DE112015002516T5

DE112015002516T5 - Elektrische Rotationsmaschine und Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112015002516T5
Application number: DE112015002516.2T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Akita; Sachiko KAWASAKI; Hironori TSUIKI; Akira Hashimoto; Koji Kawamura; Atsushi Sakaue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2017-02-23
Also published as: CN106464052B; JP6234565B2; WO2015182346A1; US20170179780A1; US10153673B2; CN106464052A; JPWO2015182346A1

Abstract

Brückenbereiche (20Uc, 20Ud, 20Vc, 20Vd, 20Wc, 20Wd) von Spulen (20U, 20V, 20W), welche Spulenende-Bereiche (Kc, Kd) bilden, an beiden Enden in Axialrichtung eines Stators (40) der elektrischen Rotationsmaschine (100) gemäß der vorliegenden Erfindung sind koaxial in Bezug auf eine Achse des Stators (40) konfiguriert; mindestens ein Brückenbereich der Brückenbereiche (20Uc bis 20Wc, 20Ud bis 20Wd) einer jeden Spule (20U, 20V, 20W) an beiden Enden in der Axialrichtung befindet sich außerhalb einer inneren peripheren Fläche des Stators (40); und es befindet sich ein Spalt zwischen einer Endfläche (41) eines Statorkerns (41) in Axialrichtung und eines jeden Brückenbereichs (20Uc bis 20Wc, 20Ud bis 20Wd).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine mit einem ausgezeichneten Spulen-Kühlvermögen, sowie ein Herstellungsverfahren für eine solche elektrische Rotationsmaschine.
Stand der Technik
In jüngster Zeit ist es notwendig, dass elektrische Rotationsmaschinen, wie z. B. Elektromotoren und Elektrogeneratoren eine geringe Größe, eine hohe Ausgangsleistung und eine hohe Effizienz haben. Zur Verringerung der Größe und zur Erhöhung der Ausgangsleistung einer solchen elektrischen Rotationsmaschine wird eine elektrische Rotationsmaschine verwendet, die einen Stator mit konzentrierter Wicklung mit einem relativ hohen Spulen-Raumfaktor hat.
Es besteht jedoch ein gesteigerter Bedarf an einer elektrischen Rotationsmaschine, die einen Stator aufweist, welcher eine Spule verwendet, der eine verteilte Wicklungsstruktur hat, welche eine weitere Erhöhung der Ausgangsleistung ermöglicht (siehe z. B. Patentdokument 1). Während eine Spule mit konzentrierter Wicklung gebildet wird, indem ein Leiterdraht auf einen einzelnen Zahn gewickelt wird, wird hierbei eine Spule mit einer verteilten Wicklung gebildet, indem ein Leiterdraht zwischen Nuten gewickelt wird, welche voneinander um zwei Nuten oder mehr beabstandet sind.
Literaturverzeichnis
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 10-117 452 A

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Um die Ausgangsleistung einer elektrischen Rotationsmaschine zu erhöhen, ist es notwendig, die Wärme, die durch den großen Strom erzeugt wird, der durch eine Spule fließt, wirksam abzuführen. Eine herkömmliche elektrische Rotationsmaschine, die in dem Patentdokument 1 offenbart ist, hat jedoch ein dahingehendes Problem, dass – da die Spule ohne Spalte gewickelt ist, um den Raumfaktor zu verbessern – die Wärmeabführung verschlechtert ist, so dass die Ausgangsleistung nicht erhöht werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das oben beschriebene Problem zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Rotationsmaschine anzugeben, die eine verbesserte Spulen-Kühlungseffizienz und kleine Abmessungen, eine hohe Ausgangsleistung und eine hohe Effizienz hat, sowie ein Herstellungsverfahren für eine derartige elektrische Rotationsmaschine anzugeben.
Lösung der Probleme
Eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:
einen Stator, der einen Statorkern hat, welcher einen äußeren Kern als Hinterjoch-Bereich und einen inneren Kern in Form von einer Mehrzahl von Zahnbereichen aufweist, und der eine Mehrzahl von isolierten und beschichteten Spulen hat, die jeweils in zwei Nuten aufgenommen sind, welche jeweils zwischen den zwei Zahnbereichen ausgebildet sind, die einander benachbart sind, wobei die Spulen über die Mehrzahl von Zahnbereichen des Statorkerns hinweg verlaufen; und
einen Rotor, der drehbar an einer inneren Seite des Statorkerns gehalten ist, wobei Brückenbereiche der Spulen Spulenende-Bereiche des Stators an beiden Enden in Axialrichtung bilden und koaxial mit einer Achse des Stators konfiguriert sind,
wobei sich mindestens ein Brückenbereich der Brückenbereiche einer jeden Spule an beiden Enden in der Axialrichtung außerhalb einer inneren peripheren Fläche des Stators befindet, und
wobei sich ein Spalt zwischen einer Endfläche des Statorkerns in der Axialrichtung und eines jeden Brückenbereichs befindet.
Außerdem ist ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine, das Folgendes aufweist: einen Stator, der einen Statorkern hat, welcher einen äußeren Kern als einen Hinterjoch-Bereich und einen inneren Kern in Form von einer Mehrzahl von Zahnbereichen aufweist, und der eine Mehrzahl von isolierten und beschichteten Spulen hat, die jeweils in zwei Nuten aufgenommen sind, welche jeweils zwischen den zwei Zahnbereichen ausgebildet sind, die einander benachbart sind, wobei die Spulen über die Mehrzahl von Zahnbereichen des Statorkerns hinweg verlaufen; und einen Rotor, der drehbar an einer inneren Seite des Statorkerns gehalten ist, wobei das Herstellungsverfahren Folgendes aufweist:
einen Wicklungsschritt, in welchem kontinuierlich Zwischenspulen, welche jeweils zwei Nut-Aufnahmebereiche, die in den Nuten des Statorkerns aufgenommen werden sollen, und zwei Brückenbereiche aufweisen, mittels derer beide Endbereiche der Nut-Aufnahmebereiche verbunden sind, in einer flachen Plattenform von einem isolierten und beschichteten Leiterdraht unter Verwendung eines Wicklungsrahmens ausgebildet werden;
einen Spulen-Formungsschritt, in welchem die zwei Nut-Aufnahmebereiche einer jeden Zwischenspule verwunden werden und jeder Brückenbereich in eine Kreisbogenform gebracht wird;
einen temporären Spulen-Montageschritt, in welchem temporär jede Spule, die dem Spulen-Formungsschritt unterzogen wird, schräg in den zwei Nuten montiert wird;
einen Spulen-Einführungsschritt, in welchem die Nut-Aufnahmebereiche einer jeden Spule, die dem temporären Spulen-Montageschritt unterzogen werden, von einer äußeren Seite zu einer radial inneren Seite der Nut-Aufnahmebereiche in die Nuten gedrückt werden;
einen Kern-Montageschritt, in welchem der innere Kern, an welchem jede Spule montiert ist, in den äußeren Kern eingeführt wird; und
einen Abschluss-Montageschritt, in welchem der Rotor in den Stator eingeführt wird und der Stator und der Rotor in einem Rahmen aufgenommen werden.
Wirkung der Erfindung
Bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes:
Da Brückenbereiche der Spulen Spulenende-Bereiche des Stators an beiden Enden in Axialrichtung bilden und koaxial mit einer Achse des Stators konfiguriert sind,
wobei sich mindestens ein Brückenbereich der Brückenbereiche einer jeden Spule an beiden Enden in der Axialrichtung außerhalb einer inneren peripheren Fläche des Stators befindet, und
sich ein Spalt zwischen einer Endfläche des Statorkerns in der Axialrichtung und eines jeden Brückenbereichs befindet,
ist es möglich, einen Strömungspfad zum Durchleiten eines Kühlmittels, wie z. B. Luft oder Kühlöl zu gewährleisten, um das Kühlvermögen zu verbessern, so dass eine Beeinträchtigung bzw. Beeinflussung von einer anderen Spule unterbunden wird.
Außerdem besitzt das Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes:
einen Wicklungsschritt, in welchem kontinuierlich Zwischenspulen, welche jeweils zwei Nut-Aufnahmebereiche, die in den Nuten des Statorkerns aufgenommen werden sollen, und zwei Brückenbereiche aufweisen, mittels derer beide Endbereiche der Nut-Aufnahmebereiche verbunden sind, in einer flachen Plattenform von einem isolierten und beschichteten Leiterdraht unter Verwendung eines Wicklungsrahmens ausgebildet werden;
einen Spulen-Formungsschritt, in welchem die zwei Nut-Aufnahmebereiche einer jeden Zwischenspule verwunden werden und jeder Brückenbereich in eine Kreisbogenform gebracht wird;
einen temporären Spulen-Montageschritt, in welchem temporär jede Spule, die dem Spulen-Formungsschritt unterzogen wird, schräg in den zwei Nuten montiert wird;
einen Spulen-Einführungsschritt, in welchem die Nut-Aufnahmebereiche einer jeden Spule, die dem temporären Spulen-Montageschritt unterzogen werden, von einer äußeren Seite zu einer radial inneren Seite der Nut-Aufnahmebereiche in die Nuten gedrückt werden;
einen Kern-Montageschritt, in welchem der innere Kern, an welchem jede Spule montiert ist, in den äußeren Kern eingeführt wird; und
einen Abschluss-Montageschritt, in welchem der Rotor in den Stator eingeführt wird und der Stator und der Rotor in einem Rahmen aufgenommen werden.
Daher ist es möglich, einen Spalt zwischen der Endfläche des inneren Kerns in Axialrichtung und eines jeden Brückenbereiches auszubilden, so dass es möglich ist, einen Strömungspfad zum Durchleiten eines Kühlmittels, wie z. B. Luft oder Kühlöl zu gewährleisten, um das Kühlvermögen zu verbessern, so dass eine Beeinträchtigung bzw. Beeinflussung von einer anderen Spule unterbunden wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein einseitiges schematisches Front-Querschnittsdiagramm einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Rotationsmaschine (nur eines Stators und eines Rotors) gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Stators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines inneren Kerns des Stators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines äußeren Kerns des Stators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Spule, die in dem Stator verwendet wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Frontansicht der Spule, die in dem Stator verwendet wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Draufsicht der Spule, die in dem Stator verwendet wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Wicklungsrahmens, der in einem Wicklungsschritt verwendet wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Diagramm, das den Wicklungsschritt zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Frontansicht einer Zwischenspule, die aus dem Wicklungsrahmen nach dem Ende des Wicklungsschrittes herausgenommen wird, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A, die in 12. gezeigt ist.
14 ist eine Frontansicht einer verwundenen Zwischenspule gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem die verwundene Zwischenspule auf einer Brückenbereich-Formgebungsform angeordnet ist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Diagramm, das die Zustände zeigt, bevor und nachdem ein Brückenbereich der verwundenen Zwischenspule mittels der Brückenbereich-Formgebungsform geformt worden ist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine perspektivische Ansicht des inneren Kerns und von U-Phasenspulen in einem temporären Spulen-Montageschritt gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine perspektivische Ansicht des inneren Kerns und der U-Phasenspulen in dem temporären Spulen-Montageschritt gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand des inneren Kerns und der U-Phasenspulen nach dem Ende des Spulen-Einführungsschrittes für die U-Phase zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
20 ist ein Diagramm, das ein Spulen-Einführungsverfahren unter Verwendung einer Lehre zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
21 ist ein Diagramm, das ein Spulen-Einführungsverfahren unter Verwendung einer Lehre zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
22 ist ein Diagramm, das ein Spulen-Einführungsverfahren unter Verwendung einer Lehre zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
23 ist ein Diagramm, das einen durchmesserreduzierten Zustand von Nut-Aufnahmebereichen der Spule vor und nach dem Spulen-Einführungsschritt zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
24 ist ein Diagramm, das einen Zustand eines Anstiegszustandes eines Brückenbereiches auf einer geöffneten Seite vor und nach dem Spulen-Einführungsschritt gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
25 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen R1, R2 und T für den Fall zeigt, dass eine Spule mit einem Scheitel in einem Brückenbereich verwendet wird.
26 ist ein Diagramm, das den temporären Spulen-Montageschritt für die V-Phase zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
27 ist ein Diagramm, das den temporären Spulen-Montageschritt für die V-Phase zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
28 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in welchem der Spulen-Einführungsschritt für die V-Phase gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beendet worden ist.
29 ist ein Diagramm, das den temporären Spulen-Montageschritt für die W-Phase zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
30 ist ein Diagramm, das den temporären Spulen-Montageschritt für die W-Phase zeigt, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
31 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in welchem der Spulen-Einführungsschritt für die W-Phase gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beendet worden ist.
32 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, unmittelbar bevor der innere Kern, an welchem alle Spulen für drei Phasen gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung montiert sind, an den äußeren Kern gefügt wird.
33 ist eine perspektivische Ansicht des Stators, der fertiggestellt worden ist.
34 ist ein Diagramm, das einen Abschluss-Montageschritt gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
35 ist ein Diagramm, das verschiedene Nutformen gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
36 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
37 ist eine perspektivische Ansicht eines Zahnbereichs gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
38 ist eine perspektivische Ansicht eines äußeren Kerns eines Statorkerns gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
39 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
40 ist ein Diagramm, das einen temporären Spulen-Montageschritt für die U-Phase zeigt, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
41 ist ein Diagramm, das einen Zustand einer Spule nach dem Ende eines Spulen-Einführungsschrittes für die U-Phase gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
42 ist eine Querschnittsansicht, die die Zahnbereiche und die Spulen nach dem Ende des Spulen-Einführungsschrittes für alle drei Phasen zeigt, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
43 ist eine Querschnittsansicht eines Stators, der in einem Kern-Montageschritt montiert wird, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
44 ist eine Querschnittsansicht eines Stators, der in dem Kern-Montageschritt montiert wird, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
45 ist ein Diagramm, das einen Abschluss-Montageschritt gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsform 1
Nachstehend wird eine elektrische Rotationsmaschine und ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung beziehen sich die Ausdrücke „Umfangsrichtung“, „Radialrichtung“, „Axialrichtung“, „innere“ und „äußere“ auf die „Umfangsrichtung“, die „Radialrichtung“ und die „Axialrichtung“ eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, die „innere Seite“, die „äußere Seite“, die „äußere Peripherie“ und die „innere Peripherie“ des Stators und dergleichen.
1 ist ein einseitiges schematisches Front-Querschnittsdiagramm einer elektrischen Rotationsmaschine 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht der elektrischen Rotationsmaschine 100 (nur eines Stators 40 und eines Rotors 30).
Die elektrische Rotationsmaschine 100 weist Folgendes auf: ein Gehäuse 1, das einen Rahmen 11 mit einer zylindrischen Form mit einer Unterseite und eine Endplatte 12 aufweist, die die Öffnung des Rahmens 11 verschließt; den Stator 40, der fest an dem zylindrischen Bereich des Rahmens 11 in einem intern eingepassten Zustand angebracht ist; und den Rotor 30, der drehbar an der Unterseite des Rahmens 11 und der Endplatte 12 mittels eines Lagers 2 gehalten ist, und der an der inneren peripheren Seite des Stators 40 angeordnet ist.
Der Rotor 30 ist ein Permanentmagnet-Rotor, welcher Folgendes aufweist: einen Rotorkern 32, der fest an einer Drehwelle 31 angebracht ist; und Permanentmagneten 33, die auf Seiten der äußeren peripheren Fläche des Rotorkerns 32 und mit vorbestimmtem Rastermaß in Umfangsrichtung eingebettet sind und die Magnetpole bilden.
Der Rotor 30 ist nicht auf einen Permanentmagnet-Rotor beschränkt, und es kann auch Folgendes verwendet werden: ein Rotor vom Käfigtyp, der einen nichtisolierten Rotorleiter hat, der in einer Nut eines Rotorkerns aufgenommen ist und der an seinen beiden Seiten mittels eines Kurzschlussringes kurzgeschlossen ist; oder ein Rotor vom Wicklungstyp, der einen isolierten Leiterdraht aufweist, welcher in einer Nut eines Rotorkerns montiert ist.
Nachfolgend wird die Konfiguration des Stators 40 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Stators 40.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines inneren Kerns 41a des Stators 40.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines äußeren Kerns 41b des Stators 40.
Wie in den jeweiligen Zeichnungen gezeigt, weist der Stator 40 Folgendes auf: einen Statorkern 41, Spulen 20, die an dem Statorkern 41 montiert sind, und Nutzellen 42a, die die Spulen 20 und den Statorkern 41 voneinander elektrisch isolieren. Zur Erleichterung der Erklärung beträgt hier die Anzahl von Polen des Rotors 30 vier, die Anzahl von Nuten 46 des Statorkerns 41 beträgt vierundzwanzig, und die Spulen 20 sind Dreiphasen-Wicklungen. Das heißt, die Nuten 46 sind in dem Statorkern 41 in einem Verhältnis von zwei Nuten pro Pol ausgebildet.
Der Statorkern 41 weist den inneren Kern 41a und den äußeren Kern 41b auf. Wie in 4 gezeigt, ist in dem inneren Kern 41a eine Mehrzahl von Zahnbereichen 43, welche Magnetpole bilden, in einer Kreisringform ausgebildet, so dass deren Enden an der inneren peripheren Seite miteinander mittels eines dünnen Bereichs 44 verbunden sind. Die Nut 46 ist zwischen den Zahnbereichen 43 ausgebildet, die einander benachbart sind.
Der äußere Kern 41b, der in 5 gezeigt ist, ist ein Hinterjoch-Bereich, der magnetisch jeden der Zahnbereiche 43 mit dem inneren Kern 41a verbindet. Der innere Kern 41a ist an der inneren Seite des äußeren Kerns 41b angepasst, so dass die äußeren peripheren Flächen 45a des inneren Kerns 41a und die innere periphere Fläche 45b des äußeren Kerns 41b magnetisch miteinander verbunden sind.
6 ist eine perspektivische Ansicht der Spule 20, die in dem Stator 40 verwendet wird. 7 ist eine Frontansicht der Spule 20. 8 ist eine Draufsicht der Spule 20.
Wie in den 6 bis 8 gezeigt, weist die Spule 20 Folgendes auf: einen ersten Nut-Aufnahmebereich 20a und einen zweiten Nut-Aufnahmebereich 20b (nachstehend einfach als Nut-Aufnahmebereiche 20a und 20b bezeichnet), die in die Nuten 46 des Statorkerns 41 eingeführt werden sollen; und einen Brückenbereich 20c an einer geöffneten Seite und einen Brückenbereich 20d an einer geschlossenen Seite, die jeweils Enden des Nut-Aufnahmebereichs 20a und des Nut-Aufnahmebereichs 20b miteinander verbinden, und die über die mehreren Zahnbereiche 43 hinweg verlaufen. Die „geöffnete Seite“ bezeichnet eine Seite, an welcher der Rahmen 11 geöffnet ist, und die „geschlossene Seite“ bezeichnet eine Seite, die der geöffneten Seite gegenüberliegt.
Die Spule 20 wird durch Wickeln, und zwar mehrere Male, beispielsweise eines Leiterdrahtes gebildet, der aus Kupfer oder Aluminium gebildet ist, der isoliert ist und der mit einem Emailleharz bzw. Lackharz beschichtet ist und ohne jegliche Verbindung kontinuierlich ausgebildet ist.
Die Brückenbereiche 20c und 20d sind in ihrer Dicke in der Radialrichtung geringer als die Nut-Aufnahmebereiche 20a und 20b ausgebildet, um eine Beeinträchtigung bzw. Beeinflussung an einem Spulenende-Bereich von der Spule 20 zu vermeiden, welche eine andere Phase bildet.
Wie in 8 gezeigt, befindet sich der Brückenbereich 20d an der geschlossenen Seite radial innen von dem Brückenbereich 20c an der geöffneten Seite. Wenn die Spule 20 in die Nuten 46 eingeführt wird, befindet sich der Brückenbereich 20d auf der geschlossenen Seite innen von dem dünnen Bereich 44 des inneren Kerns 41a.
Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine 100 beschrieben.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Herstellungsprozess für eine elektrische Rotationsmaschine 100 zeigt.
Wie in der Zeichnung gezeigt, wird die elektrische Rotationsmaschine 100 durch Folgendes fertiggestellt: einen Wicklungsschritt ST100, einen Spulen-Formungsschritt ST110, einen temporären Spulen-Montageschritt ST120, einen Spulen-Einführungsschritt ST130, einen Kern-Montageschritt ST140 und einen Abschluss-Montageschritt ST150.
Zunächst wird der Wicklungsschritt ST100 beschrieben.
10(a) ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Wicklungsrahmens 60, der in dem Wicklungsschritt ST100 verwendet wird.
10(b) ist eine perspektivische Ansicht nach der Montage des Wicklungsrahmens 60, der in dem Wicklungsschritt ST100 verwendet wird.
11 ist ein Diagramm, das den Wicklungsschritt ST100 zeigt.
12 ist eine Frontansicht einer hohlen plattenförmigen Zwischenspule 21, die aus dem Wicklungsrahmen 60 nach dem Ende des Wicklungsschrittes ST100 herausgenommen wird.
13 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A, die in 12. gezeigt ist.
Die Zwischenspule 21 ist eine Spule, bevor Nut-Aufnahmebereiche 20a und 20b und die Brückenbereiche 20c und 20d der Spule 20 geformt werden. Der Wicklungsrahmen 60 weist Folgendes auf: einen Wicklungskern 61 mit einer äußeren Peripherie, auf welche die Zwischenspule 21 gewickelt werden soll; und Seitenplatten 62a und 62b, welche den Wicklungskern 61 von dessen beiden Seitenflächen sandwichartig umgeben. Diese Teile können so auseinandergebaut werden, dass die gewickelte Zwischenspule 21 herausgenommen werden kann.
Die Brückenbereiche 20c und 20d der Spule 20 müssen so gebildet sein, dass sie in Radialrichtung dünner sind als die Nut-Aufnahmebereiche 20a und 20b. Folglich ist ein Vorsprung 62at, welcher die Wicklungsbreite beschränkt, an der inneren Fläche 62a1 der Seitenplatte 62a vorgesehen.
Obwohl in 10 nicht eigens dargestellt, hat die untere Hälfte der Seitenplatte 62b ebenfalls die gleiche Form wie diejenige der Seitenplatte 62a. Ein Leiterdraht 7 wird in den Wicklungsrahmen 60 durch einen Einführungsbereich 62b3 eingeführt, der in der Mitte eines oberen Bereichs der Seitenplatte 62b vorgesehen ist, wie in 11 gezeigt, und er wird in der Richtung eines Pfeils gewickelt, welcher in 11 gezeigt ist, um ein Wickeln der Zwischenspule 21 durchzuführen. Wie in 13 gezeigt, gilt Folgendes: Durch Verwendung des Wicklungsrahmens 60 kann der Leiterdraht 7, der die Zwischenspule 21 bildet, so gewickelt werden, dass er regelmäßig ausgerichtet ist.
Nachfolgend wird der Spulen-Formungsschritt ST110 unter Bezugnahme auf 12 bis 16 beschrieben.
14 ist eine Frontansicht einer verwundenen Zwischenspule 22.
Zunächst werden Nut-Aufnahmebereiche 21a und 21b der Zwischenspule 21, die in 12 gezeigt ist, in den Richtungen der Pfeile in 12 verwunden, um die verwundene Zwischenspule 22 zu erhalten, die in 14 dargestellt ist.
15 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem die verwundene Zwischenspule 22 auf einer Brückenbereich-Formgebungsform 80 angeordnet ist.
16 ist eine Frontansicht eines Zustands, in welchem die verwundene Zwischenspule 22 auf der Brückenbereich-Formgebungsform 80 angeordnet ist.
16(b) ist eine Frontansicht eines Zustands, in welchem ein Brückenbereich 22c der verwundenen Zwischenspule 22 mittels der Brückenbereich-Formgebungsform 80 geformt wird.
Die Brückenbereich-Formgebungsform 80 weist eine konvexe Form 80a und eine konkave Form 80b auf. Die Brückenbereiche 22c und 22d der verwundenen Zwischenspule 22 werden mittels der konvexen Form 80a und der konkaven Form 80b so geformt, dass sie eine Kreisbogenform haben, wobei sich die Mitte der Krümmung auf der Achse des Stators 40 befindet.
Obwohl nicht eigens gezeigt, wird durch die Verwendung von verschiedenen Brückenbereich-Formgebungsformen für den Brückenbereich 22c und für den Brückenbereich 22d die verwundene Zwischenspule 22 so geformt, dass sich der Brückenbereich 20d der vervollständigten Spule 20 radial innen von dem Brückenbereich 20c der vervollständigten Spule 20 befindet, wie in 8 gezeigt.
Nachfolgend werden der temporäre Spulen-Montageschritt ST120 und der Spulen-Einführungsschritt ST130 unter Bezugnahme auf die 17 bis 31 beschrieben.
17 und 18 sind perspektivische Ansichten des inneren Kerns 41a und der Spulen 20U in dem temporären Spulen-Montageschritt ST120.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand des inneren Kerns 41a und der U-Phasenspulen 20U nach dem Ende des Spulen-Einführungsschritts ST130 für die U-Phase zeigt.
In dem temporären Spulen-Montageschritt ST120 werden die Nutzellen 42a, die die jeweiligen Zahnbereiche 43 und die Spulen 20 (Spulen 20U, 20V und 20W) voneinander isolieren, entlang von inneren Wandflächen der Nuten 46 des inneren Kerns 41a montiert, und zunächst werden die Spulen 20U, die die U-Phase bilden, schräg in die korrespondierenden Nuten 46 eingeführt, so dass deren Brückenbereiche 20Uc auf der geöffneten Seite anfänglich dort hineingehen, wie in 17 gezeigt, und sie werden temporär an dem inneren Kern 41a montiert, um den Zustand gemäß 18 zu erhalten.
Wie in 19 gezeigt, werden als nächstes in dem Spulen-Einführungsschritt ST130 die Brückenbereiche 20Uc auf der geöffneten Seite geschlossen, so dass deren Durchmesser verringert ist, so dass Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub einer jeden Spule 20U vollständig in die Nuten 46 eingeführt werden.
20(a) und 20(b) sind Diagramme, die ein Verfahren zum Einführen der Spule 20U unter Verwendung einer Rotationsplatten-Lehre 71 zeigen.
20(a) zeigt einen Zustand der Spule 20U nach dem Ende des temporären Spulen-Montageschritts ST120, und 20(b) zeigt einen Zustand der Spule 20U nach dem Ende des Spulen-Einführungsschritts ST130. Jede Zeichnung ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das auf die Achse des inneren Kerns 41a zentriert ist. Die Rotationsplatten-Lehre 71 hat ein Rotationszentrum 71a an der radial äußeren Seite eines jeden der Enden der Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub an der geschlossenen Seite.
In dem Spulen-Einführungsschritt ST130 drückt ein Druckbereich 71b der Rotationsplatten-Lehre 71 jeden der Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub der Spule 20U, die in den Nuten 46 temporär schräg montiert sind, in die Nuten 46 hinein, und zwar von der äußeren peripheren Seite, während sie um das Rotationszentrum 71a rotiert, so dass die Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub allmählich parallel zu der Axialrichtung werden.
21(a) und 21(b) sind Diagramme, die ein Verfahren zum Einführen der Spule 20U unter Verwendung einer Rollen-Lehre 72 zeigen, welche von der Rotationsplatten-Lehre 71 verschieden ist.
21(a) zeigt einen Zustand der Spule 20U nach dem Ende des temporären Spulen-Montageschritts ST120, und 21(b) zeigt einen Zustand der Spule 20U nach dem Ende des Spulen-Einführungsschritts ST130. Jede Zeichnung ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das auf die Achse des inneren Kerns 41a zentriert ist.
Wie in 21 gezeigt, können in dem Spulen-Einführungsschritt ST130 die Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub der Spule 20U, die temporär in den Nuten 46 montiert ist, von deren beiden Enden an der geschlossenen Seite aus in Richtung von deren Enden an der geöffneten Seite gedrückt werden, und zwar unter Verwendung von Rollen 72b der Rollen-Lehre 72.
22(a) und 22(b) sind Diagramme, die ein Verfahren zum Einführen der Spule 20U unter Verwendung einer Gleit-Lehre 73 zeigen, welche von der Rotationsplatten-Lehre 71 und der Rollen-Lehre 72 verschieden ist.
22(a) zeigt einen Zustand der Spule 20U nach dem Ende des temporären Spulen-Montageschritts ST120, und 22(b) zeigt einen Zustand der Spule 20U nach dem Ende des Spulen-Einführungsschritts ST130. Jede Zeichnung ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das auf die Achse des inneren Kerns 41a zentriert ist.
Die Gleit-Lehre 73 hat eine Zylinderform mit einem inneren Durchmesser, der im Wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser des inneren Kerns 41a ist. Der innere Kern 41a, der dem temporären Spulen-Montageschritt ST120 unterzogen wird, wird vollständig in die Gleit-Lehre 73 eingeführt, während er auf der inneren Seite der Gleit-Lehre 73 von der Endseite der geschlossenen Seite aus gleitet. Die Oberkante der inneren peripheren Fläche der Gleit-Lehre 73 ist mit einem abgeschrägten Bereich 73a zum einfachen Einführen des inneren Kerns 41a versehen.
23 ist ein Diagramm, das einen durchmesserreduzierten Zustand der Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub der Spule 20U vor und nach dem Spulen-Einführungsschritt ST130 zeigt.
24 ist ein Diagramm, das einen Anstiegszustand des Brückenbereichs 20Uc an der geöffneten Seite vor und nach dem Spulen-Einführungsschritt ST130 zeigt. Der Brückenbereich 20Uc hat eine im Wesentlichen rechteckige Form bei Betrachtung von der Achse des Stators. Wenn die Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub der Spule 20U vollständig in den Nuten 46 durch Verwendung von irgendeiner der Lehren aufgenommen sind, dann bewegen sich die Positionen der zwei Nut-Aufnahmebereiche 20a und 20b zu der inneren peripheren Seite, was mittels der Pfeile B1 und B2 in 23 gezeigt ist, so dass die Länge eines Kreisbogens, der die Enden 20Uai und 20Ubi auf der inneren peripheren Seite der Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub verbindet und dessen Mitte auf einer Achse O liegt, von R1 auf R2 abnimmt.
Hierbei ist die Länge R1 des Kreisbogens auch die Länge eines Kreisbogens, dessen Mitte auf der Achse O des Stators 40 liegt, die zwischen den geraden Linien liegt, welche durch die Mitten der zwei Nuten 46 verläuft, in welche die Spule 20U eingeführt ist, und einen Radius an der äußersten Position des Zahnbereichs 43 hat.
Außerdem ist R2 auch die Länge eines Kreisbogens, dessen Mitte auf der Achse O des Stators 40 liegt, die zwischen den geraden Linien liegt, die durch die Mitten der zwei Nuten 46 gehen, in welche die Spule 20U eingeführt ist, und die einen Radius an der innersten Position des Zahnbereichs 43 hat. In 24 und der später beschriebenen 25 geben R1 und R2 die Längen der Kreisbögen an.
Wenn die Nut-Aufnahmebereiche 20Ua und 20Ub der Spule 20U vollständig in die Nuten 46 eingeführt sind, dann steigt der Brückenbereich 20Uc auf der geöffneten Seite gleichzeitig an, wie in 24 gezeigt, so dass ein Spalt S zwischen einer Endfläche 41T des inneren Kerns 41a in Axialrichtung und dem Brückenbereich 20Uc ausgebildet werden kann. Der Spalt S gewährleistet einen Raum, um eine Beeinträchtigung bzw. Beeinflussung von dem Brückenbereich einer anderen Spule zu vermeiden, und er dient als ein Strömungspfad für ein Kühlmittel, um zu der Verbesserung des Kühlvermögens der elektrischen Rotationsmaschine 100 beizutragen.
Die Dimension der Höhe T des Spaltes S zu dieser Zeit beträgt (R1 – R2)/2. Die Ausbildung des Spalts S ermöglicht es, dass der Spulen-Einführungsschritt ST130 sanft durchgeführt wird. Um die Spulen 20U tatsächlich um den inneren Kern 41a herum anzuordnen, befindet sich jede Spule 20U geringfügig außerhalb von der Position von R1 in 23. Folglich ist die Relation T ≥ (R1 – R2)/2 erfüllt.
Falls der Wert von T jedoch übermäßig erhöht wird, dann nimmt die periphere Länge der Spule 20U zu. Dies führt zu einer Zunahme des Widerstandswerts und zu einer Zunahme der Gesamtgröße des Motors. Folglich wird die Dimension innerhalb eines Bereichs bis zu ungefähr 5% eingestellt, und es ist wünschenswert, dass die Relation T < ((R1 – R2)/2) × 1,05 erfüllt wird.
25 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen R1, R2 und T für den Fall zeigt, dass eine Spule 20U mit einem Scheitel 20Uct in einem Brückenbereich 20Uc verwendet wird. Der Brückenbereich 20Uc hat eine im Wesentlichen dreieckige Form bei Betrachtung von der Achse des Stators aus. In dem Fall der Spule 20U, bei welcher ein zentraler Bereich des Brückenbereichs 20Uc in Umfangsrichtung in der Axialrichtung vorsteht, kann T als die "Höhe" eines pseudo-gleichschenkligen Dreiecks definiert werden, und es kann gemäß dem Satz von Pythagoras auf der Basis eines rechtwinkligen Dreiecks berechnet werden, das die Hälfte des gleichschenkligen Dreiecks ist.
Das heißt, da der Brückenbereich 20Uc mit 1/2 von R1 so ansteigt, dass er die Hypotenuse bildet, die Basis 1/2 von R2 hat und die Höhe T ist, ist T = √(R1² – R2²)/2 erfüllt, und zwar auf der Basis von T = (R1/2)² – (R2/2)². Wenn die obige Vorgabe berücksichtigt wird, sind T ≥ √(R1² – R2²)/2 und T < (√(R1² – R2²)/2) × 1,05 erfüllt. Selbst mit einer solchen Spule kann der Spulen-Einführungsschritt ST130 sanft durchgeführt werden.
26 und 27 sind Diagramme, die den temporären Spulen-Montageschritt ST120 für die V-Phase zeigen.
28 ist ein Diagramm, das einen Zustand nach dem Ende des temporären Spulen-Montageschritts ST120 für die V-Phase zeigt.
Wie in 26 bis 28 gezeigt, sind alle Spulen 20V, die die V-Phase bilden, auf dem inneren Kern 41a montiert, auf dem die Spulen 20U montiert sind, ähnlich zu den oben beschriebenen Spulen 20U.
29 und 30 sind Diagramme, die den temporären Spulen-Montageschritt ST120 für die W-Phase zeigen.
31 ist ein Diagramm, das einen Zustand nach dem Ende des Spulen-Einführungsschrittes ST130 für die W-Phase zeigt.
Wie in 29 bis 31 gezeigt, sind alle Spulen 20W, die die W-Phase bilden, auf dem inneren Kern 41a montiert, auf dem die Spulen 20V montiert sind, ähnlich zu den oben beschriebenen Spulen 20U und 20V. Der temporäre Spulen-Montageschritt ST120 und der Spulen-Einführungsschritt ST130 werden vervollständigt, indem die Abfolge von Vorgängen wie oben beschrieben wiederholt wird. Die Brückenbereiche 20Uc, 20Vc und 20Wc bilden einen Spulenende-Bereich Kc auf der geöffneten Seite, und Brückenbereiche 20Ud, 20Vd und 20Wd bilden einen Spulenende-Bereich Kd auf der geschlossenen Seite.
32 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, unmittelbar bevor der innere Kern 41a, an welchem alle Spulen 20 (20U, 20V und 20W) für drei Phasen montiert sind, an den äußeren Kern 41b gefügt wird.
33 ist eine perspektivische Ansicht des Stators 40, der vervollständigt worden ist.
34 ist ein Diagramm, das einen Abschluss-Montageschritt zum Einsetzen des Rotors 30 in den Stator 40 zeigt.
Nachdem alle Spulen 20 vollständig an dem inneren Kern 41a montiert worden sind, werden Nutzellen 42b, welche den äußeren Kern 41b und die jeweiligen Spulen 20 voneinander isolieren, auf Seiten der äußeren peripheren Fläche der Nut-Aufnahmebereiche 20a und 20b der Spulen 20 montiert, und der äußere Kern 41b wird von der Seite des Brückenbereichs 20d auf der geschlossenen Seite aus in den inneren Kern 41a gebaut, um den Kern-Montageschritt ST140 zu vervollständigen und den Stator 40 zu erhalten.
Schließlich wird der Rotor 30 in den Stator 40 von Seiten des Spulenende-Bereichs aus eingeführt, an welchem die Brückenbereiche 20c auf der geöffneten Seite gebildet sind. Hierbei werden diese Komponenten in dem Gehäuse 1 aufgenommen, das in 1 gezeigt ist, um den Abschluss-Montageschritt ST150 zu vervollständigen, so dass die elektrische Rotationsmaschine 100 erhalten werden kann.
35 ist ein Diagramm, das verschiedene Nutformen zeigt, und jeder Teil ist eine Draufsicht auf einen Hauptbereich des inneren Kerns.
In der obigen Beschreibung hat in jeder Nut 46 ein Querschnitt senkrecht zu der Axialrichtung eine rechteckige Form, mit Ausnahme von dessen innersten peripheren Bereich, wie in 35(a) gezeigt. Der Querschnitt kann jedoch auch eine konische Form haben, die sich nach außen aufweitet, so dass das Verhältnis zwischen einer Breitendimension w1 in der Umfangsrichtung eines Tiefenbereichs einer Nut 46b und einer Breitendimension w2 einer Nutöffnung zwischen den Endbereichen auf der äußeren peripheren Seite der Zahnbereiche 43b die Relation w2 > w1 erfüllt, wie in 35(b) gezeigt, oder er kann eine Form haben, welche einen Wechselpunkt 46c1 hat, an welchem der Gradient einer konischen Form wechselt, wie in 35(c) gezeigt.
Falls das Verhältnis zwischen der Breitendimension w1 in der Umfangsrichtung des Tiefenbereichs der Nut 46, 46b oder 46c und der Breitendimension w2 der Nutöffnung zwischen den Endbereichen 43x, 43bx oder 43cx auf der äußeren peripheren Seite der Zahnbereiche 43, 43b oder 43c die Relation w2 ≥ w1 erfüllt wird, dann können die gleichmäßig ausgerichteten Spulen 20 sanft in die Nuten 46 eingeführt werden, so dass sich die Montierbarkeit des Stators 40 verbessert.
Bei der obigen Ausführungsform ist der Fall beschrieben, in welchem sich zumindest ein Brückenbereich unter den Brückenbereichen einer jeden Spule an beiden Enden in Axialrichtung außerhalb der inneren peripheren Fläche des Stators befindet. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt, und beide Brückenbereiche können sich auch außerhalb der inneren peripheren Fläche des Stators befinden.
Bei der elektrischen Rotationsmaschine und dem Herstellungsverfahren für die elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Da der Spalt zwischen dem Brückenbereich einer jeden Spule und der Endfläche des Statorkerns in Axialrichtung vorgesehen werden kann, ist es möglich, Folgendes zu erreichen: eine elektrische Rotationsmaschine, welche einen Strömungspfad zum Durchleiten eines Kühlmittels, wie z. B. Luft oder Kühlöl zum Verbessern der Spulen-Kühlungseffizienz gewährleistet, während sie eine Beeinträchtigung bzw. Beeinflussung von Spulen, welche eine jeweilige Phase bilden, mit Spulen unterbindet, welche eine andere Phase bilden, und welche eine geringe Größe, eine hohe Ausgangsleistung und eine hohe Effizienz hat; sowie ein Herstellungsverfahren für eine derartige elektrische Rotationsmaschine.
Da außerdem der Statorkern in den inneren Kern (die Zahnbereiche) und den äußeren Kern (den Hinterjoch-Bereich) unterteilt ist und die Enden der jeweiligen Zahnbereiche miteinander in der Umfangsrichtung mittels des dünnen Bereichs verbunden sind, können die gleichmäßig ausgerichteten Spulen in die Nuten eingeführt werden, so dass eine Verbesserung des Raumfaktors der Spule möglich wird.
Da außerdem die Spulenende-Bereiche der Spulen, welche die jeweiligen Phasen bilden, so angeordnet sind, das sie koaxial in Bezug auf die Achse des Stators überlagert sind, kann der Zusammenbau des Stators von einer Richtung (von der äußeren Seite aus) ermöglicht werden.
Da sich ferner mindestens ein Brückenbereich unter den Brückenbereichen jeder Spule an beiden Enden in der Axialrichtung außerhalb der inneren peripheren Fläche des Stators befindet, kann der Rotor in den Stator eingeführt werden, welcher die Spulen darauf montiert hat, so dass sich die Leistungsfähigkeit der elektrischen Rotationsmaschine verbessert.
Ausführungsform 2
Nachfolgend wird eine elektrische Rotationsmaschine und ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei hauptsächlich solche Teile betrachtet werden, welche sich von denjenigen bei der Ausführungsform 1 unterscheiden.
36 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators 240 gemäß der Ausführungsform 2.
Wie in der Zeichnung gezeigt, weist der Stator 240 einen Statorkern 241 und Spulen 20U, 20V und 20W auf, welche an dem Statorkern 241 montiert sind.
37 ist eine perspektivische Ansicht eines Zahnbereichs 243 des Statorkerns 241.
38 ist eine perspektivische Ansicht eines äußeren Kerns 241b des Statorkerns 241.
Der Statorkern 241 weist Folgendes auf: Zahnbereiche 243, welche Magnetpole bilden, wie in 37 gezeigt; und einen äußeren Kern 241b, der ein ringförmiger Hinterjoch-Bereich ist, wie in 38 gezeigt. Jeder Zahnbereich 243 hat an seinem Ende Flanschbereiche 243a, welche auf beiden Seiten in Umfangsrichtung vorstehen.
Passbereiche 243b und 243c sind in vorbestimmten Bereichen von Basisbereichen der beiden Flächen eines jeden Zahnbereichs 243 in Umfangsrichtung vorgesehen, und sie sind an die Wandflächen 5b und 5c der korrespondieren Kerben 5 angepasst, die an der inneren peripheren Fläche des äußeren Kerns 241b und in gleichmäßigen Intervallen in der Axialrichtung vorgesehen sind.
Das Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 39 bis 45 beschrieben. Ein Wicklungsschritt ST100 und ein Spulen-Formungsschritt ST110 sind die gleichen wie diejenigen gemäß Ausführungsform 1, und folglich wird deren Beschreibung weggelassen.
39 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Herstellungsverfahren für die elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
40 ist ein Diagramm, das einen temporären Spulen-Montageschritt ST120 zeigt, und es zeigt einen Zustand, in welchem die Spule 20U temporär in den Nuten 246 zwischen den Zahnbereichen 243 montiert ist, die mittels einer Zahn-Halteeinrichtung 9 befestigt sind.
41 ist ein Diagramm, das einen Zustand der Spule 20U nach dem Ende eines Spulen-Einführungsschrittes ST130 zeigt.
40 und 41 sind schematische Querschnittsdiagramme, die auf die Achse der Zahn-Halteeinrichtung 9 zentriert sind.
Die Zahnbereiche 243 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind voneinander separat ausgebildet, und sie sind nicht an deren Enden auf der inneren peripheren Seite mittels eines dünnen Bereichs verbunden, wie die Zahnbereiche 43 gemäß Ausführungsform 1. Alle Zahnbereiche entsprechen jedoch dem inneren Kern gemäß Ausführungsform 1.
Daher müssen alle Zahnbereiche 243 vorher radial angeordnet werden, und ein Zahn-Befestigungsschritt ST115 zum Befestigen mittels der Zahn-Halteeinrichtung 9, wie in 40 gezeigt, muss vor dem temporären Spulen-Montageschritt ST120 durchgeführt werden. Dann werden in dem temporären Spulen-Montageschritt ST120 die U-Phasenspulen 20U temporär in die Nuten 246 hinein montiert, die jeweils zwischen den festen Zahnbereichen 243 ausgebildet sind, welche einander benachbart sind, ähnlich wie bei der Ausführungsform 1. Danach wird der Spulen-Einführungsschritt ST130, der in 41 gezeigt ist, auf ähnliche Weise wie bei der Ausführungsform 1 durchgeführt.
42 ist eine Querschnittsansicht, die die Zahnbereiche 243 und die Spulen 20 nach dem Ende des Spulen-Einführungsschritts für alle drei Phasen zeigt. Brückenbereiche 20Uc, 20Vc und 20Wc bilden einen Spulenende-Bereich Kc auf der geöffneten Seite, und Brückenbereiche 20Ud, 20Vd und 20Wd bilden einen Spulenende-Bereich Kd auf der geschlossenen Seite.
43 und 44 sind Querschnittsansichten des Stators 240, der in einem Kern-Montageschritt ST140 montiert wird.
Nachdem alle Spulen 20U, 20V und 20W vollständig eingeführt worden sind, wie in 42 gezeigt, werden die Passbereiche 243b und 243c aller Zahnbereiche 243 in die Kerben 5 des äußeren Kerns 241b eingepasst, wie in 43 und 44 gezeigt, um den Stator 240 zu erhalten. Nachdem der äußere Kern 241b und alle Zahnbereiche 243 eingepasst und befestigt worden sind, wird die Zahn-Halteeinrichtung 9 gelöst.
45 ist ein Diagramm, das einen Abschluss-Montageschritt zum Einsetzen des Rotors 30 in den Stator 240 zeigt.
Schließlich wird der Rotor 30 in den Stator 240 von Seiten des Spulenende-Bereichs KC aus eingeführt, an welchem die Brückenbereiche 20c auf der geöffneten Seite gebildet sind. Hier werden diese Komponenten in einem Gehäuse aufgenommen, das nicht dargestellt ist, um den Abschluss-Montageschritt ST150 zu vervollständigen, so dass die elektrische Rotationsmaschine erhalten werden kann.
Bei der elektrischen Rotationsmaschine und dem Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung werden die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen bei der Ausführungsform 1 erhalten. Da die Enden der Zahnbereiche 243 auf der inneren peripheren Seite nicht mittels eines dünnen Bereichs miteinander verbunden sind und die Flanschbereiche 243a, die auf beiden Seiten in Umfangsrichtung vorstehen, so ausgebildet sind, dass die magnetische Verbindung unterbrochen ist, kann außerdem der Streufluss des Stators 240 verringert werden, so dass das Drehmoment der elektrischen Rotationsmaschine erhöht werden kann.
Da es außerdem nicht notwendig ist, jede Spule 20 durch eine schmale Öffnung zwischen den Flanschbereichen 243a hindurchzuführen, welche einander benachbart sind, werden die Beschränkungen der Breite der Öffnung zwischen den Flanschbereichen verringert, so dass die Flexibilität bei der Konzipierung des Stators verbessert wird. Demzufolge kann eine elektrische Rotationsmaschine mit einem hohen Spulen-Raumfaktor und weniger Drehmoment-Rippel erhalten werden.
Es sei angemerkt, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung die obigen Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können, oder dass jede der obigen Ausführungsformen angemessen modifiziert werden kann und dabei Merkmale weggelassen werden können.

Claims

Elektrische Rotationsmaschine, die Folgendes aufweist: einen Stator, der einen Statorkern hat, welcher einen äußeren Kern als Hinterjoch-Bereich und einen inneren Kern in Form von einer Mehrzahl von Zahnbereichen aufweist, und der eine Mehrzahl von isolierten und beschichteten Spulen hat, die jeweils in zwei Nuten aufgenommen sind, welche jeweils zwischen den zwei Zahnbereichen ausgebildet sind, die einander benachbart sind, wobei die Spulen über die Mehrzahl von Zahnbereichen des Statorkerns hinweg verlaufen; und einen Rotor, der drehbar an einer inneren Seite des Statorkerns gehalten ist, wobei Brückenbereiche der Spulen Spulenende-Bereiche des Stators an beiden Enden in Axialrichtung bilden und koaxial mit einer Achse des Stators konfiguriert sind, wobei sich mindestens ein Brückenbereich der Brückenbereiche einer jeden Spule an beiden Enden in der Axialrichtung außerhalb einer inneren peripheren Fläche des Stators befindet, und wobei sich ein Spalt zwischen einer Endfläche des Statorkerns in der Axialrichtung und eines jeden Brückenbereichs befindet.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Form eines jeden Brückenbereichs bei Betrachtung von der Seite der Achse des Stators im Wesentlichen rechteckig ist, und wobei, wenn: der Abstand von einer unteren Fläche des Brückenbereichs auf Seiten des Statorkerns in dem Spalt zu der Endfläche des Statorkerns in der Axialrichtung mit T bezeichnet wird, die Länge eines Kreisbogens, dessen Mitte auf der Achse des Stators liegt, zwischen geraden Linien verläuft, die durch die Mitten der zwei Nuten gehen, in welche die Spule eingeführt ist und der einen Radius an der äußersten Position des Zahnbereichs hat, mit R1 bezeichnet ist, und die Länge eines Kreisbogens, dessen Mitte auf der Achse des Stators liegt, zwischen zwei geraden Linien verläuft, die durch die Mitten der zwei Nuten gehen, in welche die Spule eingeführt ist und der einen Radius an der innersten Position des Zahnbereichs hat, mit R2 bezeichnet ist, die Relation T ≥ (R1 – R2)/2 erfüllt ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Form eines jeden Brückenbereichs bei Betrachtung von der Seite der Achse des Stators im Wesentlichen dreieckig ist, und wobei, wenn: der Abstand von einer unteren Fläche des Brückenbereichs auf Seiten des Statorkerns in dem Spalt zu der Endfläche des Statorkerns in der Axialrichtung mit T bezeichnet wird, die Länge eines Kreisbogens, dessen Mitte auf der Achse des Stators liegt, zwischen geraden Linien verläuft, die durch die Mitten der zwei Nuten gehen, in welche die Spule eingeführt ist und der einen Radius an der äußersten Position des Zahnbereichs hat, mit R1 bezeichnet ist, und die Länge eines Kreisbogens, dessen Mitte auf der Achse des Stators liegt, zwischen zwei geraden Linien verläuft, die durch die Mitten der zwei Nuten gehen, in welche die Spule eingeführt ist und der einen Radius an der innersten Position des Zahnbereichs hat, mit R2 bezeichnet ist, die Relation T ≥ √(R1² – R2²)/2 erfüllt ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 3, wobei jede Spule einen Brückenbereich auf einer geöffneten Seite hat, welche sich auf einer Seite befindet, wo ein Rahmen, der den Stator aufnimmt, geöffnet ist, und einen Brückenbereich auf einer geschlossenen Seite hat, welche sich auf einer Seite befindet, auf welcher der Rahmen geschlossen ist, und wobei der Brückenbereich auf der geschlossenen Seite innen von dem Brückenbereich auf der geöffneten Seite ausgebildet ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Ende eines jeden der Zahnbereiche des inneren Kerns miteinander mittels eines dünnen Bereichs verbunden ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zahnbereiche unabhängig voneinander sind, und wobei ein Ende eines jeden der Zahnbereiche des inneren Kerns einen Flanschbereich hat, der in Umfangsrichtung vorsteht.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenn eine Breitendimension in Umfangsrichtung innerhalb der Nut mit w1 bezeichnet ist, und wenn eine Breitendimension einer Nutöffnung zwischen den Endbereichen auf der äußeren peripheren Seite der Zahnbereiche mit w2 bezeichnet ist, die Relation w2 ≥ w1 erfüllt ist.
Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine, das Folgendes aufweist: einen Stator, der einen Statorkern hat, welcher einen äußeren Kern als einen Hinterjoch-Bereich und einen inneren Kern in Form von einer Mehrzahl von Zahnbereichen aufweist, und der eine Mehrzahl von isolierten und beschichteten Spulen hat, die jeweils in zwei Nuten aufgenommen sind, welche jeweils zwischen den zwei Zahnbereichen ausgebildet sind, die einander benachbart sind, wobei die Spulen über die Mehrzahl von Zahnbereichen des Statorkerns hinweg verlaufen; und einen Rotor, der drehbar an einer inneren Seite des Statorkerns gehalten ist, wobei das Herstellungsverfahren Folgendes aufweist: einen Wicklungsschritt, in welchem kontinuierlich Zwischenspulen, welche jeweils zwei Nut-Aufnahmebereiche, die in den Nuten des Statorkerns aufge-nommen werden sollen, und zwei Brückenbereiche aufweisen, mittels derer beide Endbereiche der Nut-Aufnahmebereiche verbunden sind, in einer flachen Plattenform von einem isolierten und beschichteten Leiterdraht unter Verwendung eines Wicklungsrahmens ausgebildet werden; einen Spulen-Formungsschritt, in welchem die zwei Nut-Aufnahmebereiche einer jeden Zwischenspule verwunden werden und jeder Brückenbereich in eine Kreisbogenform gebracht wird; einen temporären Spulen-Montageschritt, in welchem temporär jede Spule, die dem Spulen-Formungsschritt unterzogen wird, schräg in den zwei Nuten montiert wird; einen Spulen-Einführungsschritt, in welchem die Nut-Aufnahmebereiche einer jeden Spule, die dem temporären Spulen-Montageschritt unterzogen werden, von einer äußeren Seite zu einer radial inneren Seite der Nut-Aufnahmebereiche in die Nuten gedrückt werden; einen Kern-Montageschritt, in welchem der innere Kern, an welchem jede Spule montiert ist, in den äußeren Kern eingeführt wird; und einen Abschluss-Montageschritt, in welchem der Rotor in den Stator eingeführt wird und der Stator und der Rotor in einem Rahmen aufgenommen werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, das ferner einen Zahn-Befestigungsprozess zum radialen Befestigen der Mehrzahl von unabhängigen Zahnbereichen vor dem temporären Spulen-Montageschritt aufweist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Spulen-Einführungsschritt ein Hineindrücken der Gesamtheiten von äußeren peripheren Flächen der Nut-Aufnahmebereiche der Spule, die temporär schräg in den Nuten montiert sind, mittels einer Rotationsplatten-Lehre aufweist, welche um einen Punkt rotiert, um die Nut-Aufnahmebereiche einzuführen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Spulen-Einführungsschritt ein Hineindrücken der äußeren peripheren Flächen der Nut-Aufnahmebereiche der Spule, die temporär schräg in den Nuten montiert sind, von der einen Seite an dem einen Ende in Richtung der Seite an dem anderen Ende in Axialrichtung mittels einer Rollen-Lehre aufweist, um die Nut-Aufnahmebereiche einzuführen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Spulen-Einführungsschritt ein Einführen des inneren Kerns in eine zylindrische Gleit-Lehre aufweist, um die Nut-Aufnahmebereiche der Spule, die temporär schräg in den Nuten montiert sind, in die Nuten einzuführen.