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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Stators für
eine rotierende elektrische Maschine, wie einen Wechselstromgenerator
für ein
Fahrzeug, und insbesondere ein Verfahren zum Verwinden einer Vielzahl
von Leitersegmenten, die miteinander verschweißt werden, um eine Statorspule
zu bilden.
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Um
die Forderung nach einem Hochleistungs-Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug
zu erfüllen,
wurde der folgende Stator vorgeschlagen. In dem Stator werden I- oder U-förmige Leitersegmente in
eine Vielzahl von Nuten eines Statorkerns in einer Richtung eingeführt und
verschweißt,
um den Statorkern zu bilden. Da die Leitersegmente regelmäßig im Statorkern
angeordnet werden können,
liefert ein Stator dieses Typs einen hohen Leiterfüllfaktor
und eine hohe Leistungsfähigkeit.
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Um
eine solche Statorspule aus den oben beschriebenen Leitersegmenten
zu erhalten, ist es notwendig, die Enden der Leitersegmente miteinander
zu verbinden. WO 92/06527 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung
einer Statorspule durch Verbinden einer Vielzahl von Leitersegmenten,
die in einem Statorkern angeordnet sind.
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In
der obigen herkömmlichen
Technik werden äußere Leitersegmente
in eine radial weiter außen
befindliche Lage der Nuten eingeführt, und innere Leitersegmente
werden in einer radial weiter innen befindlichen Lage der Nuten
angeordnet. Gerade Abschnitte der inneren Leitersegmente und der äußeren Leitersegmente
werden einander gegenüber
liegend jeweils um Halbpolteilungen in Umfangsrichtung des Statorkerns
durch Verwindewerkzeuge verwunden. Danach werden die Enden der verwundenen
Leitersegmente an benachbarte Enden anderer Leitersegmente geschweißt, die
auf die gleiche Weise verwunden wurden, um eine Statorspule zu bilden.
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Die
Verwindewerkzeuge bewegen sich in dem herkömmlichen Verfahren nur in Umfangsrichtung
des Statorkerns. Die Enden der Segmente können zwar in Umfangsrichtung
angemessen angeordnet werden, aber in Axialrichtung können sie
nicht angemessen angeordnet werden.
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Falls
die Verwindewerkzeuge um den gleichen Winkel gedreht werden, werden
die Enden der äußeren Leitersegmente
stärker
verstellt als die Enden der inneren Leitersegmente. Mit anderen
Worten, falls sowohl die äußeren als
auch die inneren Leitersegmente, die in Axialrichtung aus dem Statorkern
hervorragen, die gleiche Höhe
aufweisen, werden die äußeren Leitersegmente
nach dem Verwinden kürzer
als die inneren Leitersegmente.
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Somit
ist es unmöglich,
die äußeren und
inneren Leitersegmente zu verbinden, ohne die Leitersegmente zu
verlagern.
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Daher
ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Herstellung
eines Stators bereitzustellen, in dem eine Vielzahl von Leitersegmenten
in einer Vielzahl von radial ausgerichteten Lagen von Statorkernnuten
angeordnet sind. In dem verbesserten Verfahren wird eine Vielzahl äußerer und
innerer Leitersegmente, die aus äußeren und
inneren Nutlagen herausragen, verwunden und in gewünschten
Positionen angeordnet, so daß sie
ohne weiteres verbunden werden können,
um eine Statorspule zu bilden.
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Ein
Hauptmerkmal der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines
Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, welches die folgenden Schritte
umfaßt:
Ausbilden einer Vielzahl von Leitersegmenten, die jeweils mindestens
einen geraden Schenkel aufweisen, Einfügen der Vielzahl von Leitersegmenten
in einer Vielzahl von radial ausgerichteten Lagen in die Nuten eines
Statorkerns, so daß die
geraden Schenkel aus einem Ende des Statorkerns herausragen können, Schichten
der geraden Schenkel in radial ausgerichteten Lagen, die den Nutlagen
entsprechen, Halten jedes geraden Schenkels in Griffabschnitten;
umfängliches
Verschieben jedes Griffabschnitts in einer vorgegeben Umfangsrichtung
des Statorkerns und individuelles axiales Verschieben jedes Griffabschnitts
in Axialrichtung des Statorkerns, um diejenigen Griffabschnitte,
die miteinander verbunden werden sollen, nebeneinander anzuordnen.
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Gemäß einem
zweiten Merkmal der Erfindung werden die geraden Schenkel so ausgebildet, daß die Griffabschnitte
der Schenkel, die in einer radial weiter außen befindlichen Lage angeordnet
sind, höher
sind.
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Die
umfängliche
Verstellung der Griffabschnitte nimmt zu, je weiter radial außen die
Griffabschnitte angeordnet sind. Daher wird die Höhe der Griffabschnitte,
die in einer radial weiter außen
befindlichen Lage angeordnet sind, höher eingestellt, so daß die Höhe aller
Griffabschnitte, die in den jeweiligen Lagen angeordnet sind, nach
dem Verwinden angeglichen sein kann.
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Gemäß einem
dritten Merkmal der Erfindung wird jeder der Griffabschnitte im
Umfangsverschiebungsschritt in Umfangsrichtung um den gleichen Winkel
verstellt, und jeder der Griffabschnitte wird im Axialverschiebungsschritt
in Axialrichtung verstellt, bis alle Höhen gleich sind.
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Daher
können
nebeneinander liegende Griffabschnitte leicht miteinander verbunden
werden.
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Gemäß einem
vierten Merkmal der Erfindung werden die Griffabschnitte so gehalten,
daß die Abstände zwischen
den Griffabschnitten und dem Ende des Statorkerns angeglichen werden
können.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung werden die Griffabschnitte in den
Umfangsrichtungen um den gleichen Winkel verstellt, und die Griffabschnitte
werden in Axialrichtung individuell verstellt, so daß die Länge eines
Griffabschnitts, der in einer radial weiter außen befindlichen Lage angeordnet
ist, geringer ist als die eines anderen.
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Nun
wird in einem herkömmlichen
Wechselstromgenerator Kühlluft
aus einem radial inneren Abschnitt des Statorkerns 1 nach
außen
geführt.
Gemäß diesem
Merkmal der Erfindung unterscheidet sich die Axialposition der Griffabschnitte,
die in einer radial weiter außen
befindlichen Lage angeordnet sind, von der Axialposition derjenigen,
die in anderen Lagen angeordnet sind.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung werden die Griffabschnitte so gehalten,
daß der Abstand
von Griffabschnitten, die in einer radial weiter außen befindlichen
Lage angeordnet sind, zum Ende des Statorkerns größer ist.
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Daher
wird die Höhe
der Griffabschnitte, die in all den Lagen angeordnet sind, nach
dem Verwinden angeglichen.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung werden sämtliche Griffabschnitte in
den Umfangsrichtungen um den gleichen Winkel verstellt, und die
Griffabschnitte werden in der gleichen Axialrichtung individuell
verstellt, so daß die
Griffabschnitte, die in all den Lagen angeordnet sind, die gleiche Länge bekommen.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung werden sämtliche Griffabschnitte an
ihren Umfangsseiten gehalten.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung werden die Griffabschnitte gehalten,
während ihre
Griffenden an den Böden
von Aussparungen in Halteelementen anliegen. Somit werden die Griffabschnitte
vor Beschädigung
geschützt.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung haben die Halteelemente jeweils rechtwinklige Aussparungen
zum Halten der Griffabschnitte, um die hervorstehenden Schenkel
zu verwinden.
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Daher
können
die Halteelemente der Verwindemittel einfach gestaltet werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung schließt eine Verwindevorrichtung
eine Vielzahl von Verwindewerkzeugen, die in Umfangsrichtung des
Statorkerns und in seiner Axialrichtung bewegt werden, umfängliche
Antriebseinheiten zum Bewegen der Verwindewerkzeuge in Umfangsrichtung
und in Axial-Antriebseinheiten, um die Verwindewerkzeuge individuell
zu bewegen, ein.
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In
dieser Beschreibung wird die Umfangsrichtung des Statorkerns als
Kern-Umfangsrichtung bezeichnet,
und die Axialrichtung des Statorkerns wird als Kernachsenrichtung
bezeichnet.
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Die
Ziele, Merkmale und Kennzeichen der vorliegenden Erfindung, ebenso
wie die Funktionen von zugehörigen
Teilen der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der folgenden
detaillierten Beschreibung, der Ansprüche und der Figuren klar. In den
Figuren sind:
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1 eine perspektivische Darstellung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung, welche Leitersegmente zeigt, die in einen Statorkern eingeführt werden;
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2 eine perspektivische Darstellung,
die das in 1 dargestellte
Leitersegment zeigt;
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3 eine perspektivische Darstellung,
die das Segment im letzten Schritt gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
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4 eine Querschnittsansicht
ist, die die Leitersegmente darstellt, die in Nuten des Statorkerns
angeordnet sind;
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5 eine schematische Seitenansicht
ist, welche die Leitersegmente vor und nach dem Verwinden anhand
des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform
darstellt;
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6 eine schematische Längs-Querschnittsansicht
einer Verwindevorrichtung ist, die im Verfahren gemäß der ersten
Ausführungsform
verwendet wird;
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7 eine schematische Querschnittsansicht
eines Abschnitts entlang der Linie VII-VII in 6 ist;
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8 eine Skizze ist, welche
die Betätigung der
Verwindewerkzeuge zeigt, die in dem Verfahren gemäß der ersten
Ausführungsform
verwendet werden;
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9 eine perspektivische Darstellung
des Stators nach dem Verwinden der Leitersegmente gemäß der ersten
Ausführungsform
ist;
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10 ein Fließschema
ist, das die Herstellungsschritte für einen Stator gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
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11 eine schematische Seitenansicht
ist, welche die Leitersegmente vor und nach dem Verwinden anhand
eines Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform
zeigt;
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12 eine schematische Seitenansicht
ist, welche die Leitersegmente vor und nach dem Verwinden anhand
eines Verfahrens gemäß der dritten Ausführungsform
zeigt;
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13 eine schematische Seitenansicht
ist, welche die Segmente vor und nach dem Verwinden anhand eines
Verfahrens gemäß der vierten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt; und
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14 ein schematisches Querschnittsdiagramm
ist, das eine Verwindevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 10 beschrieben.
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Der
Stator eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators schließt einen
zylindrischen Statorkern 1 mit gleichmäßig beabstandeten 36 Nuten 2 ein,
eine Dreiphasen-Statorspule, die aus einer Vielzahl von Paaren aus
U-förmigen
Leitersegmenten 3 und Isolierfolien 4 gebildet
ist, die die Leitersegmente 3 gegen den Statorkern 1 isolieren.
Die Vielzahl von Leitersegmenten sind in vier radial angeordneten
Lagen in einer Vielzahl von Nuten 2 angeordnet.
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Das
Paar U-förmiger
Leitersegmente besteht aus einem großen Segment 31 und
einem kleinen Segment 32.
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Jedes
der Segmente 31 und 32 weist einen radial inneren
Abschnitt und einen radial äußeren Abschnitt
und einen Übergangsabschnitt 31a oder 32a auf.
Das heißt,
jedes der Segmente 31 und 32 weist folgendes auf:
erste schräge
Abschnitte 31b und 31c oder 32b und 32c an
den gegenüberliegenden
Enden der Übergangsabschnitte 31a oder 32a,
die außerhalb
der Nut 2 angeordnet werden, Innernut-Abschnitte 31d und 31e oder 32d und 32e,
die in den Nuten 2 angeordnet werden, und zweite schräge Abschnitte 31f und 31g oder 32f und 32g,
die außerhalb der
Nuten 2 angeordnet werden. Die Enden der zweiten schrägen Abschnitte 31f, 31g, 32f und 32g entsprechen
Griffabschnitten 31i, 32i, 32h und 31h,
die von dem Halteabschnitt der Verwindewerkzeuge gehalten werden.
Jeder der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h weist
an einer radialen Seite eine abgeschrägte Ecke 31j oder 32j auf.
Die Übergangsabschnitt 31a oder 32a und
die ersten schrägen
Abschnitte 31b und 31c oder 32b und 32g bilden
einen ersten nach außen überstehenden
Abschnitt, und die zweiten schrägen
Abschnitte 31f und 31g oder 32f und 32g und
die Griffabschnitte 31h und 31i oder 32h und 32i bilden
einen zweiten nach außen überstehenden
Abschnitt.
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Mit
Bezug auf 2 wird ein
Herstellungsverfahren für
die Leitersegmente beschrieben. Da das Herstellungsverfahren für die Segmente 31 und 32 gleich
ist, wird im folgenden nur das Herstellungsverfahren für die kleinen
Segmente 32 beschrieben. Zuerst wird ein Kupferdraht in
eine U-Form mit zwei Schenkeln gebogen, wie in 2 von den gestrichelten Linien dargestellt.
Zweitens werden erste schräge
Abschnitte 32b und 32c durch Verwinden der Abschnitte
um den Übergangsabschnitt 32a in
entgegengesetzten Richtungen, wie von den Pfeilen A dargestellt,
geformt. Schließlich
werden beide Schenkel in der Mitte gebogen wie von den durchgezogenen Linien
in 2 dargestellt. Der
radial äußere Schenkel
ist länger
als der innere Schenkel.
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Danach
werden die Segmente 31 und 32 so gekoppelt, daß der Übergangsabschnitt 32a des
kleinen Segments 32 vom Übergangsabschnitt 32a des großen Segments 31 umgeben
werden kann, und beide gleichzeitig so in ein Paar Nuten gesteckt,
daß die
radial äußeren Innernut-Abschnitte 31e und 32e jeweils
in den beiden hinteren Lagen in einer Nut 2 angeordnet
werden können,
und daß die
radial inneren Innernut-Abschnitte 31d und 32d jeweils
in den beiden vorderen Lagen in einer anderen Nut 2 angeordnet
wird. Der radial äußere Innernut-Abschnitt
und der radial innere Innernut-Abschnitt jedes Segments werden in
ein Nutenpaar eingesteckt, das einen vorgegebenen Abstand T (z.B. 3
Nuten-Abstände)
voneinander aufweist. So werden die Segmente 31 und 32 so
in die jeweiligen Nuten 2 eingesteckt, daß die Segmente 31 und 32 in
jeder Nut in vier radial ausgerichteten Lagen angeordnet werden.
Anders ausgedrückt
werden die radial äußeren Innernut-Abschnitte 31e und 32e der
großen
und kleinen Segmente 31 und 32 jeweils in der äußersten
Lage (im folgenden als erste Lage bezeichnet) und der äußeren Mittellage
(im folgenden als zweite Lage bezeichnet) einer der Nuten 2 angeordnet,
und die radial inneren Innernut-Abschnitte 32d und 31d der
kleinen und großen Segmente 32 und 31 werden
jeweils in der inneren Mittellage (im folgenden als dritte Lage
bezeichnet) und der innersten Lage (im folgenden als vierte Lage bezeichnet)
einer anderen Nut 2 angeordnet, die einen Abstand T von
einander aufweisen.
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Wie
oben angegeben, werden die Außenschenkel,
die Innernut-Abschnitte 31e und 32e, zweite schräge Abschnitte 31g und 32g und
Griffabschnitte 31i und 32i einschließen, länger gestaltet
als die Innenschenkel, der Innernut-Abschnitte 31d und 32d,
zweite schräge
Abschnitte 31f und 32f und Griffabschnitte 31h und 32h einschließen. Wenn
ein Paar aus einem großen
Segment 31 und einem kleine Segment 32 in eine
der Nuten 2 eingeführt
wird, stehen die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in Kernachsenrichtung
in vier Lagen, die der ersten bis vierten Lage der Nuten 2 entsprechen, über ein
Ende des Statorkerns hervor. Die Höhen H1–H4 der Griffenden 31m, 32m, 32k und 31k der
Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h ab
einem Ende des Statorkerns in Kernachsenrichtung sind so angeordnet,
daß sie höher sind,
wenn das Griffende in einer radial weiter außen befindlichen Lage angeordnet
ist, wie von den gestrichelten Linien in 5 dargestellt.
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Nachdem
die Leitersegmente 3 in die Vielzahl von Nuten 2 eingeführt wurden,
werden die Schenkel der Segmente, die über die Nuten nach außen ragen,
in Kern-Umfangsrichtung
verwunden.
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Die
Höhen H1–H4 werden
zuvor so angeordnet, daß alle
Griffenden 31m, 32m, 32k und 31k die gleiche
Höhe h
aufweisen können,
nachdem die jeweiligen Schenkel im gleichen Winkel in Umfangsrichtung
verwunden werden, wie von den durchgezogenen Linien in 5 dargestellt.
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Genauer
werden die Schenkel abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen
um eine Halbpolteilung (T/2) verwunden. Die Schenkel, die in der ersten
und der dritten Lage ab der äußersten
Lage angeordnet sind, werden im Uhrzeigersinn um 1,5 Nutteilungen
von den Griffenden 31m, 32m, 32k und 31k aus
gesehen verwunden, und die Schenkel, die in der zweiten und vierten
Lage angeordnet sind, werden entgegen dem Uhrzeigersinn um 1,5 Nutteilungen
verwunden.
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Danach
werden die nebeneinander liegenden Griffenden 31k und 32k,
die in der ersten und zweiten Lage angeordnet sind, und die nebeneinander
liegenden Griffenden 32m und 31m, die in der dritten
und vierten Lage angeordnet sind, miteinander verschweißt oder
verlötet,
um mittels WIG-Schweißens,
Hartlötens,
Widerstandsschweißens,
Elektronenstrahlschweißen,
Laserschweißens oder
Lötens
eine Dreiphasen-Statorspule
zu bilden.
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Mit
Bezug auf 6–10 wird eine Verwindevorrichtung 5 beschrieben.
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Die
Verwindevorrichtung 5 schließt einen Arbeitstisch 51 ein,
der den unteren Umfangs-Abschnitt des Statorkerns 1 trägt, eine
Spannvorrichtung 52, die die radiale Verschiebung des Statorkerns 1 beschränkt, eine
Druckvorrichtung 53, die ein Hüpfen des Statorkerns 1 beschränkt, einen
Verwindewerkzeug-Abschnitt 54, der die Schenkel der Leitersegmente 3 verwindet,
Stangen 551–554,
die mit dem Verwindewerkzeug-Abschnitt 54 verbunden
sind, Umfangs-Antriebseinheiten 561–564, die den Verwindewerkzeug-Abschnitt 54 über die
Stangen 551–554 in
Umfangsrichtung drehen, Axial-Antriebseinheiten 571–574,
die den Verwindewerkzeug-Abschnitt 54 über die Stangen 551–554 in
Kernachsenrichtungen bewegen, und eine Steuerung 58, die
die Umfangs-Antriebseinheiten 561–564 und
die Axial-Antriebseinheiten 571–574 steuert. Dabei
werden die Umfangs-Antriebseinheiten 561–564 und
die Axial-Antriebseinheiten 571 bis 574 durch
Servomotoren oder dergleichen angetrieben.
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Der
Verwindewerkzeug-Abschnitt 54 besteht aus vier koaxial
angeordneten zylindrischen ersten, zweiten, dritten und vierten
Verwindewerkzeugen 541–544.
Jedes der Verwindewerkzeuge 541–544 kann individuell
von einer der Umfangs-Antriebseinheiten 561–564 gedreht
und außerdem
von einer der Axial-Antriebseinheiten 571–574 auf-
und abbewegt werden.
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Wie
in 7 dargestellt, weisen
die Verwindewerkzeuge 541–544 an ihren oberen
Abschnitten jeweils Halteelemente 541b–544b auf. Jedes der Halteelemente 541b bis 544b weist
so viele in Umfangsrichtung angeordnete Hohlräume auf, wie Nuten 2 des
Statorkerns 1 vorhanden sind. Das erste Halteelement 541b hält die Griffabschnitte 31i,
die in der ersten Lage überstehen,
das zweite Halteelement 542b hält die Griffabschnitte 32i,
die in der zweiten Lage überstehen,
das dritte Halteelement 543b hält die Griffabschnitte 32h,
die in der dritten Lage überstehen,
und das vierte Halteelement 544b hält die Griffabschnitte 31h,
die in der vierten Lage überstehen.
Jeder Hohlraum eines der Halteelemente 541b–544b hält einen
der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h.
Zu diesem Zweck weist jeder Hohlraum der Halteelemente 541b bis 544b den
gleichen rechteckigen Querschnitt und die gleiche Tiefe auf.
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Zwischen
den Hohlräumen
jedes der Halteelemente 541b–544b liegen ringförmige Zwischenbereiche 541c–544c, 542d, 543d.
Die Breite d2 der beiden Zwischenbereiche 542d und 543d zwischen
den Hohlräumen
des zweiten und dritten Halteelements 542b und 543b ist
größer als
die Breite d1 der beiden Zwischenbereiche 541c und 542c des
ersten und des zweiten Halteelements 541b und 542b,
und auch als die Breite d3 der beiden Zwischenbereiche 543c und 544c des
dritten und vierten Halteelements.
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Nun
wird die Funktion der Verwindevorrichtung 5 beschrieben.
Ein Statorkern 1, in dessen Nuten 2 Leitersegmente 3 eingeführt sind,
wird auf den Arbeitstisch 51 gesetzt. Dann wird der Außenumfang des
Statorkerns 1 von der Spannvorrichtung 52 eingespannt.
Danach wird von der Druckvorrichtung 53 am oberen Abschnitt
des Stator kerns 1 und am Übergangsabschnitt des großen Segments 31 Druck
ausgeübt,
um die Auf- und Abbewegung des Statorkerns 1 und der Leitersegmente 3 zu
begrenzen. In diesem Stadium ist die Höhe der geraden Schenkel der
Leitersegmente 3, die in einer weiter außen befindlichen Lage
angeordnet sind, höher.
Die Oberseite der radial weiter außen liegenden der Halteelemente 541b–544b ist
niedriger angeordnet, so daß die
Abstände
zwischen den Griffenden 31k, 31m, 32k, 32m und
der Oberseite gleich sein können,
wie in 6 dargestellt.
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Nachdem
der Statorkern 1 von der Klemme 52 und der Druckvorrichtung 53 fixiert
wurde, bewegen die Axial-Antriebseinheiten 571–574 die
Verwindewerkzeuge 541–544 nach
oben, und die Griffenden 31m, 32m, 32k und 31k werden
jeweils in die Hohlräume
von Halteelementen 541b–544b eingeführt. In
diesem Stadium werden die Verwindewerkzeuge 541–544 nach
oben bewegt, bis die Griffenden 31m, 32m, 32k und 31k am
Boden der Hohlräume der
Halteelemente 541b–544b anliegen.
Da abgeschrägte
Ecken 31j und 32j an den Griffabschnitten 31i, 32i, 32h und 31h ausgebildet
sind, können
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h problemlos
in die Halteelemente 541b–544b eingeführt werden, und
die Qualität
des Schweißens
wird verbessert.
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Danach
werden die Verwindewerkzeuge 541–544 gedreht und durch
die Umfangs-Antriebseinrichtungen 561–564 und die Axial-Antriebseinrichtungen 571–574 abwärts bewegt.
Obwohl sämtliche Verwindewerkzeuge 541–544 gleichzeitig
auf- und abbewegt werden, sind ihre Wegstrecken unterschiedlich.
Das erste Verwindewerkzeug 541 und das dritte Verwindewerkzeug 543 in 7 werden im Uhrzeigersinn
um den gleichen Winkel gedreht, und das zweite Verwindewerkzeug 542 und
das dritte Verwindewerkzeug 544 werden entgegen dem Uhrzeigersinn
um den gleichen Winkel gedreht.
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8 ist eine Skizze, die die
Beziehung zwischen der Auf- und Abbewegung und der Drehung der Verwindewerkzeuge 541–544 zeigt.
Zuerst steuert die Steuerung 58 die Umfangs-Antriebseinheiten 561–564,
um die Verwindewerkzeuge 541–544 nur um den Winkel θ1 zu drehen,
wo die Schenkel der Leitersegmente 3 vor den Nuten 2 und
vor den Hohlräumen
der Halteelemente 541b–544b gebogen
werden, um schräge
Abschnitte zu schaffen.
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Danach
steuert die Steuerung 58 die Umfangs-Antriebseinheiten 561–564 und
die Axial-Antriebseinheiten 571–574, um die Verwindewerkzeuge 541–544 so
zu drehen und aufwärts
zu bewegen, daß die
Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h einen Bogen
bilden können.
In diesem Stadium bewegen sich alle Verwindewerkzeuge 541 bis 544 individuell als
Antwort auf die Bogenbildung der Griffabschnitte 31i, 321, 32h, 31h.
Diese Bogenbildungsbewegung wird bis zum Winkel θ2 durchgeführt, der größer ist als ein vorgegebener
Winkel θ3
der Halbpolteilung (T/2), so daß verhindert
werden kann, daß die
Leitersegmente 3 sich aufgrund eines Zurückfederns
der zweiten schrägen
Abschnitte 31g, 32g, 32f und 31f verformen.
Jedes der Verwindewerkzeuge 541–544 wird so gesteuert,
daß es
eine Strecke in Kernachsenrichtung zurücklegt, die länger ist
als eine vorgegebene Strecke S1, S2, S3 oder S4, wie in 5 dargestellt.
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Danach
werden die Verwindewerkzeuge 541–544 jeweils in der
entgegengesetzten Richtung gedreht und zurück in die Position des Winkels θ3 und der
Strecke S1–S4
bewegt. Danach werden die Verdrehwerkzeuge 541–544 gesenkt,
um die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h aus
den Halteelementen 541b–544b zu entfernen.
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Anschließend werden
die Spannvorrichtung 52 und die Druckvorrichtung 53 entfernt,
und der Stator mit den verdrehten Schenkeln wird herausgenommen.
Danach werden benachbarte Griffabschnitte 31h und 32h und 32i und 31i verschweißt, um eine Dreiphasen-Statorspule
mit einer vorgegebenen Anzahl von Windungen zu bilden.
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Das
oben beschriebene Herstellungsverfahren für einen Stator ist im Fließschema
von 10 gezeigt.
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Zuerst
wird eine Vielzahl von Leitersegmenten 3 gebildet, wie
in 2 dargestellt, und
ebenso wird der Statorkern 1 aus geschichteten Blechen
gebildet. Dann wird die Vielzahl von Leitersegmenten 3 in
Kernachsenrichtung in die jeweiligen Nuten 2 eingeführt. Danach
werden die Leitersegmente verwunden, und diejenigen Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h,
die nebeneinander liegen, werden miteinander verschweißt.
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Es
gibt zwei Möglichkeiten,
die Leitersegmente 3 einzuführen. Auf die eine Weise wird
eine Vielzahl von Leitersegmenten 3 vor dem Einfügen angeordnet.
Auf die andere Weise werden die Leitersegmente 3 einzeln
in den Statorkern 1 eingeführt.
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Der
Verwindeschritt umfaßt
den Schritt des Einbringens eines Stators mit Leitersegmenten 3 in die
Verwindevorrichtung 5, wie in 6 dargestellt, den Schritt des Einfügens von
Griffabschnitten 31i, 32i, 32h und 31h in
die jeweiligen Hohlräume
von Halteelementen 541b–544b, einen in Schritt 8 dargestellten
Verstellschritt und den Schritt des Herausnehmens des geformten
Stators.
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Im
Verstellschritt werden die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h um
den Winkel θ1
gedreht, um die Schenkel der Leitersegmente 3 zu biegen,
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h werden
jeweils um mehr als den vorgegebenen Winkel θ3 und die vorgegebenen Strecken
S1–S4
bewegt. Die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h werden
jeweils in die Positionen des Winkels θ3 und der Strecken S1–S4 zurück bewegt.
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Hier
können
die Verwindewerkzeuge 541–544 sich relativ
zum Statorkern 1 nicht nur in Kern-Umfangsrichtung sondern
auch in Kern-Achsenrichtung bewegen. Anders ausgedrückt können die
Verwindewerkzeuge 541–544 sich
dreidimensional bewegen. Jedes der vier Verwindewerkzeuge 541–544 kann
sich unabhängig
von den anderen auf- und abbewegen.
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Wenn
beispielsweise die Verwindewerkzeuge 541–544 in
vorgegebenen Richtungen um den gleichen Winkel gedreht werden, werden
die Höhen H1–H4 der
Griffabschnitte vor der Verwindung der Schenkel so eingestellt,
daß die
Griffabschnitte, die radial weiter außen angeordnet sind, höher sein
können,
wobei berücksichtigt
wird, daß ein
weiter außen liegender
Griffabschnitt in Kern-Umfangsrichtung eine größere Strecke zurücklegt.
Es ist möglich,
die vertikalen Wegstrecken S1–S4
der Verwindewerkzeuge 541–544 so einzustellen,
daß die
Höhe h
nach dem Verwinden der Schenkel gleich ist. Das mach das Verschweißen der
Griffabschnitte 31h und 32h und 31i und 32i leicht
und sicher.
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Da
die Verwindewerkzeuge 541–544 sich relativ
zum Statorkern 1 dreidimensional bewegen, können die
Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h so verformt
werden, daß die
zweiten schrägen
Abschnitte 31f, 31g, 32f und 32g unverändert bleiben
können. Daher
kann verhindert werden, daß die
Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h der
Leitersegmente 3 aus den Halteelementen 541b–544b der
Verwindewerkzeuge 541 bis 544 herausrutschen.
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Da
jedes der Verwindewerkzeuge 541–544 individuell auf-
und abbewegt wird, wenn sich die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h als
Antwort auf die Drehung der Verdrehwerkzeuge 541–544 bewegen,
wird verhindert, daß sich
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
den Halteelementen 541b–544b bewegen. Daher
können
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h vor
einer Beschädigung
bewahrt werden. Insbesondere können
die Abschnitte der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
der Nähe
der Hohlräume
der Halteelemente 541b–544b vor
Schaden bewahrt werden.
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Sämtliche
Hohlräume
der vier Halteelemente 541b–544b sind so geformt,
daß sie
die gleiche Tiefe aufweisen, und die Griffenden 31k, 31m, 32k, 32m der
Halteelemente 541b–544b werden
in die Hohlräume
eingesteckt, so daß sie
an deren Boden anliegen. Somit bekommen die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
Kernachsenrichtung die gleiche Länge
L, wie in 5 dargestellt,
die für
das Schweißen ausreicht.
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Es
ist möglich,
die Verwindewerkzeuge 541–544 in Umfangsrichtung
getrennt voneinander zu drehen. Daher können alle Leitersegmente 3,
die aus den jeweiligen Lagen in den Nuten 2 herausragen,
auf die am besten geeignete Weise verwunden werden.
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Da
die Verwindewerkzeuge 541–544 in jeder Umfangsrichtung
gedreht werden können,
ist es möglich,
die Verwindewerkzeuge 541–544 zuerst in einer
Richtung um mehr als eine Halbpolteilung zu drehen, und dann in
die andere Richtung genau in eine Halbpolteilung zu drehen. So kann
eine Verformung aufgrund des Zurückfederns
der Spulen verhindert werden.
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Wenn
die Leitersegmente 3 in der ersten und der dritten Lage
in einer Richtung um eine Halbpolteilung gedreht werden, und diejenigen
der Leitersegmente 3 in der zweiten und der vierten Lage
in die andere Richtung um eine Halbpolteilung gedreht werden, kommen
die Leitersegmente 3 in der ersten und der zweiten Lage
und die Leitersegmente in der dritten und der vierten Lage einander
nahe. Andererseits ist der Abstand zwischen den Leitersegmenten 3 in der
zweiten und dritten Lage groß genug,
damit sie gegeneinander isoliert sind.
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In 7 werden das erste Verwindewerkzeug 541 und
das dritte Verwindewerkzeug 543 der äußersten Lage im Uhrzeigersinn
um den gleichen Phasenwinkel gedreht, und das zweite Verwindewerkzeug 542 und
das vierte Verwindewerkzeug 544 werden gegen den Uhrzeigersinn
um den gleichen Phasenwinkel gedreht. Jedoch können die Verwindewerkzeuge 541–544 in
dieser Ausführungsform
auch in umgekehrter Richtung gedreht werden, um die Schenkel der
Leitersegmente 3 zu verwinden.
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Die
Erfindung kann auf verschiedene Statoren angewendet werden, indem
man einfach die Verwindewerkzeuge 541–544 wechselt. Beispielsweise kann
die Erfindung nicht nur auf einen Stator mit 36 Nuten angewendet
werden, sondern auch auf einen Stator mit mehr Nuten, beispielsweise
48 Nuten, 84 Nuten oder 96 Nuten, indem man die Verwindewerkzeuge 541–544 wechselt.
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Mit
Bezug auf 11 wird ein
Statorkern gemäß einer
zweiten Ausführungsform
beschrieben.
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In
der Zeichnung stellen gestrichelte Linien die Leitersegmente 3 vor
dem Verwinden der Schenkel dar, und durchgezogene Linien stellen
die Leitersegmente nach dem Verwinden der Schenkel dar. Teile, die
in der Zeichnung weggelassen wurden, sind die gleichen wie diejenigen,
die in Zeichnungen der ersten Ausführungsform dargestellt sind.
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Die
Leitersegmente 3 haben vor dem Verwinden untereinander
die gleiche Höhe
H. Dann werden die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h so
gehalten, daß der
Abstand LH in Kernachsenrichtung von jedem der Griffabschnitte 31h, 31i, 32h, 32i zum
Ende des Statorkerns und die Länge
L der Griffabschnitte 31h, 31i, 32h, 32i untereinander
gleich sein können.
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Danach
werden die Verwindewerkzeuge 541–544 in vorgegebenen
Richtungen um den gleichen Winkel gedreht. Gleichzeitig wird jedes
der Verwindewerkzeuge 541 bis 544 individuell
nach oben oder unten bewegt, um der Bewegung der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h als
Antwort auf Drehung der Verwindewerkzeuge 541–544 zu
entsprechen. Infolgedessen ist die Höhe des Griffendes nach dem
Verwinden geringer, wenn es radial weiter außen angeordnet ist.
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Danach
werden die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h im
Abschnitt C durchtrennt, um Abschnitte in der Nähe der Griffenden 31m, 32m, 32k und 31k zu
entfernen, so daß sämtliche
Enden der Leitersegmente 3 die gleiche Höhe aufweisen
können.
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Da
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
Kernachsenrichtung unterschiedlich positioniert sind, nachdem sie
verwunden wurden, überlappen sich
die schrägen
Abschnitte 31f, 31g, 32f und 32g nicht übermäßig. Daher
bläst Kühlluft direkt
auf die zweiten schrägen
Abschnitte 31f, 31g, 32f und 32g, wodurch
sie wirksam gekühlt
werden.
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Da
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h maschinell
so bearbeitet werden, daß sie
gleich hoch sind, können
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h leicht
und sicher miteinander verschweißt werden.
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Mit
Bezug auf 12 wird ein
Statorkern gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung stellen gestrichelte
Linien Leitersegmente 3 vor dem Verwinden dar, und durchgezogene
Linien stellen Leitersegmente 3 nach dem Verwinden dar.
Abschnitte, die in der Figur weggelassen wurden, sind die gleichen
wie diejenigen, die in den Figuren der ersten Ausführungsform
dargestellt wurden.
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Die
geraden Schenkel der Leitersegmente 3 haben vor dem Verwinden
der Schenkel untereinander die gleiche Höhe H. Dann werden die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h so
gehalten, daß die Länge LH1–LH4 zwischen
den Griffabschnitten 31i, 32i, 32h und 31h und
dem Ende des Statorkerns, die den Längen der zweiten schrägen Abschnitte 31g, 32g, 32f und 31f entspricht,
so angeordnet werden, daß der
Abstand radial weiter außen
größer ist.
Dann werden die Verwindewerkzeuge 541–544 in vorgegebenen
Richtungen um den gleichen Winkel verwunden. Gleichzeitig wird jedes
der Verwindewerkzeuge 541–544 individuell auf-
oder abbewegt, um der Bewegung der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h als Antwort
auf die Drehung der Verwindewerkzeuge 541–544 zu
entsprechen.
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Die
Abstände
LH1–LH4
der Griffabschnitte werden so angeordnet, daß der Abstand radial weiter außen länger sein
kann, wodurch die Höhe
Lh1–Lh4 der
Griffabschnitte nach dem Verwinden angeglichen wird. Darüber hinaus
werden jeweils die Abstände S1–S4 des
vertikalen Hubs der Verwindewerkzeuge 541–544 bestimmt.
Bezüglich
der Höhe
h1–h4
der Griffenden 31k, 32k, 32m und 31m nach
dem Verwinden ist ein Griffende, das in einer radial weiter außen befindlichen
Lage angeordnet ist, niedriger.
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Anschließend werden
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h im
Abschnitt C durchtrennt, so daß sämtliche
Leitersegmente 3 die gleiche Höhe haben können. So können diejenigen der Griffabschnitte 31h und 32h und
der Griffabschnitte 32i und 31i, die nebeneinander
liegen, leicht und sicher verschweißt werden.
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Ein
Statorkern gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung wird mit Bezug auf 13 beschrieben.
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In
der Figur zeigen durchgezogene Linien Leitersegmente 3 vor
dem Verwinden der Schenkel, und durchgezogene Linien zeigen Leitersegmente
3, nachdem ihre Schenkel verwunden wurden. Abschnitte, die in der
Zeichnung weggelassen wurden, sind die gleiche wie diejenigen, die
in den Zeichnungen der ersten Ausführungsform dargestellt sind.
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Diese
Ausführungsform
weist ein anderes Mittel zum Halten der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h auf
als das Verfahren gemäß der obigen Ausführungsformen.
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Jedes
der Verwindewerkzeuge 541–544 besteht aus einem
Paar koaxialer Zylinder. Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h werden
in Spalte der Halteelemente 541b–544b eingeführt, bis
die Griffenden 31m, 32m, 32k und 31k jeweils
am Boden der Spalte anliegen. Danach wird einer der beiden Zylinder
in entgegengesetzter Richtung zum anderen gedreht, so daß die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h zwischen
den gegenüberliegenden
Seiten in Umfangsrichtung gehalten werden.
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Die
Spaltentiefen der Halteelemente 541b–544b sind so gestaltet,
daß die
Tiefe radial weiter außen
geringer ist. Daher werden die Abstände LH1–LH4 der Griffabschnitte vor
dem Verwinden so angeordnet, daß der
Abstand radial weiter außen
länger
ist.
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Die
Höhe H
der Schenkel vor dem Verwinden ist bei allen Leitersegmenten, die
aus unterschiedlichen Nutenlagen hervorstehen, gleich. Dann werden die
Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
Kern-Umfangsrichtung zwischen gegenüberliegenden Seiten gehalten,
und die Verwindewerkzeuge 541–544 werden um den
gleichen Winkel ge dreht, während
jedes der Verwindewerkzeuge 541–544 individuell auf- oder
abbewegt wird, um der Bewegung der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h als
Antwort auf die Drehung der Verwindewerkzeuge 541–544 zu
entsprechen. Was den Abstand LH1 bis LH4 der Griffabschnitte vor
dem Verwinden betrifft, so wird er radial weiter außen länger gestaltet,
so daß die
Höhen Lh1–Lh4 der
Griffabschnitte nach dem Verwinden angeglichen sein können. Gleichzeitig
werden die Abstände
S1–S4
des Auf/Ab-Hubs der Verwindewerkzeuge 541–544 bestimmt.
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Der
Verwindeschritt wird ausgeführt,
während
die Griffenden 31k, 31m, 32k und 32m und
die gegenüberliegenden
Seiten der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
Kern-Umfangsrichtung eingeengt sind. Daher wird verhindert, daß die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h aus
den Halteelementen 541b–544b rutschen, so
daß der
Griffabschnitt 31h, 31i, 32h und 32i vor
einer Beschädigung
bewahrt wird.
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Eine
Statorspulen-Verwindevorrichtung 5 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird
mit Bezug auf 14 beschrieben.
Abschnitte, die in der Zeichnung weggelassen wurden, sind die gleichen
wie diejenigen, die in den Figuren der ersten Ausführungsform
gezeigt wurden.
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Das
Verwindewerkzeug 541–544 bewegt sich
zusammen mit der Bewegung der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
Kernachsenrichtung als Antwort auf die Drehung der Verwindewerkzeuge 541–544.
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Die
Axial-Antriebseinheit 59 besteht aus Federn 591–594,
die über
zylindrische Stangen 551–554 getrennt die
einzelnen Verwindewerkzeuge 541–554 vorspannen, und
einer Federhaltevorrichtung 595 zum Halten der jeweiligen
einen Enden der Federn 591–594.
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Zuerst
wird die Federhaltevorrichtung 595 gesenkt, um die Verwindewerkzeuge 541–544 nach unten
zu bewegen, um den Statorkern 1 auf den Arbeitstisch 51 zu
setzen.
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Dann
wird die Federhaltevorrichtung 595 angehoben, um die Verwindewerkzeuge
nach oben zu bewegen, um die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
die Hohlräume
der Halteelemente 541b–544b einzuführen. Die
Verwindewerkzeuge 541–544 verharren
in den Positionen, in denen die Griffenden 31m, 32m, 32k und 31k der
Griffabschnitte 31h, 31i, 32h und 32i an
den Böden
der Hohlräume
der Halteelemente 541b bis 544b anliegen. Während die
Verwindewerkzeuge 541–544 verharren,
wird die Federhaltevorrichtung 595 weiter angehoben, um
die Feder 591–594 zusammenzudrücken.
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Anschließend werden
die Verwindewerkzeuge 541–544 durch die Umfangs-Antriebseinheit 561–564 gedreht,
um die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
Kernumfangsrichtungen zu bewegen. In diesem Stadium bewegen sich
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h als
Antwort auf dessen Kernumfangs-Bewegung auch in Kernachsenrichtung.
Da die Verwindewerkzeuge 541–544 durch die Federn 591 bis 594 vorgespannt
sind, bewegen sich die Verwindewerkzeuge in Kernachsenrichtung,
um der Kernachsen-Bewegung der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h zu
folgen.
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Da
die Verwindewerkzeuge 541–544 sich in den Kernachsenrichtungen
bewegen, um der Kernachsen-Bewegung der Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h zu
folgen, können
die Griffabschnitte 31i, 32i, 32h und 31h in
den Halteelementen 541b bis 544b gehalten werden.
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Obwohl
in den obigen Ausführungsformen U-förmige Segmente
verwendet werden, können I-förmige Segmente
auf die gleiche Weise verwendet werden. Die vorliegende Erfindung
kann auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer anderen elektrischen
Rotationsmaschine als einem Fahrzeug-Wechselstromgenerator angewendet
werden.
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In
der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde die Erfindung
mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen
beschrieben. Somit ist die Beschreibung der vorliegenden Erfindung
als erläuternd und
nicht als beschränkend
anzusehen.