形成されたエンドターン（end turns）２３，２４，２５および２つの接続アーム（connecting arms）によって結合され、隣接する下位巻線または端子２２に連結される。好適には、図に示すように下側ボビンのエンドターンは双方とも下向きに曲げられ、上側ボビンのエンドターンは双方とも上向きに曲げられる。理想的には、接続アームはエンドターンと干渉するので直接放射状に外側に延びるのではなく、代わりに、アームはエンドターンとベースとの間に形成されたギャップにきれいにフィットするように、概して軸方向上向きまたは下向きに延びて、デバイスの全パッキングボリュームを管理できるようにする。図９は、図７の一部を拡大した図であり、４つのボビンのみを示す。本図は、各ボビンの隣接するボビンに対する相対的位置関係の表示を含む。本図において２つのボビン２８は同じ相の巻線であり接続端２７を介して接続されている。
【００２８】
図１０は、図３および図５の実施例に適用する完成した相巻線の１つを示している。この独特の巻線は４つの上側ボビンと４つの下側ボビンを備えており、巻線の端部が示されている。図１０に一例を示す完成した巻線を、前述した方法で個々のボビンにより形成する場合、８つの異なるボビンが必要となり、各々の電気端部を曲げ加工や半田付けといった方法により連結する必要がある。一般に、端部の接続はボビンをスロット付磁気伝導ベースに挿入してから行われる。
【００２９】
他の方法および構造として、各ラップが１本の導電体でなるラップ巻線であり、２以上の共存するストランドではなく、１本の導電ストランドを用いるものがある。これらはドロップ鍛造やプレスおよびその他類似の方法により比較的容易に製造することができる。この方法で形成された巻線は単一巻きの巻線（single turn windings）として知られ、端部の連結が不要なためより簡素で、図１１に示す軸磁束の例のように見える。要素２９，３０，３１，３２，３３，３４は、３つの相巻線の末端部を示し、これらは前に図５で説明したのと同じように連結される。この方法は高い電流，トルクおよび／または効率が求められる特別の場合に簡単な製造工程とともに有効となるが、各ラップの巻き数を変えることができず柔軟性に欠ける。巻線は、３つの巻線すべてが同じであるため簡単化のためそれぞれ個別に形成してもよく、また３つすべてを同時に形成し、同時にスターポイントと末端部を組み込んでもよい。この方法を用いた１つの巻線の例を図１２に示す。この巻線ではボビンが不要となるが、”接続端部”（end joint region）は他の相とオーバーラップさせるのに未だ必要であり、この接続端部は要求される隙間を形成するため上下に曲げることが必要である。複数ループの様相と同様に、１本のループ巻線も作動アーム３７とともにエンドターン構成３５と３６を備えるが、接続アームは不要であるため省略されている。
【００３０】
図１３の側面図には、３つの相３８，３９，４０を含む完成された一つの巻線を示すが、接続アームの代替配置が示されている。この代替配置により、三相すべてを連続的な相互接続方式で巻くことができる。したがってこれらの相は連続的に巻かれており、電気的な相互接続が不要であるため、端部を別途連結する必要がない。図示された相は、まず単一長さの導電体にボビンや下位巻線をつないだストリングを形成することによって製造できる。好ましくは、図３に示す太めのワイヤの場合にはＣＮＣワイヤ形成プロセスを用い、あるいはより柔軟な細い導電ストランドの場合は熱接着エアコイル形成プロセス（thermally-bonded air coil forming process）を用いる。このプロセスの後、完成された相を互いに編み込み、完成された巻線をスロット付磁気伝導ベースに直接挿入する。代替案として、複数の相は挿入する順番に注意して挿入プロセスの一部として編み込まれてもよい。ａとラベル付けされた下位巻線から開始し、下位巻線ｃを差し込むと下位巻線ｂを差し込めるようになる。接続アームを相３８と３９の第１および第２の下位巻線間で曲げて、次に相３９の下に相３８を曲げこみ、下位巻線ｅを挿入する。次に下位巻線ｄを入れ、４０の周りに相３９を曲げて、下位巻線ｇを挿入する。同様に、ｆは容易に差し込むことができ、３８の周りに相４０を曲げ、下位巻線ｉを挿入し、以下同様である。このプロセスは熟練した手作業によれば十分に簡単なものであるが、自動プロセスに適応させることもでき、太いワイヤと細いワイヤの両方に有効である。
【００３１】
いくつかのケースでは、細い導電体を多く巻いて、簡単で全自動の巻線製造プロセスで下位巻線を製造する必要がある。この状況では、図１４に示すように接続アーム４４，４５，４６を長くすることが望ましく、これは巻線全体に要求される導電体の量が増えるが、上側のボビンを形成する必要が生じる前に下側のボビン全てを形成し連結できるようになり、さらに相互接続されるボビン間でエンドターンを上下に交互にする必要がなくなる。この巻線は欧州特許出願ＥＰＯ１２４２６７に記載された方法と類似の方法を使用して得ることができるが、プレスプレートを変形する必要がある。図１５は、ＥＰＯ１２４２６７に開示されたプレスプレート４７の原型と、その変形された設計を示す図であり、エンドターン形成部４８が示されている。図１６に示すように変形したプレスプレート４９と伸長した巻線巻型５０を用いる構成は、この周囲で螺旋形をなす巻線５２を備え、磁気伝導ベース５１に直接ラップ型の導電体５３を落とす（shedding）。所望数だけ巻いたら、プレスプレート４９を下降させ、これにより下位巻線がスロットに強く押しつけられるとともにエンドターンがオフセットする。図１４に示す長い接続アームプロセスを用いると、下位巻線の下側セット全体をこの方法で形成することができる。一旦これができれば、スロット構造で磁気伝導ベースと同一形状の巻線ジグ上でこのプロセスを繰り返すことができ、その結果できた第２の下側下位巻線のセットは、もとの磁気伝導ベースに移された時に上側巻線セットを成すように裏返しにされる。この場合、通常の６つではなく１２の端部を備えることが必要だが、このプロセスは製造時間を短縮し、ある状況下ではさらなる利点をも与える。
【００３２】
本発明の範囲を例示し且つ明確にすべく、本発明を組み込んだ三相リニアステータを図１７に示す。３つの相５４，５５，５６が磁気伝導ベース５７とともに示されている。当業者であれば、このリニアステータを変形し、ベースの各端部の垂直エッジを曲げて互いに接触させると軸磁束ステータが形成され、ベースの各端部の水平エッジを曲げて互いに接触させると、上側または下側エッジのいずれかを用いることにより、内部ロータまたは外部ロータの放射磁束ステータが形成されることを理解できるであろう。この斜視図から、本発明はいずれの幾何学構造にも適用できることが明らかである。
【００３３】
本発明を軸磁束モータの特定の実施例について説明したが、当業者であれば、本発明の多様な態様は他の様々な実施例とできることは明らかである。特に本発明は、様々な内部あるいは外部ロータの公知の放射磁束モータ／発電機の構造に適用することができる。本発明は、パッキング密度の改良が求められているトランスの巻線といった他の電磁アプリケーションにも同様に適用することができる。すべての場合において、本発明は導電巻線を磁気伝導ベースに巻き込んだ、ｎが２より大きい場合のｎ相システムに適応する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、ｎ−１のオーバーラップ波形巻線を備える三相マルチプル導電ストランド軸磁束ステータの従来技術の写真であり、導電ストランドの連結端部が膨らんでいる状態を示す。
【図２】図２は、三相巻線スロットのパッキング構造の一般的な従来技術の概略図である。
【図３】図３は、本発明の第１の態様により巻いた三相の軸磁束ステータの第１実施例の写真である。
【図４】図４は、本発明にかかる三相デバイス用の、ｎ−１のエンドターンがオーバーラップした巻線アレンジメントの概略図である。
【図５】図５は、コンピュータで作成した斜視図であり、図３に示す巻き付けステータの末端部を明確に示す。
【図６】図６は、コンピュータで作成した斜視図であり、図５に示す三相巻線を除去したステータのスロット付磁気伝導ベースを示す。
【図７】図７は、コンピュータで作成した斜視図であり、図５に示す磁気伝導ベースを除去した三相巻線のみを示す。
【図８】図８は、コンピュータで作成した斜視図であり、異なる方向に曲げられた図５の例に適用するラップ型の下位巻線またはボビンの２つの実施例を示す。
【図９】図９は、コンピュータで作成した斜視図であり、数個の編み込まれたボビンにおいて、図５の例に適用する各相のボビンの位置関係を示す。
【図１０】図１０は、コンピュータで作成した斜視図であり、図５に示す例に適用する３つの完全な相巻線のうちの１つを示す。
【図１１】図１１は、コンピュータで作成した斜視図であり、本発明の第２の態様に基づき作成される別の実施例であって、各相巻線を１本の導電ストランドで作成し、端部接続を不要とした例を示す。
【図１２】図１２は、コンピュータで作成した斜視図であり、図１１の例に適用する３つの完全な相巻線のうちの１つを示す。
【図１３】図１３は、コンピュータで作成した側面図であり、連続曲折を実現する末端連結部の異なる配置を示す。
【図１４】図１４は、コンピュータで作成した斜視図であり、連続曲折を実現する末端連結部の別の構成を示す半分完成した巻線である。
【図１５】図１５は、コンピュータで作成した斜視図であり、従来技術のプレス部材と、本発明のエンドターン構造を形成するのに適するよう形成されたプレス部材を示す。
【図１６】図１６は、コンピュータで作成した斜視図であり、本発明のオフセットしたエンドターンを備えるラップ型の下位巻線を形成するための伸長された巻線の型を示す。
【図１７】図１７は、コンピュータで作成した斜視図であり、本発明にかかるラップ型下位巻線と磁気伝導ベースの線形構造を示す。説明のため、磁気伝導ベースを伸長してスロット位置を示している。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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