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QUERBEZUG AUF EINE ZUGEHÖRIGE
ANMELDUNG
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Die
vorliegende Anmeldung basiert auf der früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-177304 ,
eingereicht am 7. Juli 2008, und beansprucht die Priorität
dieser Anmeldung. Die Beschreibung der japanischen Anmeldung wird
hier durch Bezugnahme eingeführt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Gebiet der Erfindung)
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Stators und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für
rotierende elektrische Maschinen, und insbesondere auf eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für rotierende
elektrische Maschinen, bei welchen die Segmentkerne eines herzustellenden
Stators bei der Herstellung des Stators für eine rotierende
elektrische Maschine durch Schrumpfsitz mit einem äußeren
Zylinder verbunden werden.
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(Beschreibung des zugehörigen
Standes der Technik)
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In
den letzten Jahren wurde von rotierenden elektrischen Maschinen,
welche als Elektromotoren und elektrische Generatoren verwendet
werden, geringe Baugröße, hohe Leistung und hohe
Qualität gefordert. Nimmt man als Beispiel rotierende elektrische
Maschinen, welche auf Fahrzeugen montiert werden, dann hat sich
der Raum zur Aufnahme einer solchen rotierenden elektrischen Maschine
mehr und mehr verringert, während der Ausgang weiter vergrößert
werden musste.
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Bekannt
gewordene rotierende elektrische Maschinen enthalten solche, welche
mit einem Stator versehen sind, der eine Statorwicklung aufweist,
die aus kontinuierlichen Windungen hergestellt ist, wie in dem
japanischen Patent Nr. 3894004 geoffenbart
ist. In dem Stator einer solchen rotierenden elektrischen Maschine
dienen zwölf Drähte zur Bildung einer Dreiphasenwicklung
der Statorwicklung. Demgemäß hat der Stator einen
Aufbau, bei welchem 24 Drahtenden axial von einer axialen Stirnfläche
des Statorkerns wegstehen. Aus diesem Grunde benötigt diese
Art des Stators einen großen Raum außerhalb der
axialen Stirnfläche des Statorkerns, so dass die Drahtenden
miteinander verbunden werden können. Dies jedoch schafft
ein Problem der Vergrößerung der axialen Abmessungen
der Statoren.
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Um
diesem Problem zu begegnen wurde in Betracht gezogen, die Größe
eines Stators durch Verminderung der Größe der
Statorwicklung herabzudrücken.
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Zwischenzeitlich
ist als Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung von Statoren mit
kontinuierlichen Wicklungen das folgende Verfahren bekannt geworden.
Bei dem Verfahren wird zunächst eine Anzahl geformter Drähte
aus elektrisch leitfähigem Draht hergestellt, in welchen
jeweils eine Anzahl gerader Abschnitte nebeneinander liegen und
miteinander über gebogene Abschnitte verbunden sind. Dann werden
diese geformten Drähte vereinigt, um einen einheitlichen
Körper zu bilden. In dem einheitlichen Körper
bildet ein geformter Draht ein Paar mit einem anderen geformten
Draht und eine Anzahl solcher geformter Drahtpaare werden in Längsrichtung
des einheitlichen Körpers nebeneinander gelegt. In jedem
der geformten Drahtpaare, welche sich zu dem einheitlichen Körper
zusammensetzen, liegt die Anzahl von geraden Abschnitten eines geformten
Drahtes übereinander auf der jeweiligen Anzahl gerader Abschnitte
des anderen geformten Drahtes zur Bildung einer Mehrzahl von geraden übereinanderliegenden
Abschnitten in der Längsrichtung des einheitlichen Körpers.
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Auf
diese Weise werden die Mehrheiten der geraden übereinanderliegenden
Abschnitte in der Längsrichtung des einheitlichen Körpers
nebeneinander gelegt. Der einheitliche Körper wird dann
mit einer vorbestimmten Anzahl von Umschlingungen um einen Kern
gewickelt, um so einen Wicklungskörper zu bilden. In dem
Wicklungskör per sind die Anzahlen von geraden, übereinanderliegenden
Abschnitten in jedem geformten Drahtpaar radial übereinander
gestapelt, um eine Anzahl von geraden Stapelabschnitten in der Umfangsrichtung
auszubilden. Der auf diese Weise erhaltene Wicklungskörper
dient als zylindrische, käfigartige Statorwicklung. Beim
Zusammenbau dieser Statorwicklung mit einem Statorkern wird jeder
der geraden Stapelabschnitte in einer jeweiligen Nut des Statorkerns
untergebracht, während die gebogenen Abschnitte außerhalb
der Nuten liegen.
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Es
ist jedoch ziemlich schwierig, eine derartige zylindrische, käfigartige
Statorwicklung in einen einstückigen Statorkern einzubauen,
welcher bereits die Gestalt eines Kernes hat. Um dem zu begegnen, werden
Segmentkerne verwendet, welche jeweils eine Gestalt haben, welche
aus einer umfangsmäßigen Unterteilung eines ringförmigen
Kernes in eine Mehrzahl von Einzelstücken resultiert. Die
Verwendung solcher Segmentkerne gestattet es, dass die Segmentkerne
einzeln in die zylindrische, käfigartige Statorwicklung
von außen her eingesetzt werden um dann die Gesamtheit
in einen äußeren Zylinder einzusetzen, um den
Stator herzustellen. Dieses Einsetzen in den äußeren
Zylinder wird unter Verwendung einer sogenannten Schrumpfsitz-Befestigungsmethode
durchgeführt.
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Bei
der Durchführung der Schrumpfsitz-Befestigung muss der
Statorkern, in welchem eine Anzahl von Segmentkernen umfangsmäßig
angeordnet ist, gleichmäßig in Radialrichtung
von der Seite des Außenumfangs her schrumpfen. Anderenfalls
wird der Statorkern verformt und somit kann die für eine rotierende
elektrische Maschine erforderliche Kreisförmigkeit (beispielsweise
0,05 mm) nicht eingehalten werden. Da der Statorkern tatsächlich
längs des Umfanges unterteilt worden ist, ist es schwierig,
den Statorkern gleichmäßig zu schrumpfen. Aus
diesem Grunde haben Segmentkerne das Problem der Schwierigkeit des
Erreichens einer Schrumpfbefestigung mit gleichförmigem
Durchmesser über den ganzen Statorkern hin geschaffen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Lichte der oben beschriebenen Umstände
geschaffen und hat als Ziel, eine Lösung für ein
leichtes und gleichförmiges Durchführen einer
radialen Schrumpfung eines Statorkernes zu erreichen, bei welchem
Segmentkerne längs des Umfanges angeordnet sind, so dass
ein gleichförmiger Durchmesser für den Statorkern
erreicht werden kann.
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Um
das oben angegebene Problem zu lösen enthält eine
Vorrichtung zur Herstellung des Stators nach der Erfindung für
eine rotierende elektrische Maschine durch Schrumpfbefestigung eines äußeren Zylinders
an einer Kernanordnung mit einer Mehrzahl von Phasenwicklungen,
welche so gewickelt sind, dass sich eine käfigförmige
Spule oder Wicklung ergibt, mit Segmentkernen, welche einen Statorkern bilden,
der um den Außenumfang der käfigförmigen Wicklung
oder Spule zusammengebaut ist, folgendes:
eine konische Führungseinheit,
enthaltend: einen Abschnitt großen Durchmessers, wobei
der Durchmesser größer als ein Außendurchmesser
des Kernes des Stators ist; einen Abschnitt kleinen Durchmessers,
wobei der Durchmesser größer als ein Innendurchmesser
des äußeren Zylinders ist und kleiner als ein
Innendurchmesser des äußeren Zylinders in einem
thermisch ausgedehnten Zustand, und einer Durchgangsöffnung
mit einer Verjüngung, wobei die Durchgangsöffnung
durch die konische Führungseinheit von dem Abschnitt großen
Durchmessers zu dem Abschnitt kleinen Durchmessers verläuft;
und wobei die Vorrichtung weiter folgendes enthält: eine Heizeinheit,
welche den äußeren Zylinder erwärmt und
thermisch ausdehnt, um einen Innendurchmesser des äußeren
Zylinders zu vergrößern; eine Antriebseinheit,
welche den Statorkern in den äußeren Zylinder
einsetzt, während ein Außendurchmesser des Statorkerns
vermindert wird, indem veranlasst wird, dass der Statorkern durch
die Durchgangsöffnung auf und längs der Verjüngung
der Durchgangsöffnung von einer Seite des Abschnittes großen Durchmessers
zu einer Seite des Abschnittes mit kleinem Durchmesser der konischen
Führungseinheit wandert; und eine Steuereinheit, welche
eine Steuerung in solcher Weise durchführt, dass der Statorkern,
welcher einen durch die Antriebseinheit reduzierten Durchmesser
hat, in den äußeren Zylinder eingesetzt wird,
welcher thermisch ausgedehnt ist, um seinen Innendurchmesser zu
vergrößern.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist die Antriebseinheit so ausgebildet, dass
sie den Außendurchmesser des Statorkerns reduziert, indem
der Statorkern dazu veranlasst wird, auf und längs der Verjüngung
der Durchgangsöffnung zu wandern, welche in der konischen
Führungseinheit gebildet ist. Somit kann ein gleichförmiger
Durchmesser über den Statorkern hin verteilt erzielt werden.
Insbesondere kann die Kreisförmigkeitstoleranz (welche
durch den Unterschied zwischen dem Radius des maximalen Inkreises
und demjenigen des minimalen Umkreises ausgedrückt wird)
des Statorkerns, bezogen auf seinen Innendurchmesser, auf 0,05 mm
oder weniger vermindert werden.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist die Antriebseinheit so ausgebildet, dass
sie den Statorkern in den äußeren Zylinder einsetzt,
während der Durchmesser des Statorkerns dadurch verringert
ist, dass man den Statorkern auf und längs der Verjüngung
der Durchgangsöffnung wandern lässt, die in der
konischen Führungseinheit gebildet ist. Die radiale Verringerung
und das Einsetzen in den äußeren Zylinder (Schrumpfbefestigung)
kann somit durch einen einzigen Schritt erreicht werden.
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Es
ist vorteilhaft, wenn ein Wärmeisolationsteil an einem
Abschnitt der konischen Führungseinheit vorgesehen ist,
wobei der Abschnitt in Kontakt mit der Erwärmungseinheit
gebracht ist, wenn der Statorkern mit dem reduzierten Durchmesser
in den äußeren Zylinder mit dem vergrößerten
Durchmesser eingesetzt wird.
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Ohne
das Wärmeisolationsteil wird die konische Führungseinheit,
wenn sie in Kontakt mit der Heizeinheit kommt, aufgeheizt und thermisch
ausgedehnt, was die Reduktion des Durchmessers des Statorkerns auf
ein gewünschtes kleines Maß unmöglich
macht. Andererseits kann das Wärmeisolationsteil, wenn
es vorgesehen ist, verhindern, dass Wärme von der Heizeinheit
auf die konische Führungseinheit übertragen wird,
wenn die konische Führungseinheit in Kontakt mit der Heizeinheit kommt.
Aus diesem Grunde kann der Durchmesser des Statorkerns leicht auf
die gewünschte Größe reduziert werden,
ohne dass die konische Führungseinheit thermisch ausgedehnt
wird, nämlich in einer Konfiguration, in welcher die konische
Führungseinheit in Kontakt mit der Heizeinheit für
ein sanftes Einsetzen des Statorkerns in den äußeren
Zylinder kommt.
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Es
ist vorzuziehen, dass der Statorkern durch Laminieren einer Vielzahl
von Stahlblechen in einer Richtung gebildet wird, längs
welcher der Statorkern in den äußeren Zylinder
eingesetzt wird; und dass die Antriebseinheit mit Presseinheiten
versehen ist, welche vertikal in einer Richtung des Einsetzten des
Statorkerns in den äußeren Zylinder angeordnet sind,
so dass der Statorkern von den Presseinheiten gehalten werden kann.
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Jeder
der Segmentkerne ist durch Laminieren von Elektromagnetstahlblechen
gebildet. Die Richtung des Laminierens stimmt mit der Richtung des
Einsetzens des Statorkerns in den äußeren Zylinder überein,
d. h., die Richtung, in welcher die Durchgangsöffnung in
der konischen Führungseinheit für das Einsetzen
des Statorkerns gebildet ist. Beim Einsetzen des Statorkerns in
die Durchgangsöffnung und in den äußeren
Zylinder wird daher auf die Segmentkerne eine äußere
Kraft ausgeübt, welche gegen die Richtung des Einsetzens
wirksam ist, d. h. eine äußere Kraft, welche in
der Richtung eines Abschälens der laminierten elektromagnetischen Stahlbleche
wirkt.
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In
dieser Hinsicht können die Presseinheiten, wenn sie vorgesehen
sind, die radiale Ausdehnung des Statorkerns unterdrücken,
wenn der Statorkern in den äußeren Zylinder eingesetzt
wird. Man kann somit verhindern, dass die elektromagnetischen Stahlbleche
abgeschält werden oder irgendeinen Schaden erleiden, wenn
der Statorkern in die Durchgangsöffnung oder in den äußeren
Zylinder eingesetzt wird.
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Um
das oben dargestellte Problem zu lösen enthält
ein Statorherstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung
zur Herstellung eines Stators einer rotierenden elektrischen Maschine
durch Schrumpfsitzbefestigung eines äußeren Zylinders
an einer Kernanordnung mit einer Anzahl von Phasenwicklungen, welche
so gewickelt sind, dass sich eine käfigartige Wicklung
ergibt, mit Segmentkernen, welche einen Statorkern bilden und an
den Außenumfang der käfigartigen Wicklung angesetzt
sind, folgendes: einen Schritt der Erhitzung des äußeren
Zylinders derart, dass er sich thermisch ausdehnt, um einen Durchmesser
des Zylinders zu vergrößern; einen Schritt des
Einsetzens der Kernanordnung in den äußeren Zylinder,
dessen Durchmesser durch thermische Ausdehnung vergrößert
worden ist unter Verwendung einer konischen Führungseinheit,
während ein Außendurchmesser der Kernanordnung
reduziert wird, wobei die konische Führungseinheit folgendes enthält:
einen Abschnitt großen Durchmessers, dessen Durchmesser
größer als ein Außendurchmesser des Kerns
des Stators ist, einen Abschnitt kleinen Durchmessers, dessen Durchmesser
größer als ein Innendurchmesser des äußeren
Zylinders ist und kleiner als ein Innendurchmesser des äußeren
Zylinders in thermisch ausgedehntem Zustand, und eine Durchgangsöffnung
mit einer Abschrägung wobei die Durchgangsöffnung
durch die konische Führungseinheit von Abschnitt großen
Durchmesser zu dem Abschnitt kleinen Durchmessers verläuft
und der Außendurchmesser der Kernanordnung reduziert wird, indem
man die Kernanordnung durch die Durchgangsöffnung auf und
längs ihrer Verjüngung von einer Seite des Abschnittes
großen Durchmessers zu einer Seite des Abschnittes kleinen
Durchmessers der konischen Führungseinheit wandern lässt;
und einen Schritt der Abkühlung des äußeren
Zylinders zur Verminderung seines Durchmessers unmittelbar nach
dem Schritt des Einsetzens.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird der Außendurchmesser des Statorkerns
dadurch reduziert, dass man den Statorkern auf und längs
der Verjüngung der Durchgangsöffnung wandern lässt,
welche in der verjüngten Führungseinheit gebildet
ist. Somit kann ein gleichförmiger Durchmesser über
den Statorkern hin erhalten werden. Insbesondere kann die Toleranz
der Gleichförmigkeit (welche durch die Differenz zwischen
dem Radius eines maximalen Irakreises und dem eines minimalen Umkreises
ausgedrückt wird) des Statorkerns mit Bezug auf seinen
Innendurchmesser auf 0.05 mm oder weniger verringert werden.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird der Statorkern in den äußeren
Zylinder eingesetzt, während der Durchmesser des Statorkerns
dadurch reduziert wird, dass man den Statorkern auf und längs der
Verjüngung der Durchgangsöffnung wandern lässt,
welche in der konischen Führungseinheit gebildet ist. Dadurch
kann die radiale Verringerung und das Einsetzen in den äußeren
Zylinder (die Schrumpfsitzbefestigung) durch einen einzigen Schritt
erreicht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den begleitenden Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische axiale Querschnittsansicht, welche einen Aufbau einer
rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
perspektivische Ansicht, welche einen Stator gemäß der
genannten Ausführungsform zeigt;
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3 eine
Aufsicht, welche einen Statorkern gemäß der Ausführungsform
wiedergibt;
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4 eine
Aufsicht auf einen laminierten Segmentkern gemäß der
genannten Ausführungsform;
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5 eine
Aufsicht, welche einen Statorkern gemäß einer
Modifikation zeigt;
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6 eine
Aufsicht, welche einen laminierten Segmentkern gemäß der
genannten Modifikation wiedergibt;
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7A eine
Querschnittsansicht, welche einen Windungsaufbau einer Statorwicklung
in einer Schnittebene senkrecht zur Längsrichtung der Windung
gemäß der genannten Ausführungsform zeigt;
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7B eine
Querschnittsansicht einer Modifikation der Windung, welche in 7A gezeigt
ist;
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8 eine
Darstellung einer Verbindung der Statorwicklung gemäß der
genannten Ausführungsform;
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9 eine
perspektivische Ansicht, welche einen gewickelten Körper
wiedergibt, welcher die Statorwicklung gemäß der
genannten Ausführungsform ist;
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10 eine
Abwicklung, welche die Statorwicklung zeigt, oder eine Aufsicht
auf einen vereinigten Körper, bevor dieser als die Statorwicklung
gemäß der genannten Ausführungsform aufgerollt
wird;
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11 eine
perspektivische Ansicht, welche eine Anordnung gemäß der
genannten Ausführungsform darstellt;
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12 eine
perspektivische Ansicht, welche einen äußeren
Zylinder gemäß der genannten Ausführungsform
wiedergibt;
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13 eine
schematische Querschnitts-Seitenansicht, welche den Aufbau einer
Statorherstellungsvorrichtung gemäß der genannten
Ausführungsform zeigt;
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14 eine
Aufsicht, welche eine Heizeinheit bei Blickrichtung aus einer Richtung
IV wiedergibt, welche in 13 eingezeichnet
ist;
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15 eine
Querschnitts-Seitenansicht der Heizeinheit bei Blickrichtung aus
der Richtung V, wie sie in 14 eingezeichnet
ist;
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16 eine
Querschnitts-Seitenansicht, welche eine Trägereinheit,
welche in 13 dargestellt ist, in einem
Zustand vor Beladung mit der Anordnung darstellt;
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17 eine
Querschnitts-Seitenansicht, welche die Trägereinheit, wie
sie in 13 gezeigt ist, in einem Zustand
darstellt, nachdem sie mit der Anordnung beladen worden ist;
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18 ein
Blockschaltbild, welches den Aufbau für die Steuerung des
Betriebes der Statorherstellungsvorrichtung gemäß 13 zeigt;
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19 ein
Flussdiagramm, welches den Verarbeitungsfluss der Steuerung zeigt,
welche durch eine Steuereinheit der Statorherstellungsvorrichtung
gemäß 13 durchgeführt
wird;
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20 eine
schematische Seitenansicht, welche einen Betriebszustand der Statorherstellungsvorrichtung
gemäß 13 zeigt;
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21 eine
schematische Seitenansicht, welche einen Betriebszustand der Statorherstellungsvorrichtung
gemäß 13 auf
den Zustand gemäß 20 folgend
zeigt;
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22 eine
schematische Seitenansicht, welche einen Betriebszustand der Statorherstellungsvorrichtung
gemäß 13 auf
den Zustand gemäß 21 folgend
darstellt; und
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23 eine
schematische Seitenansicht, welche einen Betriebszustand der Statorherstellungsvorrichtung
gemäß 13 auf
den Zustand gemäß 22 folgend
darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen werden nachfolgend im
Einzelnen eine Statorherstellungsvorrichtung und ein Statorherstellungsverfahren
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Die hier beschriebene Ausführungsform
ist nur ein Beispiel und somit sollen die Statorherstellungsvorrichtung
und das Statorherstellungsverfahren gemäß der
Erfindung nicht auf die unten angegebene Auführungsform
beschränkt angesehen werden. Die Statorherstellungsvorrichtung
und das Statorherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung können
in vielerlei Weisen nach Modifizierung und/oder Verbesserung etwa, durch
einen Fachmann in einem Rahmen verwirklicht werden, welcher nicht
von der grundsätzlichen Lehre gemäß der
Erfindung abweicht.
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Zuerst
wird nachfolgend ein Aufbau einer rotierenden elektrischen Maschine 1 beschrieben,
welche einen Stator verwendet, wie er unter Einsatz einer Statorherstellungsvorrichtung
und eines Statorherstellungsverfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung erhalten wird.
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Wie
in 1 gezeigt, enthält die rotierende elektrische
Maschine 1 folgendes: ein Gehäuse 10, welches
durch Verbinden der Öffnungen eines Paares im wesentlichen
zylindrischer, mit Boden versehener Gehäuseteile 100, 101 gebildet
ist; eine drehende Welle 20, welche durch das Gehäuse 10 über Lager 110, 111 drehbar
abgestützt ist; einen Rotor 2, welcher auf der
Welle 20 befestigt ist; und einen Stator 3, welcher
an dem Gehäuse 10 in einer Position befestigt
ist, in welcher er den Rotor 2 in dem Gehäuse 10 umgibt.
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Der
Rotor 2 enthält Permanentmagneten, welche in Umfangsrichtung
eine Anzahl von sich abwechselnden unterschiedlichen Polen am Außenumfang
des Rotors 2 ausbilden, nämlich auf der Seite, welche
dem Innenumfang des Stators 3 gegenübersteht.
Die Anzahl der Pole des Rotors 2 hängt von der betreffenden
rotierenden elektrischen Maschine ab und kann variieren. Die vorliegende
Ausführungsform hat einen Rotor mit acht Polen (vier Nordpolen und
vier Südpolen). Wie in 2 gezeigt,
ist der Stator 3 aus einem Statorkern 30, einer
dreiphasigen Statorwicklung 4, die aus einer Anzahl von
Phasenwicklungen gebildet ist, und einem äußeren
Zylinder 5 aufgebaut, in welchen der Statorkern 30 eingesetzt ist.
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Wie
aus 3 zu ersehen, hat der Statorkern 30 ringförmige
Gestalt mit einer Vielzahl von Nuten 31, die in seiner
Innenumfangsfläche gebildet sind. Die Vielzahl von Nuten 31 ist
so ausgebildet, dass ihre Tiefenrichtung mit der Radialrichtung
zusammenfällt. Die Anzahl der Nuten 31, welche
in dem Statorkern 30 gebildet sind, ist derart gewählt,
dass zwei Nuten einer Phase der Statorwicklung 4 für
jeden der Pole des Rotors 2 zugeordnet sind. Demgemäß sind
bei der vorliegenden Ausführungsform 48 Nuten
vorgesehen, wie sich aus der Rechnung ergibt: 8 (Pole) × 3
(Phasen) × 2 (Nuten) = 48.
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Der
Statorkern 30 wird durch umfangsmäßiges
Verbinden einer vorbestimmten Anzahl (beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 24)
Segmentkernen 32 gebildet, wie sie in 4 gezeigt
sind. Jeder Segmentkern 32 definiert eine Nut 31,
und gleichzeitig definieren jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte
Segmentkerne 32 eine Nut 31. Im Einzelnen weist
jeder Segmentkern 32 ein Paar von Zähnen 320,
welche sich radial nach einwärts erstrecken, und einen
Kernrücken 321 auf, welcher die Zähne 320 auf
der radial äußeren Seite miteinander verbindet.
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Die
Segmentkerne 32, welche den Statorkern 30 bilden,
sind jeweils aus laminierten Elektromagnetstahlblechen gebildet.
Ein Isolationsfilm ist zwischen den laminierten Elektromagnetstahlblechen
vorgesehen. Die Segmentkerne 32, welche den Statorkern 30 bilden,
brauchen nicht nur aus solchen laminierten Körpern aus
Elektromagnetstahlblechen gebildet sein, sondern können
auch aus bekannten dünnen Metallblechen und isolierenden
Filmen aufgebaut sein.
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Die
Form des Statorkerns, welcher auf die vorliegende Erfindung anwendbar
ist, ist nicht nur auf diejenige beschränkt, welche in
den 3 und 4 gezeigt ist, sondern kann
auch beispielsweise eine solche sein, wie sie in den 5 und 6 gezeigt ist.
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Am
Beispiel eines Statorkerns 1030, welcher in den 5 und 6 gezeigt
ist, ist durch umfangsmäßiges Verbinden von Segmentkernen 1032 hergestellt,
um eine ringförmige Gestalt zu erzeugen, mit einer Vielzahl
von Nuten 1031, die in der Innenumfangsfläche
ausgebildet sind. Jeder Segmentkern 1032 definiert eine
Nut 1031 und gleichzeitig definieren zwei umfangsmäßig
benachbarte Segmentkerne 1032 jeweils eine Nut 1031.
Jede Nut 1031 wird durch zwei zueinander benachbarte radial
einwärts weisende Zähne 1320 begrenzt.
Jeder Kernrücken 1321 hat bei diesem Beispiel
eine Form, welche nicht eine Überlagerung durch einen anderen
Segmentkern 1032 in der Radialrichtung zulässt.
Die Anzahl von Segmentkernen 1032, ihr Material und dergleichen
sind dieselben wie bei den Segmentkernen 32, welche in 4 gezeigt
sind.
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Die
Statorwicklung 4 wird durch Aufrollen einer Vielzahl von
Windungen 40 unter Verwendung einer vorbestimmten Wicklungsmethode
gebildet. Wie in 7A gezeigt, ist jede der Windungen 40,
welche die Statorwicklung 4 bilden aus einem Kupferleiter 41 und
einem isolierenden Film 42 hergestellt, welcher aus einer
Innenlage 420 und einer Außenlage 421 besteht,
welche die Außenfläche des Leiters 41 als Isolation
umgeben.
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Der
isolierende Film 42 besteht also aus der inneren und der äußeren
Lage 420 und 421 und hat eine große Dicke,
welche es unnötig macht, Stücke aus Isolationspapier
zwischen die Windungen 40 einzusetzen, um die Isolation
dazwischen sicherzustellen. Es können aber Stücke
aus Isolationspapier zwischen die Windungen 40 oder zwischen
den Statorkern 30 und die Statorwicklung 4 eingebracht
werden.
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Wie
in 7B gezeigt ist, kann ein schmelzbares Material 49,
welches beispielsweise aus einem Epoxidharz hergestellt ist, auf
die Außenfläche des Isolationsfilms 42 aufgetragen
sein, der aus der inneren Schicht 420 und der äußeren
Schicht 421 besteht, um jede Windung 40 der Statorwicklung 4 herzustellen.
In diesem Falle schmilzt das schmelzbare Material 49 schneller
als der isolierende Film 42 auf Grund der Hitze, welche
von der rotierenden elektrischen Maschine 1 erzeugt wird.
Aus diesem Grunde wird die Anzahl von Windungen 40, welche
in derselben Nut 31 angeordnet sind, thermisch durch das schmelzbare
Material 49 zusammengeklebt. Dies hat zur Folge, dass die
Anzahl von Windungen 40, welche in der selben Nut 31 angeordnet
sind, zu einer Einheit werden, um die Windungen 40 zu einem
starren Körper zu machen, wodurch die mechanische Festigkeit
der Windungen 40 in der Nut 31 erhöht wird.
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Wie
in 8 gezeigt ist, wird die Statorwicklung 4 aus
drei Phasenwicklungen (U1, U2, V1, V2, W1, W2) gebildet, wobei jede
Phase aus zwei Drähten aufgebaut ist.
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Wie
in 9 dargestellt ist die Statorwicklung 4 ein
aufgerollter Körper 48, der durch Aufrollen eines
integrierten Körpers 47 (siehe 10)
erhalten wird, in welchem die Vielzahl von Windungen 40 in
einer vorbestimmten Form integriert ist. Die Windungen 40,
welche die Statorwicklung 4 bilden, werden in einer Gestalt
hergestellt, in welcher Wellenwicklungen längs des Umfangs
und innerhalb des Statorkerns 30 gebildet werden.
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Jede
der Windungen 40, welche die Statorwicklung 4 bilden,
enthält geradlinige Abschnitte 43, welche jeweils
in einer jeweiligen Nut 31 des Statorkerns 30 aufgenommen
werden (jeder dieser Abschnitte wird hier als ein in der Nut verlaufender
Abschnitt 43 bezeichnet), sowie Biegungsabschnitte 44, welche
jeweils benachbarte, in der Nut verlaufende Abschnitte 43 verbinden.
Die in der Nut verlaufenden Abschnitte 43 werden jeweils
in jeder Nut 31 vorbestimmter Ordnung untergebracht (im
vorliegenden Ausführungsbeispiel jede sechste Nut 31,
wie sich aus der Rechnung ergibt: 3 (Phasen) × 2 (Nuten)
= 6 (Nuten)). Die Biegungsabschnitte werden so geformt, dass sie
axial von jeder Stirnfläche des Rotorkerns 30 vorstehen.
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Die
Statorwicklung 4 wird in solcher Weise gebildet, dass die
beiden Enden jeder der Anzahl von Windungen 40 von einer
axialen Stirnfläche des Statorkerns 30 wegstehen
und dass die Anzahl von Windungen 40 in der Art einer Wellenwicklung
in Umfangsrichtung gewickelt wird. Eine Phase der Statorwicklung 4 wird
durch gegenseitiges Verbinden der Enden einer ersten Windung 40a und
einer zweiten Windung 40b durch Schweißung gebildet.
Mit anderen Worten, eine Phase der Statorwicklung 4 wird durch
ein Paar elektrisch leitfähiger, geformter Drähte
gebildet, wobei die Enden gegenseitig verbunden sind.
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Die
in der Nut verlaufenden Abschnitte 43 der ersten Windung 40a und
die in der Nut verlaufenden Abschnitte 43 der zweiten Windung 40b werden in
denselben Nuten 31 untergebracht. In dieser Hinsicht werden
die in der Nut verlaufenden Abschnitte 43 der ersten Windung 40a sicher
positioniert, indem sie sich mit den in der Nut verlaufenden Abschnitten 43 der
zweiten Windung 40b in Tiefenrichtung der einzelnen Nuten 31 abwechseln.
Eine Verbindung 45 zwischen der ersten Windung und der
zweiten Win dung 40a beziehungsweise 40b wird in
dem in der Nut verlaufenden Abschnitt 43 gebildet, der
als ein Rückleitungsabschnitt 46 dient. Die Wicklungsrichtung
der ersten Windung 40a und der zweiten Windung 40b kehrt
an dem Rückleitungsabschnitt 46 um.
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10 ist
eine Abwicklungsansicht, welche die Statorwicklung 4 zeigt,
oder eine Aufsicht, welche den integrierten Körper 47 vor
dem Aufrollen zeigt. Die Statorwicklung 4 hat sechs Paare
von ersten und zweiten Windungen 40a, 40b, welche
unterschiedliche Wicklungsrichtungen haben. Eine Wicklung von 3
Phasen (U, V, W) × 2 Nuten (Doppelnutwicklung) wird unter
Verwendung dieser sechs Paare von Windungen hergestellt. In jedem
Paar wird das Ende der ersten Windung 40a, welches dem
Ende auf der Seite des neutralen Punktes (oder der Seite des Phasenanschlusses)
gegenüberliegt, mit dem Ende der zweiten Windung 40b verbunden,
welches dem Ende auf der Seite des Phasenanschlusses (oder der Seite des
neutralen Punktes) gegenüberliegt, was über den
in der Nut verlaufenden Abschnitt 43 geschieht, der der
Rückleitungsabschnitt 46 ist. Dieselbe Verbindungsmethode
wird für die einzelnen Phasen der Windungen 40 verwendet.
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Nachfolgend
wird ein Verfahren zur Herstellung des Stators 3 beschrieben.
Kurz gesagt wird bei dem Verfahren der Statorkern 30 in
die Statorwicklung 4 (den aufgerollten Körper 48)
hinein zusammengebaut, um eine Anordnung 50 (siehe 11)
zu erhalten, welche dann eine Schrumpfsitzbefestigung an dem äußeren
Zylinder 5 erfährt, um den Stator 3 zu
erhalten. Die Anordnung 50 bildet die Kernanordnung nach
der vorliegenden Erfindung.
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Wenn
in der folgenden Beschreibung „radial” oder „in
radialer Weise” verwendet wird, dann bezieht sich der Ausdruck
auf die Radialrichtung eines Kernteiles oder eines Wicklungskörpers.
Wenn ferner der Ausdruck „umfangsmäßig” oder „umfangsweiße” verwendet
wird, dann bezieht sich der Ausdruck auf die Umfangsrichtung des
Kernteiles oder des Wicklungskörpers.
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(Formungsschritt)
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Zuerst
werden 12 geformte Drähte aus zwölf elektrisch
leitfähigen Drähten hergestellt. Jeder der geformten
Drähte enthält hier eine Anzahl von geraden Abschnitten 431,
welche sich parallel zueinander erstrecken und in Längsrichtung
des geformten Drahtes nebeneinander liegen, und eine Anzahl von Biegungsabschnitten 44 zur
Verbindung der benachbarten geradlinigen Abschnitte 431 miteinander
abwechselnd auf der einen Seite und auf der anderen Seite.
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(Integrationsschritt)
-
Zwölf
geformte Drähte werden miteinander vereinigt, um den integrierten
Körper 47 zu bilden. In dem integrierten Körper 47 liegen
sechs Paare von geformten Drähten in Längsrichtung
des integrierten Körpers 47 nebeneinander.
-
Jedes
der Paare besteht aus der ersten Windung 40a und der zweiten
Windung 40b, welche jeweils aus den geformten Drähten
aufgebaut sind.
-
Die
Enden der ersten und zweiten Windungen 40a, 40b in
jedem Paar werden durch Schweißung verbunden, um die Verbindung 45 herzustellen. Es
sei bemerkt, dass die zwölf geformten Drähte erst vereinigt
werden können, gefolgt von der Verbindung der Enden der
ersten und zweiten Windungen 40a, 40b jedes Paares,
oder die Enden der ersten und zweiten Windungen 40a, 40b können
erst verbunden werden, gefolgt von der Vereinigung der sechs Paare.
-
In
jedem Paar von Windungen in dem integrierten Körper 47 liegt
die Anzahl von geraden Abschnitten 431 der ersten Windung 40a und
die Anzahl der geraden Abschnitte 431 der zweiten Windung 40b übereinander,
um eine Anzahl von geraden übereinanderliegenden Abschnitten 471 in
der Längsrichtung des integrierten Körpers 47 auszubilden.
Es dürfen jedoch keine Überlagerungen bezüglich
der sechs geradlinigen Abschnitte 431, welche die Rückleitungsabschnitte 46 enthalten
und als Wicklungsstartabschnitte dienen, und bezüglich
der sechs geradlinigen Abschnitte 431 auftreten, welche
als Wicklungsendabschnitte dienen, wenn der Aufrollschritt ausgeführt
wird, der nachfolgend beschrieben wird.
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(Aufrollschritt)
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Der
integrierte Körper 47 wird mit einer vorbestimmten
Anzahl von Umdrehungen (beispielsweise 3 oder 4 Umdrehungen) aufgewickelt,
so dass die Rückleitungsabschnitte 46 auf der
Seite der Achse zu liegen kommen, um den aufgerollten Körper 48 herzustellen,
welcher in 9 gezeigt ist. Beim Aufrollen des
integrierten Körpers 47 werden die Biegungsabschnitte 44 plastisch
verformt, um einen vorbestimmten Aufrollradius zu erzeugen.
-
Beispielsweise
können die Biegungsabschnitte 44 mittels einer
Form gebildet werden, welche eine Vorbestimmte runde Formungsfläche
hat, oder mittels einer vorbestimmten Formungswalze. Die Einzelheiten
des Aufrollschrittes werden später beschrieben.
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Der
aufgerollte Körper 48 ist umfangsmäßig mit
einer Vielzahl von gestapelten geraden Abschnitten 481 versehen,
in welchen jeweils die Anzahl gerader übereinanderliegender
Abschnitte 471 eines Paares geformter Drähte in
Radialrichtung gestapelt in der Zahl entsprechend der Anzahl von
Rolldrehungen vorhanden sind. Im einzelnen liegen in jedem geraden
Stapelabschnitt 481 gerade Abschnitte 431 in einer
Zahl entsprechend dem doppelten der Anzahl von Umdrehungen radial
ausgerichtet übereinander. Die Anzahl von geraden Stapelabschnitten 481 liegt längs
des Umfanges mit kleinen Intervallen (Zwischenräumen) dazwischen.
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(Zusammenbauschritt)
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Ist
in dieser Weise der aufgerollte Körper 48 hergestellt,
dann werden die Zähne 320 jedes der Segmentkerne 32 radial
in die jeweiligen Zwischenräume zwischen benachbarten geraden
Stapelabschnitten 481 eingesetzt, um gegenseitig benachbarte
Segmentkerne 32 für den Zusammenbau zusammenzufügen,
so dass man die Anordnung 50 (siehe 11) erhält.
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(Einsetzschritt (Schrumpfsitzbefestigungsschritt))
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Die
Anordnung 50 wird in den äußeren Zylinder 5 (siehe 12)
eingesetzt und darin befestigt. 11 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Anordnung 50 zeigt.
Wie dargestellt liegt ein Kernrücken 321, welcher
ein axialer Stapel von Segmentkernen 32 ist, an dem Außenumfang
der Anordnung 50. 12 ist
eine perspektivische Darstellung, welche den äußeren
Zylinder 5 zeigt. Der äußere Zylinder 5 hat
eine Dicke von beispielsweise 2 Millimeter und ist aus für
magnetischen Fluss durchlässigem Material hergestellt,
beispielweise aus Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes. Der äußere
Zylinder 5 ist mit Durchgangsbohrungen 5a versehen,
die zur Befestigung des Stators 3 an dem Gehäuse 10 dienen. Der
Innendurchmesser des äußeren Zylinders 5 ist vorliegend
mit C bezeichnet.
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In
dem Einsetzschritt des vorliegenden Beispieles wird die Statorherstellungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendet. Das folgende ist eine Beschreibung
der Statorherstellungsvorrichtung. 13 ist
eine schematische Querschnitts-Seitenansicht, welche einen Aufbau
der Statorherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. 13 stellt einen Zustand dar,
in welchem die Anordnung 50 und der äußere
Zylinder 5 an der Statorherstellungsvorrichtung 200 befestigt
sind.
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Die
Statorherstellungsvorrichtung 200 ist mit einer Trägereinheit 201 versehen,
welche die Anordnung 50 trägt, ferner mit einer
konischen Führungseinheit 202, welche den Durchmesser
des Außenumfangs der Anordnung 50 reduziert, sowie
mit einer Heizeinheit 203, welche den äußeren
Zylinder 5 erhitzt.
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Die
Anordnung 50 ist an der Trägereinheit 201 befestigt,
indem sie zwischen einer oberen Presseinheit 217 und einer
unteren Presseinheit 218 zur Fixierung eingelagert ist.
Die Heizeinheit 203 ist auf einer Basis 204 angeordnet.
Tragsäulen 205 und 206 sind fest positioniert
zwischen der Basis 204 und einer oberen Platte 207 vorgesehen.
Die konische Führungseinheit 202 wird durch eine
Tragplatte 214 abgestützt, welche derart vorgesehen
ist, dass sie vertikal an den Tragsäulen 205, 206 bewegbar
ist.
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Die
Trägereinheit 201 ist an einer Stange 211 eines
Luftzylinders 201 befestigt, sodass der Luftzylinder 208 die
Trägereinheit 201 anheben und abwärts
bewegen kann. Ein Ausgleichsgewicht 221 ist über
Rollen 220 mit dem Luftzylinder 208 verbunden, um
ein Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Ausgleichsgewichtes 221 und
dem Gewicht der Trägereinheit 201 sicherzustellen.
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Die
Tragplatte 214 ist an Stangen 212, 213 von
Luftzylindern 209, 210 jeweils befestigt, so dass die
Luftzylinder 209, 210 die Tragplatte 214 oder
die konische Führungseinheit 202 anheben oder
absenken können.
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Die
konische Führungseinheit 202 enthält ein
ringförmiges Teil 215 mit einem Aufbau, welcher folgendes
enthält: einen Abschnitt 215a großen Durchmessers
mit einem Innendurchmesser D, welcher größer ist
als ein Außendurchmesser A der Anordnung 50, welche
durch den Statorkern gebildet ist; einen Abschnitt 215b kleinen
Durchmessers mit einem Innendurchmesser B, welcher größer
ist als der Innendurchmesser C des äußeren Zylinders 5 und kleiner
als ein Innendurchmesser C' des äußeren Zylinders 5 in
einem thermisch ausgeweiteten Zustand; und eine Durchgangsöffnung 215c,
welche angeschrägt ist und durch die konische Führungseinheit hindurch
von dem Abschnitt 15a großen Durchmessers zu dem
Abschnitt 215b kleinen Durchmessers reicht. Der Schrägungswinkel
der Durchgangsöffnung 215c ist beispielsweise
5°.
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Der
Innendurchmesser B des Abschnittes 215b kleineren Durchmessers
wird größer gemacht als der Innendurchmesser C
des äußeren Zylinders 5 um beispielsweise
etwa 0,2 mm. Der Abmessungsunterschied des äußeren
Zylinders 5 zwischen dem Zustand vor der Erwärmung
und nach der Erwärmung (C'-C) bei einer Temperatur von
beispielsweise 300°C ist etwa 0,6 mm.
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Die
Luftzylinder 208, 209 und 210 dienen
als Antriebseinheit. Im Einzelnen ist die Antriebseinheit so ausgebildet,
dass sie es ermöglicht, die Anordnung 50, d. h.,
den Statorkern an und längs der Verjüngung der
Durchgangsöffnung 215c von der Seite des Abschnittes 215a größeren
Durchmessers zu der Seite des Abschnittes 215b kleinen
Durchmessers der konischen Führungseinheit 202 wandern
zu lassen. Die Antriebsein heit ist ferner so ausgebildet, dass sie
die Anordnung 50 weiter in den äußeren
Zylinder 5 einsetzt, während der Durchmesser der
Anordnung 50 reduziert werden kann.
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Das
ringförmige Teil 215 der konischen Führungseinheit 202 hat
eine Bodenfläche, welche mit einem ringförmigen,
wärmeisolierendem Teil 216 versehen ist, das aus
einer flachen Platte gebildet ist. Das wärmeisolierende
Teil 216 schützt das ringförmige Teil 215 vor
der Hitze, welche von der Heizeinheit 203 emittiert wird.
Somit kann verhindert werden, dass der Innendurchmesser des Abschnittes 215b kleinen
Durchmessers auf Grund thermischer Ausdehnung vergrößert
wird, welche anderenfalls durch die Wärme verursacht worden
wäre. Das wärmeisolierende Teil 216 ist
beispielsweise aus Keramik gefertigt.
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Nachfolgend
wird ein Aufbau der Heizeinheit 203 beschrieben. 14 ist
eine Aufsicht auf die Heizeinheit 203 aus einer Blickrichtung
aus der Richtung XIV, welche in 13 eingezeichnet
ist. 15 ist eine Querschnitts-Seitenansicht der Heizeinheit 203 aus
einer Blickrichtung aus der in 14 eingezeichneten
Richtung XV.
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Die
Heizeinheit 203 besitzt einen Bandheizer 2032,
welcher bei Zufuhr von Strom über ein Stromquellenkabel 2033 Wärme
erzeugt. Der äußere Zylinder 5 wird innerhalb
des Bandheizers über ein Wärmeübertragungsteil 2031 eingesetzt.
Der Bandheizer 2032 ist um den Außenumfang des
Wärmeübertragungsteiles 2031 gelegt und
durch eine Spannschraube 2034 fixiert.
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Das
Wärmeübertragungsteil 2031 ist beispielsweise
aus einem Kupferblock gefertigt, um eine Gestalt zu erzielen, die
sich der äußeren Umfangsgestalt des äußeren
Zylinders 5 anpasst (beispielsweise der Umfangsgestalt
jeder der Durchgangsbohrungen 5a und der Krümmung
des äußeren Zylinders 5 angepasst ist).
Im Einzelnen ist das Wärmeübertragungsteil 2031 in
solcher Weise vorgesehen, dass die Wärme von dem Bandheizer 2032 über
die gesamte äußere Umfangsfläche des äußeren
Zylinders 5 übertragen werden kann.
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Die
Temperatur des äußeren Zylinders 5, welche
durch die Wärme von dem Bandheizer 2032 erhöht
worden ist, wird durch einen Temperaturfühler 2035,
beispielsweise eine thermoelektrische Sonde, detektiert und in eine
Steuereinheit 250 (siehe 18) eingegeben,
welche weiter unten beschrieben wird.
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Wie
in 15 gezeigt ist auf der Basis 204 in bestimmter
Lage eine wärmeisolierende Platte 2036 befestigt.
Der äußere Zylinder 5, das Wärmeübertragungsteil 2031 und
der Bandheizer 2032 sind auf der wärmeisolierenden
Platte 2036 vorgesehen.
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Die
wärmeisolierende Platte 2036 ist aus Keramik oder
dergleichen gefertigt, wobei eine Ausnehmung 2036a in ihrer
Mitte gebildet ist. Die Ausnehmung 2036a nimmt die untere
Presseinheit 218 auf, wenn die Anordnung 50 in
den äußeren Zylinder 5 eingesetzt worden
ist. Die wärmeisolierende Platte 2036 ist außerdem
mit drei Fixierungsstiften 2036b versehen, welche in die
jeweiligen drei Durchgangsbohrungen 5a des äußeren
Zylinders 5 eingreifen sollen, um den äußeren
Zylinder 5 in Position zu bringen. Die wärmeisolierende
Platte 2036 trägt zur Unterdrückung der Übertragung
von Wärme von der Heizeinheit 203 auf die Basis 204 bei
und verhindert eine Abweichung der Position der Tragsäulen 205 und 206 auf
der Basisplatte 204.
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Es
wird nun der Aufbau der Trägereinheit 201 beschrieben.
Die 16 und 17 sind
Querschnitts-Seitenansichten der Trägereinheit 201 gemäß 13.
Im Einzelnen zeigt 16 einen Zustand, bevor die
Anordnung 50 befestigt ist, und 17 zeigt
einen Zustand, nachdem die Anordnung 50 eingesetzt worden
ist. Es sei bemerkt, dass in 17 aus
Gründen einer guten Erkennbarkeit die Schraffierung im
geschnittenen Bereich der Trägereinheit 201 weggelassen
ist.
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Die
Trägereinheit 201 setzt sich aus der oberen und
der unteren Presseinheit 217 beziehungsweise 218 und
einem Kernteil 219 zusammen. Beim Einsetzen der Anordnung 50 wird
das Kernteil 219 in die Anordnung 50 längs
ihrer inneren Öffnung eingesetzt. Der resultierende Körper
wird dann in vertikaler Richtung zwischen die obere und untere Presseinheit 217 beziehungsweise 218 eingelagert
und nachfolgend durch Befestigung mit Schrauben c, d, e und f befestigt.
In diesem Falle wird ein vorbestimmtes Festziehmoment auf die Schrauben
c, d, e und f ausgeübt. Bei diesem Drehmoment wirkt die
Kraft, welche die obere und untere Presseinheit 214, 218 gegen
die Anordnung 50 zur Befestigung zusammenpresst, in solcher
Weise, dass die Anordnung daran gehindert wird, sich zu der Zeit
radial auszudehnen, während sie in den äußeren
Zylinder eingesetzt wird, und in der Weise, dass gleichzeitig kein
Einfluss auf die radiale Reduktion der Anordnung auf den Innendurchmesser
B der Durchgangsöffnung 215b der konischen Führungseinheit 202 auftritt.
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Die
Trägereinheit 201 ist an der Stange 211 des
Luftzylinders 208 mittels Schrauben a und b befestigt.
Die obere und die untere Presseinheit 217 beziehungsweise 218 haben
Ausnehmungen 217a beziehungsweise 218a. Die Ausnehmung 217a, 218a gestatten
es, dass die jeweiligen Biegungsabschnitte (Spulenköpfe) 44 durch
sie hindurchreichen, wenn die Anordnung 50 an der Trägereinheit 201 befestigt worden
ist.
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Weiter
haben die obere und die untere Presseinheit 217 beziehungsweise 218 Kontaktabschnitte 217b beziehungsweise 218b.
Die Kontaktabschnitte 217b, 218b haben die Aufgabe
zu verhindern, dass der Stapel von Segmentkernen 32 sich von
der Wicklung ablöst oder sich die Segmentkerne gegeneinander
verlagern, indem sie Kontakt mit den Segmentkernen 32 aufnehmen
und diese pressen.
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Nachfolgend
wird eine Konfiguration im Zusammenhang mit der Betriebssteuerung
der Statorherstellungsvorrichtung 200 beschrieben. 18 ist ein
Blockschaltbild, welches den Aufbau verdeutlicht, welcher den Betrieb
der Statorherstellungsvorrichtung 200 gemäß 13 steuert.
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Die
Statorherstellungsvorrichtung 200 startet ihren Betrieb,
wenn ein Startschalter 251 von einer Bedienungsperson betätigt
wird. Eine Steuereinheit 250 enthält eine CPU,
ein RAM und ein ROM. Die Steuereinheit 250 empfängt
ein Eingangssignal, welches die Betätigung des Startschalters 251 anzeigt, sowie
ein Eingangssignal, welches eine Temperatur anzeigt, welche durch
den Temperaturfühler (thermoelektrische Sonde) 2035 detektiert
wird. Die Steuereinheit 250 speist und steuert auch den
Heizer (Bandheizer) 2032 und die Luftzylinder 208, 209 und 210.
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Bezugnehmend
nunmehr auf das Flussdiagramm von 19 und
die erklärenden Ansichten der Betriebszustände,
welche in den 20, 21, 22 und 23 gezeigt
sind, wird nachfolgend der Betrieb der Statorherstellungsvorrichtung 200 erläutert,
d. h. die Schritte des Einsetzens (der Schrumpfsitzbefestigung),
welche mit der Anordnung 50 durchgeführt werden.
Es sei bemerkt, dass in den 20, 21, 22 und 23 aus
Gründen der Übersichtlichkeit die Darstellung
bestimmter der Komponenten weggelassen ist.
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Zuerst
kann eine Bedienungsperson die Anordnung 50 und den äußeren
Zylinder 5 auf die Statorherstellungsvorrichtung 200 setzen
und den Startschalter 251 der Vorrichtung 200 betätigen.
Nach Betätigung des Startschalters 251 durch die
Bedienungsperson beginnt die Statorherstellungsvorrichtung 200 ihren
Betrieb. Mit anderen Worten startet nach Auslösung durch
ein Eingangssignal, welches die Betätigung des Startschalters 251 signalisiert,
die Steuereinheit 250 die in 19 gezeigte
Verarbeitung.
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((Erhitzungsschritt))
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Die
Steuereinheit 250 betreibt den Heizer 2032 zuerst,
um das Aufheizen des äußeren Zylinders 5 zu
beginnen (Schritt S1905). Danach überwacht die Steuereinheit 250 die
Temperaturen, welche durch den Temperaturfühler 2035 detektiert
werden. Wenn eine detektierte Temperatur nicht einen vorbestimmten
Wert (beispielsweise 300°C) („NEIN” im
Schritt S1902) erreicht hat, dann setzt die Steuereinheit 250 die Überwachung
der detektierten Temperaturen fort.
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((Einsetzschritt))
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Wenn
eine detektierte Temperatur den vorbestimmten Wert (beispielsweise
300°C) („JA” im Schritt S1902) erreicht
hat, dann treibt die Steuereinheit 250 den Luftzylinder 208 für
eine Abwärtsbewegung an, wie in 20 gezeigt
ist (Schritt S1903), und gleichzeitig treibt sie die Luftzylinder 209, 210 für eine
Abwärtsbetätigung an (Schritt S1904). In diesem
Falle ist der äußere Zylinder 5 ausreichend
aufgeheizt worden, um eine thermische Expansion zu verursachen,
welche den Innendurchmesser des äußeren Zylinders
zu C' macht.
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Danach
beendet, wie in 21 gezeigt ist, die konische
Führungseinheit 202 die Abwärtsbewegung,
wenn ihr wärmeisolierendes Teil 216 in Kontakt mit
der Heizeinheit 203 kommt. Zwischenzeitlich bewegt sich
die Trägereinheit 201 mit der an ihr angesetzten
Anordnung 50 die Abwärtsbewegung fort, um die
Anordnung 50 durch die Durchgangsöffnung 215c der
konischen Führungseinheit 202 wandern zu lassen.
Dies hat zum Ergebnis, dass der Durchmesser des Außenumfangs
der Anordnung 50 auf den Innendurchmesser B des Abschnitts 215b kleineren Durchmessers
reduziert wird, so dass, wie in 22 gezeigt,
die Anordnung 50 in den äußeren Zylinder 5 eingesetzt
wird.
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In
der vorliegenden Ausführungsform ist eine Wärmeisolation
an bestimmten Teilen angebracht.
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Um
jedoch den Einfluss auf andere Abschnitte zu reduzieren, welcher
durch die Wärme verursacht wird, die von der Heizeinheit 203 ausgeht,
ist es besser, dass die Zeit von dem Zeitpunkt, zu welchem das wärmeisolierende
Teil 216 in Kontakt mit der Heizeinheit 203 kommt,
bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Einsetzen der Anordnung 50 in
den äußeren Zylinder 5 vervollständigt
ist (die Zeit für den Übergang von dem in 21 gezeigten
Zustand zu dem in 22 gezeigten Zustand) kurz ist.
Beispielsweise kann der Übergang erwünschtermaßen
in etwa einer Sekunde durchgeführt werden.
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((Abkühlungsschritt))
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Nach
dem in 22 gezeigten Zustand wird der
Heizer 2032 stillgesetzt (Schritt S1905), und dann beispielsweise
durch einen (nicht dargestellten) Lüfter abgekühlt,
um den Innendurchmesser des äußeren Zylinders 5 zu
reduzieren, während die Luftzylinder 209, 210 nach
aufwärts betrieben werden (Schritt S1906).
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Wenn
der Heizer 2032 abgekühlt wird, wird auch der äußere
Zylinder 5 gekühlt, um den Innendurchmesser des äußeren
Zylinders 5 zu reduzieren. Ist der Zustand erreicht, in
welchem die Anordnung 50 nicht mehr von dem äußeren
Zylinder 5 frei ist, dann wird der Luftzylinder 208 im
Sinne einer Aufwärtsbewegung betrieben (Schritt S1907).
Zu der Zeit der Aufwärtsbewegung des Luftzylinders 208 ist die
Anordnung 50 durch Schrumpfsitzbefestigung mit dem äußeren
Zylinder 5 verbunden, um den Stator 3 zu ergeben.
Der Stator 3 wird also durch die Aufwärtsbetätigung
des Luftzylinders 208 angehoben (siehe 23).
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Nachfolgend
wird der Stator 3 beispielsweise mittels eines Lüfters
in dem in 23 gezeigten Zustand für
etwa dreißig Minuten heruntergekühlt, um den Einsetzschritt
(die Schrumpfsitzbefestigung) zu vollenden.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, ist die
Antriebseinheit dazu ausgebildet, den Außendurchmesser
des Statorkerns dadurch zu reduzieren, dass man den Statorkern auf
und längs der Verjüngung der Durchgangsöffnung
wandern lässt, welche in der konischen Führungseinheit
gebildet ist. Somit kann die Größe des Statorkerns
radial reduziert werden, wobei ein gleichförmiger Durchmesser über
den gesamten Statorkern hin erreicht wird. Als Ergebnis kann eine
Kreisförmigkeitstoleranz von beispielsweise 0,05 mm oder weniger
für den Innendurchmesser des Statorkerns erzielt werden.
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Weiter
ist die Antriebseinheit dazu ausgebildet, den Statorkern in den äußeren
Zylinder einzusetzen, während der Durchmesser des Statorkerns
reduziert wird, indem man den Statorkern auf und längs der
Verjüngung der Durchgangsbohrung wandern lässt,
welche in der konischen Führungseinheit gebildet ist. Somit
können die radiale Reduktion und das Einsetzen in den äußeren
Zylinder (die Schrumpfsitzbefestigung) durch einen einzigen Schritt
erreicht werden.
-
Die
vorliegende Erfindung kann auf rotierende elektrische Maschinen
angewendet werden, welche auf elektrischen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen
angeordnet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann den Innenumfang des Statorkerns einer sol chen rotierenden elektrischen
Maschine nahezu perfekt kreisförmig gemacht werden. Diese
Kreisförmigkeit ist vorteilhaft bezüglich der
Verminderung der Größe und Erhöhung der
Ausgangsleistung einer solchen rotierenden elektrischen Maschine.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2008-177304 [0001]
- - JP 3894004 [0004]