DE102019133660A1

DE102019133660A1 - Rotierende elektrische Maschine und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102019133660A1
Application number: DE102019133660.0A
Authority: DE
Inventors: Manabu Yamaji; Atsuo Ishizuka; Shinpei Fujiwara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US11336161B2; CN111313587A; JP7338152B2; JP2020096446A; US20200195108A1; CN111313587B

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine weist einen Statorkern, eine Statorwicklung (52), die aus elektrischen Leitern (520) und jeweils die elektrischen Leiter (520) bedeckenden Isolationsschichten (521) ausgebildet ist, und einen einkapselnden Harzkörper (60) auf. Die Statorwicklung (52) hat einen Wicklungsendteil (55), der vom Statorkern vorsteht. Der Wicklungsendteil (55) weist freiliegende Abschnitte (523) der elektrischen Leiter (520), die aus den Isolationsschichten (521) freigelegt sind, an den freiliegenden Abschnitten (523) ausgebildete Verbindungsstellen (522) und bedeckte Abschnitte (524) der elektrischen Leiter (520) auf, die mit den jeweiligen Isolationsschichten (521) bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte (523) angrenzen. Der Einkapslungsharzkörper (60) hat einen ersten Teil (63), in dem die freiliegenden Abschnitte (523) der elektrischen Leiter (520) und die Verbindungsstellen (522) eingekapselt sind, und einen zweiten Teil (64), in dem mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte (524) der elektrischen Leiter (520) eingekapselt ist. Ein linearer Ausdehnungskoeffizient des ersten Teils (63) ist kleiner als ein linearer Ausdehnungskoeffizient des zweiten Teils (64).

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung der rotierenden elektrischen Maschine.
Beschreibung des Stands der Technik
In der japanischen Offenlegungsschrift JP 2016 - 134 991 A ist zum Beispiel eine rotierende elektrische Maschine offenbart, in der freiliegende Abschnitte elektrischer Leiter, die aus jeweils die elektrischen Leiter bedeckenden Isolationsschichten freigelegt sind, in einem einkapselnden Harzkörper eingekapselt sind.
Der einkapselnde Harzkörper ist im Einzelnen mit einem härtbaren Harz ausgebildet. In dem einkapselnden Harzkörper sind die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter, an den freiliegenden Abschnitten ausgebildete Verbindungsstellen und ein Teil von jedem von bedeckten Abschnitten der elektrischen Leiter, die mit den jeweiligen Isolationsschichten bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte angrenzen, integral eingekapselt.
Der einkapselnde Harzkörper weist einen ersten Teil, in dem die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt sind, und einen zweiten Teil auf, in dem die bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt sind. Die elektrischen Leiter haben einen anderen linearen Ausdehnungskoeffizienten als die sie jeweils bedeckenden Isolationsschichten.
In der rotierenden elektrischen Maschine, die in dem obigen Patentdokument offenbart ist, kann es aufgrund von thermischer Beanspruchung, die durch die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den elektrischen Leitern und dem einkapselnden Harzkörper verursacht wird, zu Rissen in den Verbindungsstellen und/oder zu einer Ablösung an den Grenzflächen zwischen den Isolationsschichten und dem einkapselnden Harzkörper kommen. Folglich kann die Zuverlässigkeit der rotierenden elektrischen Maschine verringert werden.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben beschriebenen Probleme und sie zielt darauf ab, eine rotierende elektrische Maschine, die eine hohe Zuverlässigkeit hat, und ein Verfahren zur Herstellung der rotierenden elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine erste rotierende elektrische Maschine zur Verfügung gestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern; eine Statorwicklung, die auf dem Statorkern montiert ist und die aus elektrischen Leitern und jeweils die elektrischen Leiter bedeckenden Isolationsschichten ausgebildet ist; und einen einkapselnden Harzkörper, in dem ein Teil der Statorwicklung eingekapselt ist. Die Statorwicklung hat einen Wicklungsendteil, der von einer axialen Endfläche des Statorkerns vorsteht. Der Wicklungsendteil weist freiliegende Abschnitte der elektrischen Leiter, die aus den Isolationsschichten freigelegt sind, an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildete Verbindungsstellen und bedeckte Abschnitte der elektrischen Leiter auf, die mit den jeweiligen Isolationsschichten bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte angrenzen. Der einkapselnde Harzkörper ist am Wicklungsendteil der Statorwicklung so ausgebildet, dass in ihm die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter, die an den freiliegenden Abschnitten ausgebildeten Verbindungsstellen und mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter integral eingekapselt sind. Der einkapselnde Harzkörper hat einen ersten Teil, in dem die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt sind, und einen zweiten Teil, in dem der mindestens eine Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt ist. Ein linearer Ausdehnungskoeffizient des ersten Teils des einkapselnden Harzkörpers ist kleiner als ein linearer Ausdehnungskoeffizient des zweiten Teils des einkapselnden Harzkörpers.
Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Teils des einkapselnden Harzkörpers und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrischen Leiter zu minimieren; ebenso ist es möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Teils des einkapselnden Harzkörpers und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschichten zu minimieren. Folglich ist es möglich, eine thermische Beanspruchung zu minimieren, die durch die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten Teil des einkapselnden Harzkörpers und den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter verursacht wird und auf die an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildeten Verbindungsstellen wirkt; ebenso ist es möglich, eine thermische Beanspruchung zu minimieren, die durch die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem zweiten Teil des einkapselnden Harzkörpers und den Isolationsschichten verursacht wird und auf die Grenzflächen zwischen ihnen wirkt. Dadurch ist es möglich zu unterdrücken, dass in den Verbindungsstellen Risse auftreten; ebenso ist es möglich, eine Ablösung des zweiten Teils des einkapselnden Harzkörpers von den Isolationsschichten zu unterdrücken. Dementsprechend ist es möglich, eine hohe Zuverlässigkeit der ersten rotierenden elektrischen Maschine sicherzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch eine zweite rotierende elektrische Maschine zur Verfügung gestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern; eine Statorwicklung, die auf dem Statorkern montiert ist und die aus elektrischen Leitern und jeweils die elektrischen Leiter bedeckenden Isolationsschichten ausgebildet ist; und einen einkapselnden Harzkörper, in dem ein Teil der Statorwicklung eingekapselt ist und der einen Füllstoff enthält. Die Statorwicklung hat einen Wicklungsendteil, der von einer axialen Endfläche des Statorkerns vorsteht. Der Wicklungsendteil weist freiliegende Abschnitte der elektrischen Leiter, die aus den Isolationsschichten freigelegt sind, an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildete Verbindungsstellen und bedeckte Abschnitte der elektrischen Leiter auf, die mit den jeweiligen Isolationsschichten bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte angrenzen. Der einkapselnde Harzkörper ist am Wicklungsendteil des Statorkerns so ausgebildet, dass in ihm die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter, die an den freiliegenden Abschnitten ausgebildeten Verbindungsstellen und mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter integral eingekapselt sind. Der einkapselnde Harzkörper hat einen ersten Teil, in dem die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt sind, und einen zweiten Teil, in dem der mindestens eine Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt ist. Der prozentuale Gehalt des Füllstoffs im ersten Teil des einkapselnden Harzkörpers ist höher als der prozentuale Gehalt des Füllstoffs im zweiten Teil des einkapselnden Harzkörpers.
Der lineare Ausdehnungskoeffizient des einkapselnden Harzkörpers nimmt mit zunehmendem prozentualem Gehalt des Füllstoffs im einkapselnden Harzkörper ab. Mit der obigen Verteilung des Füllstoffs im einkapselnden Harzkörper ist es daher möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Teils des einkapselnden Harzkörpers und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrischen Leiter zu minimieren; ebenso ist es möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Teils des einkapselnden Harzkörpers und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschichten zu minimieren. Folglich ist es möglich, eine thermische Beanspruchung zu minimieren, die durch die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten Teil des einkapselnden Harzkörpers und den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter verursacht wird und auf die an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildeten Verbindungsstellen wirkt; ebenso ist es möglich, eine thermische Beanspruchung zu minimieren, die durch die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem zweiten Teil des einkapselnden Harzkörpers und den Isolationsschichten verursacht wird und auf die Grenzflächen zwischen ihnen wirkt. Dadurch ist es möglich zu unterdrücken, dass in den Verbindungsstellen Risse auftreten; ebenso ist es möglich, eine Ablösung des zweiten Teils des einkapselnden Harzkörpers von den Isolationsschichten zu unterdrücken. Mit der obigen Konfiguration ist es dementsprechend möglich, eine hohe Zuverlässigkeit der zweiten rotierenden elektrischen Maschine sicherzustellen.
Da in der zweiten rotierenden elektrischen Maschine die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den ersten und zweiten Teilen des einkapselnden Harzkörpers durch eine ungleiche Verteilung des Füllstoffs im einkapselnden Harzkörper realisiert wird, ist es außerdem möglich, die ersten und zweiten Teile des einkapselnden Harzkörpers beide mit dem gleichen Harzmaterial auszubilden. Folglich ist es möglich, die Beschaffenheit des einkapselnden Harzkörpers zu vereinfachen, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: (1) Montieren einer Statorwicklung an einem Statorkern, sodass ein Wicklungsendteil der Statorwicklung von einer axialen Endfläche des Statorkerns vorsteht, wobei die Statorwicklung aus elektrischen Leitern und jeweils die elektrischen Leiter bedeckenden Isolationsschichten ausgebildet ist, der Wicklungsendteil der Statorwicklung freiliegende Abschnitte der elektrischen Leiter, die aus den Isolationsschichten freigelegt sind, an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildete Verbindungsstellen und bedeckte Abschnitte der elektrischen Leiter aufweist, die mit den jeweiligen Isolationsschichten bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte angrenzen; (2) Eintauchen mindestens eines Teils des Wicklungsendteils der Statorwicklung in ein flüssiges Harz, sodass die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter und die an den freiliegenden Abschnitten ausgebildeten Verbindungsstellen in einem ersten Teil des flüssigen Harzes eingetaucht sind, während mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter in einem zweiten Teil des flüssigen Harzes eingetaucht ist, wobei das flüssige Harz einen dazugegebenen Füllstoff hat und in einem Behälter enthalten ist, der eine Öffnung hat; und (3) Aushärten des flüssigen Harzes zu einem Zeitpunkt, nachdem vom Eintauchschritt an eine vorbestimmte Dauer verstrichen ist, um einen einkapselnden Harzkörper auszubilden, in dem der mindestens eine Teil des Wicklungsendteils der Statorwicklung eingekapselt ist, wobei zu dem Zeitpunkt eine Verteilung des Füllstoffs in dem flüssigen Harz ungleichmäßig geworden ist, sodass eine Menge des Füllstoffs, die im ersten Teil des flüssigen Harzes enthalten ist, größer als eine Menge des Füllstoffs ist, die im zweiten Teil des flüssigen Harzes enthalten ist.
Mit dem obigen Verfahren wird das flüssige Harz in einem Zustand gehärtet, in dem die Menge des Füllstoffs, die im ersten Teil des flüssigen Harzes enthalten ist, größer als die Menge des Füllstoffs ist, die im zweiten Teil des flüssigen Harzes enthalten ist. Folglich ist der prozentuale Gehalt des Füllstoffs in einem ersten Teil des sich ergebenden einkapselnden Harzkörpers höher als der prozentuale Gehalt des Füllstoffs in einem zweiten Teil des sich ergebenden einkapselnden Harzkörpers. Im ersten Teil des einkapselnden Harzkörpers sind die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter und die an den freiliegenden Abschnitten ausgebildeten Verbindungsstellen eingekapselt; und im zweiten Teil des einkapselnden Harzkörpers ist der mindestens eine Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt. Mit der obigen ungleichmäßigen Verteilung des Füllstoffs im einkapselnden Harzkörper wird es deswegen möglich, eine thermische Beanspruchung, die auf die an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildeten Verbindungsstellen wirkt, und eine thermische Beanspruchung, die auf die Grenzflächen zwischen dem zweiten Teil des einkapselnden Harzkörpers und den Isolationsschichten wirkt, beide zu minimieren. Mit dem obigen Verfahren ist es dementsprechend möglich, eine rotierende elektrische Maschine herzustellen, die eine höhere Zuverlässigkeit hat.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen zeigen Folgendes:

1 eine Schnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Perspektivansicht eines Stators der rotierenden elektrischen Maschine;
3 eine Perspektivansicht, die einen ersten Wicklungsendteil einer Statorwicklung des Stators zeigt;
4 eine Schnittansicht, die einen einkapselnden Harzkörper zeigt, in dem ein Teil des ersten Wicklungsendteils eingekapselt ist;
5 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung der rotierenden elektrischen Maschine darstellt;
6 eine andere Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung der rotierenden elektrischen Maschine darstellt;
7 eine Schnittansicht, die einen einkapselnden Harzkörper einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 eine Schnittansicht, die einen einkapselnden Harzkörper einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 eine Schnittansicht, die einen einkapselnden Harzkörper einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt; und
10 eine Schnittansicht, die einen einkapselnden Harzkörper einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 werden im Folgenden exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass um der Klarheit und des Verständnisses willen gleiche Komponenten mit identischen Funktionen über die gesamte Beschreibung hinweg in jeder der Figuren möglichst mit den gleichen Bezugszahlen versehen worden sind und dass zur Vermeidung von Wiederholungen die Beschreibungen identischer Komponenten nicht wiederholt wird.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
1 zeigt die Gesamtkonfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10 als ein Motor-Generator zur Verwendung in zum Beispiel einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug konfiguriert. Im Einzelnen fungiert die rotierende elektrische Maschine 10 bei Zufuhr elektrischen Stroms von einer (nicht gezeigten) Batterie des Fahrzeugs als ein Elektromotor, um ein Drehmoment (oder eine Antriebskraft) zum Antreiben des Fahrzeugs zu erzeugen. Wird ihr ein Drehmoment von einer (nicht gezeigten) Kraftmaschine oder (nicht gezeigten) Rädern des Fahrzeugs zugeführt, fungiert die rotierende elektrische Maschine 10 andererseits als ein elektrischer Generator, um elektrischen Strom zum Laden der Batterie zu erzeugen.
An die rotierende elektrische Maschine 10 ist eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung elektrisch angeschlossen. Die Steuervorrichtung weist eine elektrische Stromrichterschaltung auf. Wenn die rotierende elektrische Maschine 10 als ein Elektromotor fungiert, versorgt die Steuervorrichtung die rotierende elektrische Maschine 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Mehrphasen-Wechselstrom, genauer mit Dreiphasen-Wechselstrom. Die Steuervorrichtung wandelt genauer von der Batterie zugeführten Gleichstrom in Dreiphasen-Wechselstrom um und führt der rotierenden elektrischen Maschine 10 den sich ergebenden Dreiphasen-Wechselstrom zu. Wenn die rotierende elektrische Maschine 10 als ein elektrischer Generator fungiert, gleichrichtet die Steuervorrichtung andererseits Dreiphasen-Wechselstrom, der von der rotierenden elektrischen Maschine 10 ausgegeben wird, in Gleichstrom und lädt die Batterie mit dem sich ergebenden Gleichstrom.
Wie in 1 gezeigt ist, weist die rotierende elektrische Maschine 10 ein Gehäuse 20, eine Drehwelle 30, einen Rotor 40, einen Stator 50 und einen einkapselnden Harzkörper 60 auf. Der Rotor 40 ist so konfiguriert, dass er um eine Achse AX drehbar ist. Der Stator 50 ist als ein Hohlzylinder geformt, dessen Achse mit der Achse AX zusammenfällt. Außerdem sind die im Folgenden verwendeten Ausdrücke „axiale Richtung“, „radiale Richtung“ und „Umfangsrichtung“ bezüglich der Achse AX definiert.
Das Gehäuse 20 hat daran den Stator 50 befestigt und trägt den Rotor 40 drehbar. Das Gehäuse 20 kann einen Teil einer Komponente der Kraftmaschine des Fahrzeugs bilden. Das Gehäuse 20 kann zum Beispiel einen Teil eines Kurbelgehäuses oder einen Teil eines Getriebegehäuses bilden. Das Gehäuse 20 setzt sich aus einem ersten Gehäuse 21 und einem zweiten Gehäuse 22 zusammen, die beide in einer mit Boden versehenen Zylinderform ausgebildet sind. Der Rotor 40 und der Stator 50 sind beide im Gehäuse 20, d. h. zwischen den ersten und zweiten Gehäusen 21 und 22, aufgenommen.
Die Drehwelle 30 besteht aus einem Metallwerkstoff und ist im Wesentlichen zylinderförmig. Die Drehwelle 30 wird von dem Gehäuse 20 über ein Paar Lager 31 getragen, sodass sie sich um die Achse AX drehen kann.
Der Rotor 40 ist so an der Drehwelle 30 befestigt, dass er sich zusammen mit der Drehwelle 30 dreht. Der Rotor 40 ist magnetisch mit dem Stator 50 gekoppelt. Im Einzelnen erzeugt der Rotor 40 bei einem Magnetfluss, der durch den Stator 50, den Rotor 40 kreuzend, erzeugt wird, ein Drehmoment. Darüber hinaus erzeugt auch der Rotor 40 einen Magnetfluss. Wenn der Rotor 40 durch ein Drehmoment gedreht wird, das zum Beispiel von der Kraftmaschine des Fahrzeugs zugeführt wird, kreuzt der durch den Rotor 40 erzeugte Magnetfluss eine Statorwicklung 52 des Stators 50, was in der Statorwicklung 52 Dreiphasen-Wechselstrom erzeugt.
Der Rotor 40 weist einen Rotorkern 41 auf, der aus einem Magnetwerkstoff besteht und zylinderförmig ist. Der Rotorkern 41 bildet einen Teil eines Magnetkreises, der in der rotierenden elektrischen Maschine 10 ausgebildet wird. In einem zentralen Teil des Rotorkerns 41 ist ein kreisförmiges Durchgangsloch 41a ausgebildet. Die Drehwelle 30 ist fest in das Durchgangsloch 41a eingepasst, sodass sich der Rotor 40 zusammen mit der Drehwelle 30 drehen kann. Der Rotorkern 41 befindet sich radial innerhalb des Stators 50. Das heißt, dass die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Innenrotoraufbau hat. Der Rotorkern 41 hat in der Umfangsrichtung eine Vielzahl von Magnetpolen angeordnet. Die Magnetpole können durch eine Vielzahl von Permanentmagneten ausgebildet werden, die in dem Rotorkern 41 eingebettet werden oder auf einer radial äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 41 befestigt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Magnetpole im Einzelnen durch eine Vielzahl von Permanentmagneten ausgebildet, die auf der radial äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 41 befestigt sind.
Wie aus 2 zusammen mit 1 hervorgeht, weist der Stator 50 einen Statorkern 51 und die vorstehend genannte Statorwicklung 52 auf.
Der Statorkern 51 besteht aus einem Magnetwerkstoff und ist hohlzylinderförmig (oder ringförmig). Der Statorkern 51 bildet einen Teil des Magnetkreises, der in der rotierenden elektrischen Maschine 10 ausgebildet wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Statorkern 51 durch Übereinanderschichten einer Vielzahl von Stahlblechen in der axialen Richtung ausgebildet.
Der Statorkern 51 hat eine Vielzahl von Schlitzen 53, die in der Umfangsrichtung in gleichen Intervallen angeordnet sind. Alternativ können die Schlitze 53 in der Umfangsrichtung in unterschiedlichen Intervallen angeordnet sein. Jeder der Schlitze 53 ist so ausgebildet, dass er sich in der axialen Richtung erstreckt, sodass er sämtliche Stahlbleche durchdringt, die den Statorkern 51 ausbilden. Darüber hinaus erstreckt sich jeder der Schlitze 53 auch in einer radialen Richtung. Der Statorkern 51 hat typischerweise einen ringförmigen Rückenkern und eine Vielzahl von Zähnen, die sich jeweils vom Rückenkern aus radial nach innen erstrecken und in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Jeder der Schlitze 53 ist zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen ausgebildet.
Die Statorwicklung 52 erzeugt bei Strombeaufschlagung einen magnetischen Fluss. Ansonsten erzeugt die Statorwicklung 52 beim magnetischen Fluss, der durch den Rotor 40, die Statorwicklung 52 kreuzend, erzeugt wird, Dreiphasen-Wechselstrom. Die Statorwicklung 52 setzt sich aus drei Phasenwicklungen, d. h. einer U-Phasenwicklung, einer V-Phasenwicklung und einer W-Phasenwicklung, zusammen. Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwicklungen sind sterngeschaltet, um zwischen sich einen neutralen Punkt zu definieren.
Die Statorwicklung 52 ist auf dem Statorkern 51 montiert. Die Statorwicklung 52 hat eine Vielzahl von Wicklungsseiten 54 und ein Paar erster und zweiter Wicklungsendteile 55 und 56. Jede der Wicklungsseiten 54 erstreckt sich gerade in der axialen Richtung und ist in einem entsprechenden der Schlitze 53 des Statorkerns 51 aufgenommen. Die ersten und zweiten Wicklungsendteile 55 und 56 befinden sich jeweils auf entgegengesetzten axialen Seiten des Statorkerns 51. Im Einzelnen hat der Statorkern 51 ein Paar erster und zweiter axialer Endflächen 51a und 51b. Der erste Wicklungsendteil 55 steht axial von der ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51 nach außen vor. Der zweite Wicklungsendteil 56 steht axial von der zweiten axialen Endfläche 51b des Statorkerns 51 nach außen vor.
Jeder der ersten und zweiten Wicklungsendteile 55 und 56 kann als ein Aufbau elektrischer Leiter angesehen werden, der die Wicklungsseiten 54 verbindet. Das heißt, dass an jedem der ersten und zweiten Wicklungsendteile 55 und 56 jeder elektrische Leiter zwei Wicklungsseiten 54 verbindet, die jeweils in zwei verschiedenen Schlitzen 53 aufgenommen sind. Jede der Phasenwicklungen der Statorwicklung 52 hat einen neutralen Anschluss und einen Verbindungsanschluss 52a. Die neutralen Anschlüsse der Phasenwicklungen sind am neutralen Punkt der Statorwicklung 52 miteinander verbunden. Die Verbindungsanschlüsse 52a der Phasenwicklungen sind über jeweilige (nicht gezeigte) Sammelleiter mit der Steuervorrichtung verbunden. Außerdem befinden sich die Verbindungsanschlüsse 52a der Phasenwicklungen im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der gleichen axialen Seite des Statorkerns 51 wie der erste Wicklungsendteil 55.
Jede der Phasenwicklungen kann durch Verbinden einer Vielzahl von im Wesentlichen U-förmigen oder im Wesentlichen I-förmigen elektrischen Leitersegmenten ausgebildet werden. Darüber hinaus können die elektrischen Leitersegmente durch verschiedene Verbindungsverfahren wie Schweißen (einem Verbindungsverfahren, in dem die Grundmetalle geschmolzen werden) oder Hartlöten (einem Verbindungsverfahren, bei dem ein Füllstoffmetall geschmolzen wird, um die Grundmetalle unter Benetzung zu verbinden) verbunden werden.
Außerdem kann jede der Phasenwicklungen eine Vielzahl von Wicklungseinheiten aufweisen, die hinsichtlich eines elektrischen Winkels voneinander verschieden sind und miteinander elektrisch verbunden sind.
Wie in 3 gezeigt ist, weist jedes der elektrischen Leitersegmente, das die Statorwicklung 52 ausbildet, einen elektrischen Leiter 520 und eine Isolationsschicht 521 auf, die den elektrischen Leiter 520 bedeckt. Der elektrische Leiter 520 ist aus einem Metallwertstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie Kupfer ausgebildet. Der elektrische Leiter 520 hat senkrecht zu seiner Längenrichtung einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Die Isolationsschicht 521 ist aus einem elektrisch isolierenden Harzmaterial ausgebildet. Genauer gesagt wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Werkstoff zum Ausbilden der Isolationsschicht 521 in Anbetracht der Wärmebeständigkeit ein Polyimidharz eingesetzt. Außerdem sollte beachtet werden, dass in 3 der erste Wicklungsendteil 55 unter Weglassung des einkapselnden Harzkörpers 60 gezeigt ist.
In der Statorwicklung 52 ist eine Vielzahl von Verbindungsstellen ausgebildet. Die in der Statorwicklung 52 ausgebildeten Verbindungsstellen umfassen Verbindungsstellen, die jeweils zwischen einem Paar der elektrischen Leiter 520 der elektrischen Leitersegmente ausgebildet sind, Verbindungsstellen, die zwischen den elektrischen Leitern 520 von einem der elektrischen Leitersegmente und einem der Sammelleiter (oder Brückendrähte) ausgebildet sind, und Verbindungsstellen, um die Statorwicklung 52 mit der Steuervorrichtung elektrisch zu verbinden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die in der Statorwicklung 52 ausgebildeten Verbindungsstellen genauer gesagt Schweißstellen 522, von denen jede zwischen den elektrischen Leitern 520 eines entsprechenden Paars der elektrischen Leitersegmente ausgebildet ist, die zusammen die gleiche Phasenwicklung bilden. Die Schweißstellen 522 sind in dem ersten Wicklungsendteil 55 der Statorwicklung 52 enthalten und in dem einkapselnden Harzkörper 60 eingekapselt. Außerdem ist in dem einkapselnden Harzkörper 60 auch eine Verbindung zum Ausbilden des neutralen Punkts der Statorwicklung 52 eingekapselt.
Jeder der elektrischen Leiter 520 hat freiliegende Abschnitte 523, die aus der den elektrischen Leiter 520 bedeckenden Isolationsschicht 521 freigelegt sind, und einen bedeckten Abschnitt 524, der mit der Isolationsschicht 521 bedeckt ist. Die Verbindungsstellen sind an den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildet. Das heißt, dass ein Teil oder die Gesamtheit von jedem der freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 in einer der Verbindungsstellen enthalten ist. Mindestens einer der ersten und zweiten Wicklungsendteile 55 und 56 der Statorwicklung 52 weist neben den bedeckten Abschnitten 524 der elektrischen Leiter 520 die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 und die an den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Verbindungsstellen auf.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 52 genauer gesagt aus einer Vielzahl von im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmenten ausgebildet. An zwei gegenüberliegenden Enden von jedem der im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmenten ist der elektrische Leiter 520 aus der Isolationsschicht 521 freigelegt. Mit anderen Worten sind die freiliegenden Abschnitte 523 an zwei gegenüberliegenden Enden von jedem der im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmente vorgesehen. Darüber hinaus ist jedes der im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmente so auf dem Statorkern 51 montiert, dass die beiden gegenüberliegenden Enden von ihnen von der ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51 vorstehen. Des Weiteren sind auf der ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51 sämtliche Enden der elektrischen Leitersegmente miteinander nicht nur in Umfangsausrichtung um die Achse AX herum, sondern auch in radialer Ausrichtung angeordnet. Das heißt, dass sämtliche Enden der elektrischen Leitersegmente in einer mehrfachen Ringform angeordnet sind.
Für jedes radial benachbarte Paar der elektrischen Leiter 520 der elektrischen Leitersegmente sind die freiliegenden Abschnitte 523 der beiden elektrischen Leiter 520 verschweißt, sodass sie dazwischen eine Schweißstelle 522 ausbilden. Folglich sind die beiden elektrischen Leiter 520 miteinander verbunden. Genauer gesagt sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur ferne Endteile der freiliegenden Abschnitte 523 des Paars der elektrischen Leiter 520 verschweißt, sodass sie die Schweißstelle 522 ausbilden, während die übrigen Teile der freiliegenden Abschnitte 523 nicht verschweißte Teile der freiliegenden Abschnitte 523 bilden. Des Weiteren ist zwischen den nicht verschweißten Teilen der freiliegenden Abschnitte 523 des Paars der elektrischen Leiter 520 ein Spalt ausgebildet.
Außerdem ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel jede der Phasenwicklungen der Statorwicklung 52 dadurch ausgebildet, dass eine Vielzahl von elektrischen Leitersegmenten miteinander verschweißt ist, wobei in jeder der Phasenwicklungen eine Vielzahl von Schweißstellen 522 ausgebildet ist. Sämtliche in der Statorwicklung 52 ausgebildeten Schweißstellen 522 befinden sich aufseiten der ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51. Wie in 3 gezeigt ist, sind jeweils vier Schweißstellen 522 in radialer Ausrichtung miteinander angeordnet.
Dementsprechend weist der erste Wicklungsendteil 55 der Statorwicklung 52 im vorliegenden Ausführungsbeispiel neben den bedeckten Abschnitten 524 der elektrischen Leiter 520 die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 und die zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Schweißstellen 522 auf. Im Gegensatz dazu weist der zweite Wicklungsendteil 56 der Statorwicklung 52 die bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520, aber keine freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 auf. Sämtliche Verbindungsstellen, die die Schweißstellen 522 umfassen, sind im ersten Wicklungsendteil 55 ausgebildet. Das heißt, dass im zweiten Wicklungsendteil 56 keine Verbindungsstelle ausgebildet ist. Außerdem wird der zweite Wicklungsendteil 56 von Biegungsabschnitten der im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmente gebildet, die jeweils die geraden Abschnitte der elektrischen Leitersegmente verbinden. Diejenigen Teile der geraden Abschnitte der im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmente, die in den Schlitzen 53 des Statorkerns 51 aufgenommen sind, bilden die Wicklungsseiten 54 der Statorwicklung 52. Die Wicklungsseiten 54 enthalten keine freiliegenden Abschnitte 523. Das heißt, dass sämtliche Wicklungsseiten 54 aus den bedeckten Abschnitten 524 der elektrischen Leiter 520 ausgebildet sind.
In dem einkapselnden Harzkörper 60 sind die Verbindungsstellen (welche die Schweißstellen 523 umfassen) eingekapselt, wodurch er sie schützt. Wie in 4 gezeigt ist, hat die Statorwicklung 52 am ersten Wicklungsendteil 55 der Statorwicklung 52 darin genauer gesagt die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520, die an den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Verbindungsstellen und mindestens einen Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520, die jeweils an die freiliegenden Abschnitte 523 angrenzen, integral eingekapselt. Das heißt, dass der einkapselnde Harzkörper 60 im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der gleichen axialen Seite des Statorkerns 51 wie der erste Wicklungsendteil 55 der Statorwicklung 52 vorgesehen ist. In dem einkapselnden Harzkörper 60 sind sämtliche in der Statorwicklung 52 ausgebildeten Verbindungsstellen außer denen, die an den Verbindungsanschlüssen 52a der Phasenwicklungen der Statorwicklung 52 ausgebildet sind, integral eingekapselt. Wie in 2 gezeigt ist, ist der einkapselnde Harzkörper 60 im Wesentlichen in einer Ringform ausgebildet.
Als Nächstes wird ausführlich der Aufbau des einkapselnden Harzkörpers 60 beschrieben.
4 zeigt ein Querschnitt des einkapselnden Harzkörpers 60 entlang einer radialen Richtung.
Es sollte beachtet werden, dass in 4 die Größe eines im einkapselnden Harzkörper 60 enthaltenen Füllstoffs 62 nicht mit der tatsächlichen Größe, sondern mit einer leicht erkennbaren Größe gezeigt ist. Der Füllstoff ist auch zwischen jedem Paar der elektrischen Leitersegmente, die über eine dazwischen ausgebildete Schweißstelle 522 verbunden sind, angeordnet. Genauer gesagt ist der Füllstoff 62 zwischen den nicht verschweißten Teilen der freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 der elektrischen Leitersegmente und zwischen den Isolationsschichten 521 der elektrischen Leitersegmente angeordnet.
Der einkapselnde Harzkörper 60 ist hauptsächlich aus einem Harz 61 und dem Füllstoff 62 ausgebildet. Das Harz 61 wird durch ein härtbares Harz, etwa ein wärmehärtendes Harz, realisiert. Der Füllstoff 62 wird durch einen Füllstoff mit einem kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten als das Harz 61, etwa einem anorganischen Füllstoff, realisiert. Außerdem kann der anorganische Füllstoff zum Beispiel ein Füllstoff auf Siliziumdioxidbasis oder ein Glasfüllstoff sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Harz 61 genauer gesagt durch ein Epoxidharz realisiert, welches ein wärmehärtendes Harz ist. Der Füllstoff 62 wird durch einen Füllstoff auf Siliziumdioxidbasis realisiert. Der einkapselnde Harzkörper 60 ist hinsichtlich des linearen Ausdehnungskoeffizienten im Wesentlichen isotrop.
Wie in 4 gezeigt ist, hat der einkapselnde Harzkörper 60 einen ersten Teil 63 und einen zweiten Teil 64. Im ersten Teil 63 sind die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 und die zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Schweißstellen 522 eingekapselt. Im zweiten Teil 64 ist mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 eingekapselt, die jeweils an die freiliegenden Abschnitte 523 angrenzen. Der zweite Teil 64 befindet sich in der axialen Richtung näher als der erste Teil 63 am Statorkern 51. In dem einkapselnden Harzkörper 60 sind sämtliche Schweißstellen 522 und die Verbindungsstelle zum Ausbilden des neutralen Punkts der Statorwicklung 52 eingekapselt.
Außerdem sind in 4 vier Schweißstellen 522 gezeigt, die in radialer Ausrichtung miteinander angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in dem einkapselnden Harzkörper 60 nur ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 aufseiten des freiliegenden Abschnitts 523 eingekapselt, der jeweils an den freiliegenden Abschnitt 523 angrenzt.
Die Grenze zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 und den bedeckten Abschnitten 524 der elektrischen Leiter 520 in der axialen Richtung fällt mit der Grenze zwischen dem ersten Teil 63 und dem zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 in der axialen Richtung zusammen.
In 4 ist die Grenze zwischen dem ersten Teil 63 und dem zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 in der axialen Richtung durch eine Punkt-Strich-Linie gekennzeichnet. Der erste Teil 63 befindet sich von der ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51 aus auf der entfernten Seite der Grenze, während sich der zweite Teil 64 zur ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51 auf der nahen Seite der Grenze befindet. Im ersten Teil 63 sind sämtliche der Schweißstellen 522 und die nicht verschweißten Teile der freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 eingekapselt. Im Gegensatz dazu ist im zweiten Teil 64 mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 eingekapselt, die mit den jeweiligen Isolationsschichten 521 bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte 523 angrenzen.
Das Harz 61 und der Füllstoff 62, die im ersten Teil 63 enthalten sind, bestehen aus den gleichen Materialien wie das Harz 61 und der Füllstoff 62, die im zweiten Teil 64 enthalten sind. Allerdings ist der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 so eingestellt, dass er kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64 ist. Folglich liegt der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 näher als der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64 am Koeffizienten des elektrischen Leiters 520; und der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64 liegt näher als der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 am linearen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschichten 521, die jeweils die elektrischen Leiter 520 bedecken.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 durch eine ungleichmäßige Verteilung des Füllstoffs 62 im einkapselnden Harzkörper 60 realisiert. Im Einzelnen ist die Menge des im ersten Teil 63 enthaltenen Füllstoffs 62 größer als die Menge des im zweiten Teil 64 enthaltenen Füllstoffs 62. Das heißt, dass der prozentuale Gehalt des Füllstoff 62 im ersten Teil 63 höher als der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im zweiten Teil 64 ist. Darüber hinaus ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Füllstoffs 62 (oder geschmolzenen Siliziumdioxids) kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzes 61 (oder Epoxidharzes). Folglich ist der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 30 kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64.
Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Polyimidharzes, das die Isolationsschichten 521 der elektrischen Leitersegmente ausbildet, beträgt zum Beispiel etwa 35 ppm/°C (oder ×10^-6/°C). Daher wird der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 vorzugsweise so eingestellt, dass er sich im Bereich von 30-40 ppm/°C befindet. Darüber hinaus beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient von Kupfer, das die elektrischen Leiter 520 der elektrischen Leitersegmente ausbildet, zum Beispiel etwa 18 ppm/°C. Daher wird der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 vorzugsweise so eingestellt, dass er im Bereich von 13-23 ppm/°C liegt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ein Verfahren zur Herstellung der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden des einkapselnden Harzkörpers 60 beschrieben.
Die 5 und 6 sind im Übrigen Schnittansichten, die 4 entsprechen. In den 5 und 6 ist die Grenze zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 und den bedeckten Abschnitten 524 der elektrischen Leiter 520 in der axialen Richtung wie in 4 jeweils durch eine Punkt-Strich-Linie gekennzeichnet.
Das Verfahren zur Herstellung der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet einen Montageschritt, einen Eintauchschritt, einen Aushärteschritt und einen Zusammenbauschritt.
Im Montageschritt wird zunächst die Statorwicklung 52 am Statorkern 51 montiert.
Genauer werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel die im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmente vonseiten der zweiten axialen Endfläche 51b des Statorkerns 51 in die Schlitze 53 des Statorkerns 51 eingeführt, wodurch die beiden Enden von jedem der im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmente von der ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51 aus axial nach außen vorstehen. Dann werden für jedes radial benachbarte Paar der elektrischen Leiter 520 der elektrischen Leitersegmente die freiliegenden Abschnitte 523 des Paars der elektrischen Leiterelemente 520 verschweißt, um zwischen ihnen eine Schweißstelle 522 auszubilden. Darüber hinaus werden die neutralen Anschlüsse der Phasenwicklungen der Statorwicklung 52 miteinander verschweißt. Folglich ist die aus den im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmenten ausgebildete Statorwicklung 52 am Statorkern 51 montiert.
Im Eintauchschritt wird, wie in 5 gezeigt ist, mindestens ein Teil des ersten Wicklungsendteils 55 der Statorwicklung 52 in ein flüssiges Harz 61a eingetaucht, das den Füllstoff 62 dazugegeben hat. Der in das flüssige Harz 61a eingetauchte Teil des ersten Wicklungsendteils 55 umfasst die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520, die an den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Verbindungsstellen und mindestens einen Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520, die an die freiliegenden Abschnitte 523 angrenzen. Außerdem ist das flüssige Harz 61a das ungehärtete Harz 61.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das flüssige Harz 61a in einem Behälter 90 enthalten, der eine flache Bodenwand 91 und eine rohrförmige Seitenwand 92 hat. Die Bodenwand 91 ist so ausgebildet, dass sie ein Ende der Seitenwand 92 verschließt. Am anderen Ende der Seitenwand 92 ist eine Öffnung 93 ausgebildet. Der Behälter 90 besteht aus einem Metallwerkstoff, der hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Der Behälter 90 ist so angeordnet, dass sich die Bodenwand 91 vertikal unterhalb der Öffnung 93 befindet.
In diesem Schritt werden zunächst das flüssige Harz 61a und der Füllstoff 62 in den Behälter 90 eingebracht. Dann wird mindestens ein Teil des ersten Wicklungsendteils 55 der Statorwicklung 52 von den zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildeten Schweißstellen 522 aus in das flüssige Harz 61a eingetaucht, das im Behälter 90 enthalten ist. Darüber hinaus kann der Füllstoff 62 in diesem Schritt in dem flüssigen Harz 61a verteilt werden, indem entweder vor oder nach dem mindestens teilweise Eintauchen des ersten Wicklungsendteils 55 der Statorwicklung 52 in das flüssige Harz 61a gerührt und gemischt wird. Darüber hinaus kann der Füllstoff 62 auch ohne Rühren während des Einbringens des flüssigen Harzes 61a und des Füllstoffs 62 in den Behälter 90 und während des mindestens teilweise Eintauchens des ersten Wicklungsendteils 55 in das flüssige Harz 61a immer noch gut im flüssigen Harz 61a verteilt werden.
Alternativ kann in diesem Schritt zunächst der mindestens eine Teil des ersten Wicklungsendteils 55 der Statorwicklung 52 von den zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildeten Schweißstellen 522 aus in den Behälter 90 eingebracht werden. Dann können das flüssige Harz 61a und der Füllstoff 62 in den Behälter 90 eingebracht werden, wodurch der mindestens eine Teil des ersten Wicklungsendteils 55 der Statorwicklung 52 in das flüssige Harz 61a eingetaucht wird. Darüber hinaus kann der Füllstoff 62 in diesem Schritt in dem flüssigen Harz 61a verteilt werden, indem entweder vor oder nach dem Einbringen des flüssigen Harzes 61a und des Füllstoffs 62 in den Behälter 90 gerührt und gemischt wird. Außerdem kann der Füllstoff 62 auch ohne Rühren während des Einbringens des flüssigen Harzes 61a und des Füllstoffs 62 in den Behälter 90 immer noch gut im flüssigen Harz 61a verteilt werden.
Bei Abschluss des Eintauchschritts ist der Füllstoff 62, wie in 5 gezeigt ist, im gesamten flüssigen Harz 61a im Wesentlichen gleichmäßig verteilt.
Im Aushärteschritt wird das flüssige Harz 61a ausgehärtet, um den einkapselnden Harzkörper 60 auszubilden.
Genauer wird das flüssige Harz 61a nach dem Eintauchschritt im Behälter 90 stehen gelassen. Dann setzt sich der Füllstoff 62 im Laufe der Zeit, mit anderen Worten bewegt er sich vertikal nach unten (d. h. in der axialen Richtung vom Statorkern 51 weg). Wie in 6 gezeigt ist, wird folglich die Verteilung des Füllstoffs 62 im flüssigen Harz 61a ungleichmäßig, nachdem eine vorbestimmte Dauer vom Eintauchschritt an verstrichen ist, sodass die Menge des Füllstoffs 62, die in einem ersten Teil des flüssigen Harzes 61a enthalten ist, größer als die Menge des Füllstoffs 62 ist, die in einem zweiten Teil des flüssigen Harzes 61a enthalten ist. Dabei sind im ersten Teil des flüssigen Harzes 61a die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 und die an den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Verbindungsstellen eingetaucht, während im zweiten Teil des flüssigen Harzes 61a mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 eingetaucht ist, die an die freiliegenden Abschnitte 523 angrenzen. Das heißt, dass die Menge des Füllstoffs 62, die im ersten Teil des flüssigen Harzes 61a enthalten ist, erhöht ist, während die Menge des Füllstoffs 62, die im zweiten Teil des flüssigen Harzes 61a enthalten ist, verringert ist.
Zu einem Zeitpunkt, nachdem die vorbestimmte Dauer vom Eintauchschritt an verstrichen ist, d. h. wenn die Verteilung des Füllstoffs 62 im flüssigen Harz 61a wie oben beschrieben ungleichmäßig geworden ist, wird das flüssige Harz 61a ausgehärtet. Dadurch wird der einkapselnde Harzkörper 60 erzielt.
Genauer gesagt wird das flüssige Harz 61a im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Heizvorgang ausgehärtet, wodurch der einkapselnde Harzkörper 60 in der Form des Aufnahmeraums des Behälters 90 ausgebildet wird. Danach wird der einkapselnde Harzkörper 60, in dem der mindestens eine Teil des ersten Wicklungsendteils 55 der Statorwicklung 52 eingekapselt ist, aus dem Behälter 90 entfernt.
Im Zusammenbauschritt werden das Gehäuse 20, die Drehwelle 30, der Rotor 40 und der Stator 50, mit dem der einkapselnde Harzkörper 60 einstückig ausgebildet ist, in einer vorbestimmten Reihenfolge zusammengebaut. Dadurch wird die rotierende elektrische Maschine 10 erzielt, wie sie in 1 gezeigt ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die folgenden vorteilhaften Wirkungen zu erzielen.
Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist den Statorkern 51, die Statorwicklung 52 und den einkapselnden Harzkörper 60 auf. Die Statorwicklung 52 ist auf dem Statorkern 51 montiert. Die Statorwicklung 52 ist aus den elektrischen Leitern 520 und den jeweils die elektrischen Leiter 520 bedeckenden Isolationsschichten 521 ausgebildet. Im einkapselnden Harzkörper 60 ist ein Teil der Statorwicklung 52 eingekapselt. Darüber hinaus hat die Statorwicklung 52 den ersten Wicklungsendteil 55, der von der ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51 vorsteht. Der erste Wicklungsendteil weist die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520, die aus den Isolationsschichten 521 freigelegt sind, die an den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildeten Verbindungsstellen und die bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 auf, die mit den jeweiligen Isolationsschichten 521 bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte 523 angrenzen. Der einkapselnde Harzkörper 60 ist am ersten Wicklungsendteil 55 der Statorwicklung 52 so ausgebildet, dass in ihm die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520, die an den freiliegenden Abschnitten 520 ausgebildeten Verbindungsstellen und mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 integral eingekapselt sind. Der einkapselnde Harzkörper 60 hat den ersten Teil 63, in dem die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 eingekapselt sind, und den zweiten Teil 64, in dem der mindestens eine Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 eingekapselt ist. Der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 ist kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64 des einkapselnden Harzkörpers 60.
Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten α1 des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrischen Leiter 520 zu minimieren. Folglich ist es möglich, eine thermische Beanspruchung, die durch die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 und den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 verursacht wird und auf die Verbindungsstellen wirkt, die die zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Schweißstellen 522 umfassen, zu minimieren. Dadurch ist es möglich zu unterdrücken, dass in den Verbindungsstellen Risse auftreten.
Darüber hinaus ist es mit der obigen Konfiguration auch möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten a2 des zweiten Teils 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschichten 521 zu minimieren. Folglich ist es möglich, eine thermische Beanspruchung zu minimieren, die durch die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 und den Isolationsschichten 521 verursacht wird und auf die Grenzflächen zwischen ihnen wirkt. Dadurch ist es möglich, eine Ablösung des zweiten Teils 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 von den Isolationsschichten 521 (d. h. eine Grenzflächenablösung) zu unterdrücken.
Mit der obigen Konfiguration ist es dementsprechend möglich, eine hohe Zuverlässigkeit der rotierenden elektrischen Maschine 10 sicherzustellen.
Darüber hinaus enthält der einkapselnde Harzkörper 60 im vorliegenden Ausführungsbeispiel den Füllstoff 62. Der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 ist höher als der prozentuale Anteil des Füllstoffs 62 im zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60.
Der lineare Ausdehnungskoeffizient des einkapselnden Harzkörpers 60 nimmt mit Zunahme des prozentualen Gehalts des Füllstoffs 62 im einkapselnden Harzkörper 60 ab. Mit der obigen Verteilung des Füllstoffs 62 im einkapselnden Harzkörper 60 ist es daher möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten α1 des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrischen Leiter 520 zu minimieren; ebenso ist es möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten a2 des zweiten Teils 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschichten 521 zu minimieren.
Da die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 durch eine ungleichmäßige Verteilung des Füllstoffs 62 im einkapselnden Harzkörper 60 realisiert wird, ist es außerdem möglich, die beiden ersten und zweiten Teile 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 mit dem gleichen Harz 61 auszubilden. Folglich ist es möglich, die Beschaffenheit des einkapselnden Harzkörpers 60 zu vereinfachen, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 näher als der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 am Koeffizienten der elektrischen Leiter 520; und der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64 liegt näher als der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 am linearen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschichten 521, die jeweils die elektrischen Leiter 520 bedecken.
Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten α1 des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrischen Leiter 520 zu minimieren; ebenso ist es möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten a2 des zweiten Teils 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschichten 521 zu minimieren. Folglich ist es möglich, eine thermische Beanspruchung, die auf die Verbindungsstellen wirkt, die die zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildeten Schweißstellen 522 umfassen, und eine thermische Beanspruchung, die auf die Grenzflächen zwischen dem zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 und den Isolationsschichten 521 wirkt, beide zu minimieren.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die an den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildeten Verbindungsstellen die Schweißstellen 522, von denen jede durch Verschweißen der fernen Endteile der freiliegenden Abschnitte 523 eines radial benachbarten Paars der elektrischen Leiter 520 ausgebildet ist. Der einkapselnde Harzkörper 60 ist auch zwischen jedem radial benachbarten Paar der elektrischen Leiter 520 angeordnet, die im einkapselnden Harzkörper 60 eingekapselt sind.
Mit der obigen Konfiguration ist für jedes radial benachbarte Paar der elektrischen Leiter 520 zwischen den nicht verschweißten Teilen der freiliegenden Abschnitte 523 des Paars der elektrischen Leiter 520 ein Spalt ausgebildet. Zudem ist der Spalt mit dem ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 gefüllt. Falls die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 und den elektrischen Leitern 520 groß wäre, würde der Spalt daher mit der Ausdehnung des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 zwangsweise ausgedehnt werden, was eine Spannung verursachen würde, die auf die Schweißstellen 522 wirkt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es in dieser Hinsicht wie oben beschrieben möglich, die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten α1 des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrischen Leiter 520 zu minimieren. Folglich ist es möglich, eine auf den Schweißstellen 522 wirkende Spannung zu unterdrücken.
Außerdem sind die Spalte, die zwischen den nicht verschweißten Teilen der freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildet sind, eng. Verglichen mit dem Fall, dass die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 und die zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Schweißstellen 522 beschichtet werden, indem auf sie ein Harzpulver aufgebracht und erhitzt und dadurch das Harzpulver geschmolzen wird, ist es einfacher, die zwischen den nicht verschweißten Teilen der freiliegenden Abschnitte 523 ausgebildeten Spalte mit dem flüssigen Harz 61a zu füllen, das den dazugegebenen Füllstoff 62 hat.
Das Verfahren zur Herstellung der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet den Montageschritt, den Eintauchschritt und den Aushärteschritt. Im Montageschritt wird die Statorwicklung 52 so am Statorkern 51 montiert, dass der erste Wicklungsendteil 55 der Statorwicklung 52 von der ersten axialen Endfläche 51a des Statorkerns 51 vorsteht. Der erste Wicklungsendteil 55 weist die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520, die an den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildeten Verbindungsstellen und die bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 auf, die mit den jeweiligen Isolationsschichten 521 bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte 523 angrenzen. Im Eintauchschritt wird mindestens ein Teil des ersten Wicklungsendteils 55 der Statorwicklung 52 in das flüssige Harz 61a eingetaucht, sodass die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 und die an den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Verbindungsstellen im ersten Teil des flüssigen Harzes 61a eingetaucht sind, während mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 im zweiten Teil des flüssigen Harzes 6a eingetaucht ist. Das flüssige Harz 61a hat den dazugegebenen Füllstoff 62 und ist in dem Behälter 90 enthalten, der die Öffnung 93 hat. Im Aushärteschritt wird das flüssige Harz 61a zu dem Zeitpunkt, nachdem die vorbestimmte Dauer vom Eintauchschritt an verstrichen ist, ausgehärtet, um den einkapselnden Harzkörper 60 auszubilden, in dem der mindestens eine Teil des ersten Wicklungsendteils 55 der Statorwicklung 52 eingekapselt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Verteilung des Füllstoffs 62 im flüssigen Harz 61a ungleichmäßig geworden, sodass die Menge des Füllstoffs 62, die im ersten Teil des flüssigen Harzes 61a enthalten ist, größer als die Menge des Füllstoffs 62 ist, die im zweiten Teil des flüssigen Harzes 61a enthalten ist.
Bei dem obigen Verfahren wird das flüssige Harz 61a in einem Zustand ausgehärtet, in dem die Menge des Füllstoffs 62, die im ersten Teil des flüssigen Harzes 61a enthalten ist, größer als die Menge des Füllstoffs 62 ist, die im zweiten Teil des flüssigen Harzes 61a enthalten ist. Folglich ist der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im ersten Teil 63 des sich ergebenden einkapselnden Harzkörpers 60 höher als der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im zweiten Teil 64 des sich ergebenden einkapselnden Harzkörpers 60. Im ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 sind die freiliegenden Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520 und die an den freiliegenden Abschnitten 523 ausgebildeten Verbindungsstellen eingekapselt; und im zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 ist mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 eingekapselt. Mit der obigen ungleichmäßigen Verteilung des Füllstoffs 62 im einkapselnden Harzkörper 60 ist es deswegen möglich, eine thermische Beanspruchung, die auf die Verbindungsstellen wirkt, die die zwischen den freiliegenden Abschnitten 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildeten Schweißstellen 522 umfassen, und eine thermische Beanspruchung, die auf die Grenzflächen zwischen dem zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 und den Isolationsschichten 521 wirkt, beide zu minimieren. Dementsprechend ist es mit dem obigen Verfahren möglich, die rotierende elektrische Maschine 10 herzustellen, die eine hohe Zuverlässigkeit hat.
Die Verteilung des Füllstoffs 62 im einkapselnden Harzkörper 60 ist nicht auf das in 4 gezeigte Beispiel beschränkt, in dem der Füllstoff 62 in den beiden ersten und zweiten Teilen 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt ist.
Alternativ kann der Füllstoff 62 in entweder einem oder beiden der ersten und zweiten Teile 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 ungleichmäßig verteilt sein. Zum Beispiel kann der Füllstoff 62 im gesamten einkapselnden Harzkörper 60 ungleichmäßig verteilt sein, sodass der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im einkapselnden Harzkörper 60 in der axialen Richtung von einer axial inneren Fläche (oder Fläche aufseiten des Statorkerns 51) 60a zu einer axial äußeren Fläche (oder Gegenfläche zum Statorkern 51) 60b des einkapselnden Harzkörpers 60 allmählich ansteigt. In diesem Fall ist der mittlere prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 höher als der mittlere prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60. Mit Ausnahme der Grenzfläche zwischen den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 ist zudem der minimale prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im ersten Teil 63 höher als der maximale prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im zweiten Teil 64.
Entsprechend kann der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 im ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 ungleichmäßig sein; und der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 im zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 kann ungleichmäßig sein. Zum Beispiel kann der gesamte einkapselnde Harzkörper 60 so konfiguriert sein, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des einkapselnden Harzkörpers 60 in der axialen Richtung von der axial inneren Fläche 60a zur axial äußeren Fläche 60b des einkapselnden Harzkörpers 60 allmählich abnimmt. In diesem Fall ist der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 kleiner als der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64 des einkapselnden Harzkörpers 60. Zudem ist mit Ausnahme der Grenzfläche zwischen den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 der maximale lineare Ausdehnungskoeffizient α1 im ersten Teil 63 kleiner als der minimale lineare Ausdehnungskoeffizient a2 im zweiten Teil 64.
Darüber hinaus ist das Verfahren zum Ausbilden des einkapselnden Harzkörpers 60 nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt. Zum Beispiel kann der einkapselnde Harzkörper 60 alternativ in zwei Stufen ausgebildet werden. In der ersten Stufe wird der erste Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 mit dem flüssigen Harz 61a ausgebildet, das eine größere Menge des dazugegebenen Füllstoffs 62 hat. In der zweiten Stufe wird der zweite Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 mit dem flüssigen Harz 61a ausgebildet, das eine geringere Menge des dazugegebenen Füllstoffs 62 hat. In jeder der ersten und zweiten Stufen ist es möglich, das flüssige Harz 61a in einem Zustand auszuhärten, in dem der Füllstoff 62 in dem flüssigen Harz 61a im Wesentlichen gleichmäßig verteilt ist. Folglich ist es möglich, dass der lineare Ausdehnungskoeffizienten α1 im ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 im Wesentlichen gleichmäßig ist und dass der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 im zweiten Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 im Wesentlichen gleichmäßig ist.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der Füllstoff 62 in jedem der ersten und zweiten Teile 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 enthalten.
Wie in 7 gezeigt ist, ist im Gegensatz dazu im zweiten Ausführungsbeispiel unter den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 der Füllstoff 62 nur im ersten Teil 63 enthalten. Das heißt, dass im zweiten Teil 64 kein Füllstoff 62 enthalten ist. Andererseits ist das Harz 61, das im ersten Teil 63 enthalten ist, das gleiche Material wie das Harz 61, das im zweiten Teil 64 enthalten ist.
Bei der obigen Konfiguration des einkapselnden Harzkörpers 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im ersten Teil 63 höher als der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im zweiten Teil 64 (d. h. 0%). Folglich ist der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64.
Der einkapselnde Harzkörper 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann unter Verwendung des gleichen Verfahrens ausgebildet werden, wie es im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Um den prozentualen Gehalt des Füllstoffs 62 im zweiten Teil 64 auf 0% einzustellen, ist es jedoch notwendig, die vorbestimmte Dauer (d. h. die Zeitdauer vom Ende des Eintauchschritts bis zum Beginn des Heizvorgangs zum Aushärten des flüssigen Harzes 61a) ausreichend lang einzustellen.
Alternativ kann der einkapselnde Harzkörper 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in zwei Stufen ausgebildet werden. In der ersten Stufe wird der erste Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 mit dem flüssigen Harz 61a ausgebildet, das den dazugegebenen Füllstoff 62 hat. In der zweiten Stufe wird der zweite Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 mit dem flüssigen Harz 61a ausgebildet, das keinen dazugegebenen Füllstoff 62 hat.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der gesamte einkapselnde Harzkörper 60 aus dem Harz 61 ausgebildet. Das heißt, dass das Harz 61, das im ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 enthalten ist, das gleiche Material wie das Harz 61 ist, das im zweiten Teil des einkapselnden Harzkörpers 60 enthalten ist. Außerdem wird die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 durch eine ungleichmäßige Verteilung des Füllstoffs 62 im einkapselnden Harzkörper 60 realisiert.
Wie in 8 gezeigt ist, sind im Gegensatz dazu im dritten Ausführungsbeispiel die ersten und zweiten Teile 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 6 jeweils aus zwei verschiedenen Harzen 61b und 61c ausgebildet. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzes 61b, das den ersten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 ausbildet, ist kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzes 61c, das den zweiten Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 ausbildet. Folglich ist der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63 kleiner als der lineare Ausdehnungskoeffizient a2 des zweiten Teils 64.
Außerdem liegt der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzes 61b näher als der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzes 61c am Koeffizienten der elektrischen Leiter 520, während der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzes 61c näher als der lineare Ausdehnungskoeffizient des Harzes 61b am linearen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschichten 521 liegt, die jeweils die elektrischen Leiter 520 bedecken.
Der einkapselnde Harzkörper 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann in zwei Stufen ausgebildet werden. In der ersten Stufe wird der erste Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 mit dem Harz 61b in einem flüssigen Zustand ausgebildet. In der zweiten Phase wird der zweite Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 mit dem Harz 61c in einem flüssigen Zustand ausgebildet.
Außerdem kann mindestens einer der ersten und zweiten Teile 63 und 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Füllstoff 62 enthalten, wie er im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
Im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird der sich ergebende einkapselnde Harzkörper 60 nach dem Aushärteschritt aus dem Behälter 90 entfernt, der aus einem Metallwerkstoff besteht. Das heißt, dass der Behälter 90 keinen Teil des einkapselnden Harzkörpers 60 bildet.
Wie in 9 gezeigt ist, besteht im Gegensatz dazu im vierten Ausführungsbeispiel ein Behälter 90a, der dazu verwendet wird, das flüssige Harz 61a zu enthalten, aus Harz. Darüber hinaus ist der Behälter 90a nach dem Aushärteschritt mit dem ausgehärteten Harz 61 zu einem Stück integriert. Folglich weist der sich ergebende einkapselnde Harzkörper 60 den ersten Teil 63, den zweiten Teil 64 und den aus Harz bestehenden Behälter 90a auf, in dem die ersten und zweiten Teile 63 und 64 ausgebildet sind.
Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Behälters 90a ist von mindestens einem der linearen Ausdehnungskoeffizienten der ersten und zweiten Teile 63 und 64 verschieden. Außerdem kann der lineare Ausdehnungskoeffizient des Behälters 90a mit einem der linearen Ausdehnungskoeffizienten der ersten und zweiten Teile 63 und 64 gleich sein.
Der einkapselnde Harzkörper 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist wie oben neben den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 einen dritten Teil (d. h. den aus Harz bestehenden Behälter 90a) auf, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient von mindestens einem der linearen Ausdehnungskoeffizienten der ersten und zweiten Teile 63 und 64 verschieden ist.
Außerdem kann der einkapselnde Harzkörper 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben erzielt werden, indem die ersten und zweiten Teile 63 und 64 in dem aus Harz bestehenden Behälter 90a ausgebildet werden.
[Fünftes Ausführungsbeispiel]
In dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel weist der einkapselnde Harzkörper 60 neben den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 als den dritten Teil den aus Harz bestehenden Behälter 90a auf.
Wie in 10 gezeigt ist, weist im Gegensatz dazu im fünften Ausführungsbeispiel der einkapselnde Harzkörper 60 neben den ersten und zweiten Teilen 63 und 64 einen dritten Teil 65 auf, der von dem aus Harz bestehenden Behälter 90a, der im vierten Ausführungsbeispiel beschrieben wird, verschieden ist.
Genauer sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel der zweite Teil 64, der erste Teil 63 und der dritte Teil 65 des einkapselnden Harzkörpers 60 in der axialen Richtung vonseiten des Statorkerns 51 aus in dieser Reihenfolge angeordnet. Außerdem sind in 10 die Grenzen zwischen diesen Teilen des einkapselnden Harzkörpers 60 in der axialen Richtung durch Punkt-Strich-Linien gekennzeichnet.
Der dritte Teil 65 ist aus dem gleichen Harz 61 und Füllstoff 62 wie die ersten und zweiten Teile 63 und 64 ausgebildet. Der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im dritten Teil 65 ist von mindestens einem des prozentualen Gehalts des Füllstoffs 62 im ersten Teil 63 und des prozentualen Gehalts des Füllstoffs 62 im zweiten Teil 64 verschieden. Folglich ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des dritten Teils 65 von mindestens einem der linearen Ausdehnungskoeffizienten der ersten und zweiten Teile 63 und 64 verschieden.
Genauer gesagt ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im dritten Teil 65 kleiner als der prozentuale Gehalt des Füllstoffs 62 im ersten Teil 63. Folglich ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des dritten Teils 65 höher als der lineare Ausdehnungskoeffizient α1 des ersten Teils 63.
Der einkapselnde Harzkörper 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann in drei Stufen ausgebildet werden. In der ersten Stufe wird der dritte Teil 65 des einkapselnden Harzkörpers 60 mit dem flüssigen Harz 61a ausgebildet, das den dazugegebenen Füllstoff 62 hat. In der zweiten Stufe wird der erste Teil 63 des einkapselnden Harzkörpers 60 auf dem dritten Teil 65 mit dem flüssigen Harz 61a ausgebildet, das den dazugegeben Füllstoff 62 hat. In der dritten Stufe wird der zweite Teil 64 des einkapselnden Harzkörpers 60 auf dem ersten Teil 63 mit dem flüssigen Harz 61a ausgebildet, das den dazugegeben Füllstoff 62 hat.
Außerdem kann der einkapselnde Harzkörper 60 in der axialen Richtung auf der zum ersten Teil 63 entgegengesetzten Seite des zweiten Teils 64 einen vierten Teil aufweisen.
Der einkapselnde Harzkörper 60 kann wie oben so konfiguriert sein, dass er drei oder mehr Teile aufweist, die verschiedene prozentuale Gehalte des Füllstoffs 62 haben. Das heißt, dass der einkapselnde Harzkörper 60 so konfiguriert sein kann, dass er drei oder mehr Teile aufweist, die verschiedene lineare Ausdehnungskoeffizienten haben.
Es sind zwar die obigen besonderen Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden, doch wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Abwandlungen, Änderungen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Patentansprüche abzuweichen.
Zum Beispiel hat die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Innenrotoraufbau, bei dem der Rotor 40 radial innerhalb des Stators 50 liegt. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch bei rotierenden elektrischen Maschinen angewandt werden, die einen Außenrotoraufbau haben, bei dem ein Rotor radial außerhalb eines Stators liegt.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind im Statorkern 51 die Schlitze 53 ausgebildet, wobei die Wicklungsseiten 54 der Statorwicklung 52 in den Schlitzen 53 des Statorkerns 51 aufgenommen sind. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch bei rotierenden elektrischen Maschinen angewandt werden, bei denen eine Statorwicklung auf einem schlitzlosen Statorkern montiert ist.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsstellen unter den ersten und zweiten Wicklungsendteilen 55 und 56 der Statorwicklung 52 nur im ersten Wicklungsendteil 55 enthalten und ist der einkapselnde Harzkörper 60 nur am ersten Wicklungsendteil 55 ausgebildet, damit in ihm die Verbindungsstellen eingekapselt sind. Alternativ können nur im zweiten Wicklungsendteil 56 Verbindungsstellen enthalten sein und kann ein einkapselnder Harzkörper 60 nur am zweiten Wicklungsendteil 56 ausgebildet sein, damit in ihm die Verbindungsstellen eingekapselt sind. Als eine andere Alternative können in den beiden ersten und zweiten Wicklungsendteilen 55 und 56 Verbindungsstellen enthalten sein und es können jeweils an den ersten und zweiten Wicklungsendteilen 55 und 56 zwei einkapselnde Harzkörper 60 ausgebildet sein, damit in ihnen die Verbindungsstellen eingekapselt sind.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 52 mit den im Wesentlichen U-förmigen elektrischen Leitersegmenten konfiguriert, von denen jedes den elektrischen Leiter 520 und die den elektrischen Leiter 520 bedeckende Isolationsschicht 521 aufweist. Alternativ kann die Statorwicklung 52 eine andere Konfiguration haben, die dergestalt ist: Die Statorwicklung 52 weist elektrische Leiter 520 und jeweils die elektrischen Leiter 520 bedeckende Isolationsschichten 521 auf; und ein Wicklungsendteil 55 der Statorwicklung 52 weist freiliegende Abschnitte 523 der elektrischen Leiter 520, die aus den Isolationsschichten 521 freigelegt sind, an den freiliegenden Abschnitten aus 523 der elektrischen Leiter 520 ausgebildete Verbindungsstellen 522 und bedeckte Abschnitte 524 der elektrischen Leiter 520 auf, die mit den jeweiligen Isolationsschichten 521 bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte 523 angrenzen.
Die Formen der Behälter 90 und 90a und des einkapselnden Harzkörpers 60 sind nicht auf die beschränkt, die in den obenstehenden Ausführungsbeispielen dargestellt sind. Anstelle dessen können die Behälter 90 und 90a und der einkapselnde Harzkörper 60 beliebige andere geeignete Formen haben.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der einkapselnde Harzkörper 60 so ausgebildet, dass er in der Umfangsrichtung durchgehend ist (d. h. nicht in der Umfangsrichtung unterteilt ist). Alternativ kann der einkapselnde Harzkörper 60 in der Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt sein und jedes Segment kann eine Vielzahl von Verbindungsstellen haben, die in ihm integral eingekapselt sind.
In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird das Harz 60 durch ein wärmehärtendes Harz realisiert. Allerdings kann das Harz 60 alternativ durch andere härtbare Harze realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016134991 A [0002]

Claims

Rotierende elektrische Maschine (10) mit: einem Statorkern (51); einer Statorwicklung (52), die auf dem Statorkern montiert ist, wobei die Statorwicklung aus elektrischen Leitern (520) und jeweils die elektrischen Leiter bedeckenden Isolationsschichten (521) ausgebildet ist; und einem einkapselnden Harzkörper (60), in dem ein Teil der Statorwicklung eingekapselt ist, wobei die Statorwicklung einen Wicklungsendteil (55) hat, der von einer axialen Endfläche (51a) des Statorkerns vorsteht, der Wicklungsendteil freiliegende Abschnitte (523) der elektrischen Leiter, die aus den Isolationsschichten freigelegt sind, an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildete Verbindungsstellen (522) und bedeckte Abschnitte (524) der elektrischen Leiter aufweist, die mit den jeweiligen Isolationsschichten bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte angrenzen, der einkapselnde Harzkörper am Wicklungsendteil der Statorwicklung so ausgebildet ist, dass in ihm die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter, die an den freiliegenden Abschnitten ausgebildeten Verbindungsstellen und mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter integral eingekapselt sind, der einkapselnde Harzkörper einen ersten Teil (63), in dem die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt sind, und einen zweiten Teil (64) hat, in dem der mindestens eine Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt ist, und ein linearer Ausdehnungskoeffizient (α1) des ersten Teils des einkapselnden Harzkörpers kleiner als ein linearer Ausdehnungskoeffizient (a2) des zweiten Teils des einkapselnden Harzkörpers ist.
Rotierende elektrische Maschine wie nach Anspruch 1, wobei der einkapselnde Harzkörper einen Füllstoff (62) enthält und ein prozentualer Gehalt des Füllstoffs im ersten Teil des einkapselnden Harzkörpers höher als ein prozentualer Gehalt des Füllstoffs im zweiten Teil des einkapselnden Harzkörpers ist.
Rotierende elektrische Maschine wie nach Anspruch 1 oder 2, wobei der lineare Ausdehnungskoeffizient des ersten Teils des einkapselnden Harzkörpers näher als der lineare Ausdehnungskoeffizient des zweiten Teils des einkapselnden Harzkörpers an einem linearen Ausdehnungskoeffizienten der elektrischen Leiter liegt und der lineare Ausdehnungskoeffizient des zweiten Teils des einkapselnden Harzkörpers näher als der lineare Ausdehnungskoeffizient des ersten Teils des einkapselnden Harzkörpers an einem linearen Ausdehnungskoeffizienten der jeweils die elektrischen Leiter bedeckenden Isolationsschichten liegt.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der einkapselnde Harzkörper neben den ersten und zweiten Teilen außerdem einen dritten Teil (90a, 65) aufweist und ein linearer Ausdehnungskoeffizient des dritten Teils von mindestens einem der linearen Ausdehnungskoeffizienten der ersten und zweiten Teile verschieden ist.
Rotierende elektrische Maschine (10) mit: einem Statorkern (51); einer Statorwicklung (52), die auf dem Statorkern montiert ist, wobei die Statorwicklung aus elektrischen Leitern (520) und jeweils die elektrischen Leiter bedeckenden Isolationsschichten (521) ausgebildet ist; und einem einkapselnden Harzkörper (60), in dem ein Teil der Statorwicklung eingekapselt ist, wobei der einkapselnde Harzkörper einen Füllstoff (62) enthält, wobei die Statorwicklung einen Wicklungsendteil (55) hat, der von einer axialen Endfläche (51a) des Statorkerns vorsteht, der Wicklungsendteil freiliegende Abschnitte (523) der elektrischen Leiter, die aus den Isolationsschichten freigelegt sind, an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildete Verbindungsstellen (522) und bedeckte Abschnitte (524) der elektrischen Leiter aufweist, die mit den jeweiligen Isolationsschichten bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte angrenzen, der einkapselnde Harzkörper am Wicklungsendteil der Statorwicklung so ausgebildet ist, dass in ihm die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter, die an den freiliegenden Abschnitten ausgebildeten Verbindungsstellen und mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter integral eingekapselt ist, der einkapselnde Harzkörper einen ersten Teil (63), in dem die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt sind, und einen zweiten Teil (64) hat, in dem der mindestens eine Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter eingekapselt ist, und ein prozentualer Gehalt des Füllstoffs im ersten Teil des einkapselnden Harzkörpers höher als ein prozentualer Gehalt des Füllstoffs im zweiten Teil des einkapselnden Harzkörpers ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei der einkapselnde Harzkörper neben den ersten und zweiten Teilen außerdem einen dritten Teil (90a, 65) aufweist und ein prozentualer Gehalt des Füllstoffs im dritten Teil von mindestens einem des prozentualen Gehalts des Füllstoffs im ersten Teil und des prozentualen Gehalts des Füllstoffs im zweiten Teil verschieden ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildeten Verbindungsstellen Schweißstellen (522) umfassen, von denen jede durch Verschweißen ferner Endteile der freiliegenden Abschnitte von einem benachbarten Paar der elektrischen Leiter ausgebildet ist, und der einkapselnde Harzkörper auch zwischen jedem benachbarten Paar der im einkapselnden Harzkörper eingekapselten elektrischen Leiter angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine (10), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Montieren einer Statorwicklung (52) an einem Statorkern (51), sodass ein Wicklungsendteil (55) der Statorwicklung von einer axialen Endfläche (51a) des Statorkerns vorsteht, wobei die Statorwicklung aus elektrischen Leitern (520) und jeweils die elektrischen Leiter bedeckenden Isolationsschichten (521) ausgebildet ist, der Wicklungsendteil der Statorwicklung freiliegende Abschnitte (523) der elektrischen Leiter, die aus den Isolationsschichten freigelegt sind, an den freiliegenden Abschnitten der elektrischen Leiter ausgebildete Verbindungsstellen (522) und bedeckte Abschnitte (524) der elektrischen Leiter aufweisen, die mit den jeweiligen Isolationsschichten bedeckt sind und jeweils an die freiliegenden Abschnitte angrenzen; Eintauchen mindestens eines Teils des Wicklungsendteils der Statorwicklung in ein flüssiges Harz (61a), sodass die freiliegenden Abschnitte der elektrischen Leiter und die an den freiliegenden Abschnitten ausgebildeten Verbindungsstellen in einem ersten Teil des flüssigen Harzes eingetaucht sind, während mindestens ein Teil von jedem der bedeckten Abschnitte der elektrischen Leiter in einem zweiten Teil des flüssigen Harzes eingetaucht ist, wobei das flüssige Harz einen dazugegebenen Füllstoff (62) hat und in einem Behälter (90, 90a) enthalten ist, der eine Öffnung (93) hat; und Aushärten des flüssigen Harzes zu einem Zeitpunkt, nachdem vom Eintauchschritt an eine vorbestimmte Dauer verstrichen ist, um einen einkapselnden Harzkörper (60) auszubilden, in dem der mindestens eine Teil des Wicklungsendteils der Statorwicklung eingekapselt ist, wobei zu dem Zeitpunkt eine Verteilung des Füllstoffs im flüssigen Harz ungleichmäßig geworden ist, sodass eine Menge des Füllstoffs, die im ersten Teil des flüssigen Harzes enthalten ist, größer als eine Menge des Füllstoffs ist, die im zweiten Teil des flüssigen Harzes enthalten ist.