DE102011002173A1

DE102011002173A1 - Stator für eine rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102011002173A1
Application number: DE102011002173A
Authority: DE
Inventors: Ryosuke Utaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2011-11-03
Also published as: CN102263451A; US20110260563A1; JP2011229307A; US8772996B2; CN102263451B; JP5573327B2

Abstract

Es wird ein Stator für eine rotierende elektrische Maschine angegeben, welcher eine Statorwicklung enthält, die aus einer Anzahl von Leitersegmenten aufgebaut ist. Jedes der Leitersegmente hat einen Schenkel, welchen einen in der Nut befindlichen Abschnitt in einer der Nuten des Statorkerns und ein sich außerhalb der Nut erstreckendes vorstehendes Ende aufweist. Die vorstehenden Enden der Leitersegmente werden zusammengeschweißt um eine Statorwicklung zu bilden. Die Leitersegmente werden in erste Leitersegmente und zweite Leitersegmente unterteilt. Die vorstehenden Enden der ersten und zweiten Leitersegmente enthalten nach auswärts orientierte Biegungen und nach einwärts orientierte Biegungen zur Erhöhung eines Zwischenraumes zwischen jedem Paar benachbarter zwei der vorstehenden Enden, die zu verschweißen sind, wodurch ein erforderliches Maß an elektrischer Isolation zwischen den Paaren der vorstehenden Enden sichergestellt ist und ermöglicht wird, die Höhe eines Spulenkopfes der Statorwicklung zu vermindern.

Description

QUERBEZUG AUF EIN ZUGEHÖRIGES DOKUMENT
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-97937 , eingereicht am 21. April 2010, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung hier durch Bezugnahme eingeführt sei.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine, welche beispielsweise in Automobilfahrzeugen angeordnet ist, sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
2. Technischer Hintergrund
Die japanische Patent-Erstveröffentlichung Nr. 2004-32882 (entsprechend der US-Patentschrift 6,833,648 B2 , welche auf denselben Zessionar wie die vorliegende Anmeldung übertragen ist) offenbart eine Statorwicklung, welche sich durch Nuten erstreckt, die in einem Statorkern ausgebildet sind. Die Statorwicklung ist aus einer Anzahl von U-förmigen Leitersegmenten gebildet. Jedes der Leitersegmente hat zwei Schenkel, welche in zwei der Nuten des Statorkerns eingeführt sind. Die Enden der Schenkel jedes der U-förmigen Leitersegmente erstrecken sich aus den Nuten heraus. Die Enden der Schenkel eines der U-förmigen Leitersegmente werden mit denjenigen anderer der U-förmigen Leitersegmente verschweißt, um die Statorwicklung zu bilden.
Die Enden der Schenkel der U-förmigen Leitersegmente erstrecken sich, wie oben beschrieben, aus den Nuten heraus, um einen ersten Spulenkopf zu bilden, der auf einem der einander gegenüberliegenden Stirnflächen oder Endoberflächen des Statorkerns liegt und sich in Umfangsrichtung des Statorkerns erstreckt. Jedes der U-förmigen Leitersegmente besitzt einen Kopf (auch als Umbiegungsabschnitt bezeichnet), welcher die Verbindung zwischen den Schenkeln herstellt. Die Köpfe der U-förmigen Leitersegmente sind außerhalb der anderen der Endoberflächen des Statorkerns aufgereiht, um einen zweiten Spulenkopf zu bilden, der sich in der Umfangsrichtung des Statorkerns erstreckt. Teile der Schenkel jedes der U-förmigen Leitersegmente sind in den Nuten des Statorkerns gelegen und werden auch als in der Nut befindliche Abschnitte im Folgenden bezeichnet.
Die obige Art der Statorwicklung, bei welcher die Enden der Leitersegmente außerhalb der Endoberfläche des Statorkerns verschweißt werden, macht es nötigt, die Enden voneinander zu trennen, um ein erforderliches Maß an elektrischer Isolation dazwischen sicherzustellen. Zu diesem Zwecke können die Enden der Schenkel der Leiterabschnitte, die sich aus der Endoberfläche des Statorkerns raus erstrecken, beispielsweise, wie in 5 gezeigt, nach außen gebogen sein. Im Einzelnen haben die Enden einiger der Leitersegmente 31A, Biegungen 32A, die in Radialrichtung des Statorkerns 20A nach außen orientiert sind.
Von den zehn Enden (d. h., fünf Paare die zu verschweißen sind) der Schenkel der Leitersegmente 31A erstrecken sich zwei, welche am meisten radial einwärts mit Bezug auf den Statorkern 20A gelegen sind, gerade nach aufwärts ohne jede Biegung. Die acht verbleibenden Enden haben Auswärtsbiegungen 32A. Je mehr die Enden der Leitersegmente 31A mit Bezug auf den Statorkern 20A nach außen gelegen sind, je größer ist die Größe der Biegungen 32A. Es ist aus diesem Grunde notwendig, die Auswärtsbewegung 32A eines der Leitersegmente 31A, welches am meisten auswärts mit Bezug auf den Statorkern 20A in dessen Radialrichtung gelegen ist, weit entfernt von der Endoberfläche 22A des Statorkerns 20A zu erstrecken. Dies resultiert in einer Zunahme der axialen Höhe h2 der Auswärtsbiegung 32A von der Endoberfläche 22A des Statorkerns 20A aus, was wiederum zu einer Erhöhung der gesamten axialen Abmessung H2 des ersten Spulenkopfes 35A führt, der aus den Enden der Leitersegmente 31A aufgebaut ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher ein Ziel, eine verbesserte Struktur eines Statorkerns oder eine Stators einer rotierenden elektrischen Maschine zu schaffen, welche so ausgebildet ist, dass ein erforderliches Maß an elektrischer Isolation zwischen Enden der Leitersegmente sichergestellt ist, welche miteinander zu verschweißen sind und gestattet, die Höhe eines Spulenkopfes zu vermindern.
Gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform wird ein Stator für eine rotierende elektrische Maschine geschaffen, welcher folgendes umfasst: (a) einen ringförmigen Statorkern, welcher eine Anzahl von Nuten aufweist, die in seiner Umfangsrichtung aufgereiht sind; (b) eine Statorwicklung, welche aus einer Anzahl von Leitersegmenten gebildet ist, wobei jeder der Leitersegmente einen Schenkel aufweist, welcher einen in der Nut befindlichen Abschnitt innerhalb einer der Nuten des Statorkerns enthält, sowie ein Ende, welches aus der genannten einen der Nuten vorsteht, wobei die vorstehenden Enden der Leitersegmente miteinander verschweißt werden, um die Statorwicklung zu bilden; (c) erste Leitersegmente, welche mindestens zwei der genannten Leitersegmente sind, wobei die ersten Leitersegmente mit den in der Nut befindlichen Abschnitten in einer der Nuten radial außen mit Bezug auf den Statorkern gelegen sind und jede der vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente eine auswärts orientierte Biegung enthalten, welche durch einen Teil des vorstehenden Endes definiert ist, der weiter nach außen mit Bezug auf den Statorkern als der in der Nut befindliche Abschnitt reicht; und (d) zweite Leitersegmente welche mindestens zwei der genannten Leitersegmente sind. Die zweiten Leitersegmente besitzen in der Nut befindliche Abschnitte, die in einer der Nuten radial einwärts mit Bezug auf den Statorkern gelegen sind. Jedes der vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente enthält eine nach einwärts orientierte Biegung, welche durch einen Teil des vorstehenden Endes definiert ist, der sich weiter einwärts mit Bezug auf den Statorkern als der in der Nut befindliche Abschnitt erstreckt.
Im Einzelnen weichen die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser Leitersegmente nach außen mit Bezug auf den Statorkern ab, während die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente von ihren in der Nut befindlichen Abschnitten nach innen mit Bezug auf den Statorkern abweichen. Mit anderen Worten, die vorstehenden Enden der Leitersegmente sind von denjenigen der zweiten Leitersegmente in entgegengesetzten Radialrichtungen des Statorkerns weg angeordnet, wodurch ein Zwischenraum zwischen jeweils benachbarten zwei der vorstehenden Enden, die zu verschweißen sind, vergrößert wird und auch ermöglicht wird, dass die Höhe eines Spulenkopfes des Stators vermindert wird.
In der bevorzugten Form enthält der Stator weiter dritte Leitersegmente, welche mindestens zwei der genannten Leitersegmente sind. Die dritten Leitersegmente haben in der Nut befindliche Abschnitte, die in einer der Nuten zwischen denjenigen der ersten Leitersegmente und denjenigen der zweiten Leitersegmente angeordnet sind. Die vorstehenden Enden der dritten Leitersegmente erstrecken sich geradeaus ohne irgendwelche Biegungen. Dies ermöglicht es die Biegung der ersten und zweiten Leitersegmente im voraus zu bilden und ermöglicht auch, die ersten und zweiten Leitersegmente in eine der Nuten einzuführen, wonach die dritten Leitersegmente zwischen die ersten und zweiten Leitersegmente eingesetzt werden, wodurch die Anordnung der Leitersegmente in den Nuten erleichtert wird.
Die sechs oder mehr vorstehenden Enden der ersten, zweiten und dritten Leitersegmente ragen nach außen von den Nuten des Statorkerns vor. Dies ermöglicht, dass die in die jeweiligen Nuten eingeführten Leitersegmente paarweise angeordnet werden, wie sie miteinander zu verschweißen sind.
Die aufwärtsorientierten Biegungen und die einwärtsorientierten Biegungen der ersten und zweiten Segmente, welche in jeweils einer der Nuten angeordnet sind, sind mit Bezug auf die Radialrichtung des Statorkerns symmetrisch angeordnet. Dies führt dazu, dass ein Gesamtbetrag, um den die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser Leitersegmente abweichen, identisch mit demjenigen Betrag ist, um welchen die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente von ihren in der Nut befindlichen Abschnitten abweichen, und ermöglicht ferner, das die Höhe der auswärtsorientierten Biegungen und der einwärtsorientierten Biegungen von einer Endfläche oder Stirnfläche des Stators in der Axialrichtung des Statorkerns vermindert wird.
Je mehr die ersten Leitersegmente radial auswärts in der jeweiligen Nut angeordnet sind, umso größer ist ein Betrag (welcher weiter unten auch als Biegungsbetrag bezeichnet wird), um welchen die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser Leitersegmente nach außen in der Radialrichtung des Statorkerns abweichen. Mit anderen Worten, der Biegungsbetrag eines innersten der ersten Leitersegmente ist am geringsten. Dies ermöglicht es, die Höhe der auswärts orientierten Biegungen zu vermindern.
Je mehr die zweiten Leitersegmente in der jeweiligen der Nuten radial nach einwärts im Statorkern angeordnet sind, um so größer ist ein Betrag, um welchen die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente von ihren in der Nut befindlichen Abschnitten nach einwärts in radialer Richtung des Statorkerns abweichen. Mit anderen Worten, der Biegungsbetrags eines innersten der zweiten Leitersegmente ist am geringsten. Dies ermöglicht es, die Höhe der einwärts orientierten Biegungen zu vermindern.
Gemäß einem anderen Aspekt der Ausführungsform bzw. der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren eines Stators für eine rotierende elektrische Maschine geschaffen. Der Stator enthält einen ringförmigen Statorkern, welcher eine Anzahl von Nuten aufweist, die in seiner Umfangsrichtung angeordnet ist, sowie eine Statorwicklung, welche aus einer Anzahl von Leitersegmenten gebildet ist. Jedes der Leitersegmente besitzt einen Schenkel, welcher einen in der Nut befindlichen Abschnitt innerhalb einer der Nuten des Statorkerns aufweist sowie ein vorstehendes Ende, das sich außerhalb einer der Nuten erstreckt. Die vorstehenden Enden einer der Leitersegmente werden zusammengeschweißt, um die Statorwicklung auszubilden. Das Verfahren umfasst: Vorbereiten erster Leitersegmente, zweiter Leitersegmente und dritter Leitersegmente, wobei jedes der ersten und zweiten Leitersegmente einen Schenkel mit einem Biegungsabschnitt aufweist, jedes der dritten Leitersegmente einen Schenkel aufweist, der sich geradeaus erstreckt; Einführen der Schenkel der ersten Leitersegmente in eine der Nuten des Statorkerns in Axialrichtung des Statorkerns und Bewegen der Schenkel der ersten Leitersegmente innerhalb der jeweiligen der Nuten nach auswärts mit Bezug auf den Statorkern, so dass die Enden der Schenkel außerhalb der einen der Nuten liegen und die vorstehenden Enden der Leitersegmente bilden, und Biegungsabschnitte radial nach außen mit Bezug auf den Statorkern abgeschrägt sind; Einsetzen der Schenkel der zweiten Leitersegmente in die jeweiligen der Nuten des Statorkerns in axialer Richtung des Statorkerns und Bewegen der Schenkel der zweiten Leitersegmente weg von den Schenkeln der ersten Leitersegmente um einen Zwischenraum innerhalb der jeweiligen der Nuten nach einwärts mit Bezug auf den Statorkern, so dass die Enden der Schenkel außerhalb der jeweiligen Nuten als die vorstehenden Enden der Leitersegmente liegen, und die Biegungen radial nach einwärts mit Bezug auf den Statorkern abweichen; Einsetzen der Schenkel der dritten Leitersegmente in den Zwischenraum zwischen den Schenkeln der ersten und zweiten Leitersegmente in der Axialrichtung des Statorkerns; und Verschweißen jeweils der benachbarten zwei der Enden der Schenkel, die von der jeweiligen der Nuten des Statorkerns hervorstehen.
In der bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich sechs oder mehr vorstehende Enden der ersten, zweiten und dritten Leitersegmente aus der jeweiligen der Nuten des Statorkerns.
Die Biegungsabschnitte der ersten und zweiten Leitersegmente, welche in der betreffenden der Nuten aufgereiht sind, sind in der Konfiguration in radialer Richtung des Statorkerns symmetrisch.
Je mehr die ersten Leitersegmente in der einen der Nuten radial auswärts mit Bezug auf den Statorkern gelegen sind, umso größer ist ein Betrag, um welchen die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser Leitersegmente nach außen in Radialrichtung des Statorkerns abweichen.
Je mehr die zweiten Leitersegmente in der jeweiligen der Nuten radial einwärts mit Bezug auf den Statorkern gelegen sind, um so größer ist ein Betrag, um welchen die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser beiden Segmente nach innen in der Radialrichtung des Statorkerns abweichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird voll umfänglicher aus der detaillierten Beschreibung, welche unten gegeben ist, und aus den begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verständlich, wobei diese nicht im Sinne einer Begrenzung der Erfindung auf spezifische Ausführungsformen zu verstehen sind, sondern den Zwecke der Erklärung und der Verbesserung des Verständnisses dienen.
In den Zeichnungen stellen dar:
1 eine perspektivische Ansicht, welche die Anordnungen der verschweißten Enden einer Anzahl von Leitersegmenten verdeutlicht, die in einem ringförmigen Kern eines Stators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angeordnet sind;
2 eine perspektivische Ansicht, welche die Anordnungen der Köpfe einer Anzahl von Leitersegmenten zeigt, die in einem ringförmigen Kern eines Stators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gelegen sind;
3 eine ausschnittsweise Seitenansicht der Enden der Leitersegmente, die aus einem Nut des ringförmigen Kerns des Stators gemäß 1 und 2 vorstehen;
4(a), 4(b) und 4(c) teilweise Schnittansichten des Stators nach den 1 und 2 zur Verdeutlichung der Folge von Schritten des Einführens der Leitersegmente in eine Nut des Kerns des Stators; und
5 eine ausschnittsweise Seitenansicht der Enden der Leitersegmente bei einem Stator nach dem Stande der Technik.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszahlen sich auf gleiche Teile in verschiedenen Ansichten beziehen, insbesondere Bezug nehmend auf die 1 und 2, ist zu sagen, dass ein Stator 10 einer rotierenden elektrischen Maschine gezeigt ist, beispielsweise eines Elektromotors, eines elektrischen Generators oder eines Motorgenerators.
Der Stator 10 enthält, wie in 1 und 2 gezeigt ist, einen Statorkern 20 und eine dreiphasige Wicklung 30. Der Statorkern 20 hat ringförmige Gestalt und besitzt eine Anzahl von Nuten 21, welche in dem Innenumfang des Stators ausgebildet sind. Die Nuten 21 sind in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Statorkern 20 angeordnet. Die dreiphasige Wicklung 30 ist aus einer Anzahl von U-förmigen Leitersegmenten 31 aufgebaut. Jedes der Leitersegmente 31 besitzt einen Kopf und zwei Schenkel, welche sich von dem Kopf aus erstrecken. Jedes der Leitersegmente 31 ist in jeweils zwei der Nuten 21 eingesetzt, wobei die Enden der Schenkel, wie in 1 gezeigt, nach außen von einer der einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Stators 20 vorstehen. Jeweils benachbarte zwei der Enden der Leitersegmente 31 werden miteinander verschweißt, um die dreiphasige Wicklung 30 zu bilden. 1 zeigt umfangsmäßige Anordnungen der Enden der Schenkel der Leitersegmente 31 vor ihrer Verschweißung. 2 zeigt die umfangsmäßige Anordnung der Köpfe der Leitersegmente 30 an der Endfläche oder Stirnfläche des Statorkerns 20.
Der Statorkern 20 ist, wie oben beschrieben, von ringförmiger Gestalt und weist die Nuten 21 auf, welche in der Umfangsrichtung des Statorkerns 20 angeordnet sind und sich an dem inneren Umfang des Statorkerns 20 öffnen. Die Tiefe jeder der Nuten 21 ist auf die Radialrichtung des Statorkerns 20 ausgerichtet. In dem Falle, in welchem die Anzahl der Pole eines Rotors der rotierenden elektrischen Maschine acht (8) ist, und die Anzahl der Phasen drei (3) beträgt, sind zwei Nuten 31 jeder Phasen und jeder der Pole zugeordnet, so dass die Gesamtzahl der Nuten 31 achtundvierzig (48) (= 8·3·2) beträgt.
Jedes der Leitersegmente 31 ist, wie oben besagt, aus einem in Wesentlichen V-förmigen Kopf (, welcher weiter unten auch als Biegungsabschnitt bezeichnet wird) und den beiden Schenken gebildet, welche sich von den Enden des Kopfes aus erstrecken. Jeder der Schenkel enthält einen in der Nut befindlichen Abschnitt, der in einer der Nuten 21 gelegen ist, sowie ein vorstehendes Ende, das sich aus der Nut 21 in der Axialrichtung des Statorkerns 20 erstreckt. Die vorstehenden Enden sind auf einer der Endflächen oder Stirnflächen des Statorkerns 20 in umfangsmäßiger Anordnung gelegen und werden als ein erster Spulenkopf 35 bezeichnet, der in seiner Gesamtheit von ringförmiger Gestalt ist. In entsprechender Weise sind die Kopfe der Leitersegmente 31 auf der anderen Stirnfläche des Statorkerns 20 in Umfangsrichtung aufgereiht und werden auch als ein zweiter Spulenkopf 36 bezeichnet, welche in seiner Gesamtheit von ringförmiger Gestalt ist.
Die Schenkel jedes der Leitersegmente 31 sind, wie obenstehend beschrieben, in zwei der Nuten 21 in der Axialrichtung des Statorkerns 20 eingeführt, wobei die vorstehenden Enden sich außerhalb der Nuten 21 über eine gewisse Länge erstrecken. Die vorstehenden Enden der Leitersegmente 31 sind in einer Umfangsrichtung um einen elektrischen Winkel von annähernd π/2 verdreht. Die vorstehenden Enden, die aus derselben Nut 21 vorstehen, sind paarweise vorgesehen und sind zu verschweißen. Jedes der Leitersegmente 31 ist mit einem isolierenden Film mit Ausnahme der Spitzen der vorstehenden Enden überdeckt, welche tatsächlich zu verschweißen sind. Nach der Verschweißung werden die Spitzen der vorstehenden Enden mit isolierendem Pulver beschichtet.
Die zehn vorstehenden Enden der Leitersegmente 31, die aus den Nuten 21 vorstehen, werden, wie in 3 gezeigt, in Radialrichtung des Statorkerns 20 aufgereiht. Jeweils radial benachbarte zwei der vorstehenden Enden werden paarweise angeordnet um verschweißt zu werden. Die radial äußeren zwei der fünf Paare der vorstehenden Enden haben Abschnitte, welche von den in der Nut befindlichen Abschnitten schräg nach außen von dem Statorkern 20 verlaufen. Diese Abschnitte werden auch als auswärts orientierte Biegungen 32 nachfolgend bezeichnet. Die Statorsegmente 31 mit den radial auswärts orientierten Biegungen 32 werden nachfolgend auch als erste Leitersegmente 31a bezeichnet. Je weiter auswärts mit Bezug auf den Statorkern 20 die ersten Leitersegmente 31 gelegen sind, je größer ist der Betrag (oder Abstand) um welchen die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente 31a von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser Leitersegmente nach außen in Radialrichtung des Statorkerns 20 abweichen. Ein solcher Betrag oder Abstand wird nachfolgend auch als ein Biegungsbetrag bezeichnet.
Radial innere zwei der fünf Paare der vorstehenden Enden der Leitersegmente 31 haben Abschnitte, welche von den in der Nut befindlichen Abschnitten schräg nach innen mit Bezug auf den Statorkern 20 verlaufen. Solche Abschnitte werden nachfolgend auch als einwärts orientierte Biegungen 33 bezeichnet. Die Leitersegmente 31 mit den radial einwärts orientierten Biegungen 33 werden nachfolgend auch als zweite Leitersegmente 31b bezeichnet. Je mehr die zweiten Leitersegmente 31b außerhalb des Statorkerns 20 gelegen sind, umso größer ist deren Biegungsbetrag, um welchen die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente 3lb von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser Leitersegmente in Radialrichtung mit Bezug auf den Statorkern 20 nach innen abweichen.
Die auswärts orientierten Biegungen 32 der ersten Leitersegmente 31a und die einwärts orientierten Biegungen 33 der zweiten Leitersegmente 31b sind in ihrer Konfiguration oder Ausbildung symmetrisch mit Bezug auf ein mittleren des fünf Paare der vorstehenden Enden der Leitersegmente 31 mit Bezug auf die Radialrichtung des Statorkerns 20. Der Biegungsbetrag einer radial äußersten der auswärts orientierten Biegungen 32 der ersten Leitersegmente 31a ist im Wesentlichen identisch mit demjenigen einer radial innersten der einwärts orientierten Biegungen 32 der zweiten Leitersegmente 31b.
Zusätzlich sind die Biegungsbeträge der auswärts orientierten Biegungen 32 sämtlicher der ersten Leitersegmente 31a symmetrisch gleich zu denjenigen der einwärts orientierten Biegungen 33 sämtliche der zweiten Leitersegmente 31b. Dies gestattet es, die Höhe h1 der auswärts orientierten Biegungen 32 und der einwärts orientierten Biegungen 33 über der Stirnfläche 22 des Statorkerns 20 am geringsten zu machen. Die Höhe h1 kann daher kleiner eingestellt werden als die Höhe h2 der Biegungen 32A der Leitersegmente 35A in einer Konstruktion nach dem Stande der Technik, bei welcher die Biegungen 32A sämtliche radial nach außen mit Bezug auf den Statorkern 20A orientiert sind, wie dies in 5 deutlich gemacht ist. Die Höhe H1 des ersten Spulenkopfes 35 kann also kleiner eingestellt werden als die Höhe H2 des ersten Spulenkopfes 35A nach der Konstruktion gemäß dem Stande der Technik.
Die zwei Leitersegmente 31 zwischen den ersten Leitersegmenten 31a und den zweiten Leitersegmenten 31b erstrecken sich gerade aufwärts von den Nuten 21 ohne jede Biegungen und werden nachfolgend auch als die dritten Leitersegmente 31c bezeichnet. Wie oben beschrieben sind in jeder der Nuten 21 des Statorkerns 20 insgesamt sechs oder mehr Leitersegmente 31 angeordnet (die vier ersten Leitersegmente 31a, die vier zweiten Leitersegmente 31b und die zwei dritten Leitersegmente 31c gemäß der vorliegenden Ausführungsform).
Das Herstellungsverfahren des so aufgebauten Stators 10 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4(a) bis 4(c) beschrieben.
Zuerst werden die ersten Leitersegmente 31a mit den auswärts orientierten Biegungen 32, die zweiten Leitersegmente 31b mit den einwärts orientierten Biegungen 33 und die dritten Leitersegmente 31c mit ihren Schenkeln (d. h., den vorstehenden Enden), welche sich geradeaus erstrecken, vorbereitet.
Sodann wird ein erster Einführungsschritt, wie in 4(a) dargestellt, durchgeführt, um die vier Schenkel der ersten Leitersegmente 31a in die Nuten 21 in der Axialrichtung des Statorkerns 20 einzuführen und dann eine Kombination der Schenkel der erste Leitersegmente 31a in der Nut 21 nach außen (d. h., in einer Richtung zu bewegen, in welcher die auswärts orientierten Biegungen 32 abgeschrägt sind. Die ersten Leitersegmente 31a haben daher ihre in der Nut befindlichen Abschnitte innerhalb der Nut 21 und die vorstehenden Enden, welche sich außerhalb der Nut 21 erstrecken.
Ein zweiter Einführungsschritt, ist, wie in 4(b) gezeigt, vorgesehen, um die vier Schenkel der zweiten Leitersegmente 31b in die Nut 21 in Axialrichtung des Statorkerns 20 einzuführen und dann einen Kombination der Schenkel der zweiten Leitersegmente 31b in der Nut 21 einwärts zu bewegen, d. h., in einer Richtung, in welcher die einwärts orientierten Biegungen 33 abgeschrägt sind. Die zweiten Leitersegmente 31b sind also mit ihren in der Nut befindlichen Abschnitten innerhalb der Nut 21 gelegen und mit ihren vorstehenden Enden erstrecken sie sich außerhalb der Nut 31. Die in der Nut befindlichen Abschnitte der zweiten Leitersegmente 31b liegen innerhalb der Nut 21 entfernt von denjenigen der ersten Leitersegmente 31a über einen Luftzwischenraum.
Ein dritter Einführungsschritt wird, wie in 4(c) gezeigt, durchgeführt, um die zweiten Schenkel der dritten Leitersegmente 31c in den Zwischenraum zwischen den ersten und zweiten Leitersegmenten 31a bzw. 31b einzuführen. Im Einzelnen haben die dritten Leitersegmente 31c ihre in der Nut befindlichen Abschnitte innerhalb der Nut 21 und die vorstehenden Enden so angeordnet, dass sie aus den Nuten 21 hervorstehen. Aus diesem Grunde sind die fünf Paare von Leitersegmenten 31 innerhalb der Nut 21 in Radialrichtung des Statorkerns 20 in einer Linie aufgereiht.
Die obigen Schritte werden für sämtliche Nuten 21 ausgeführt.
Die vorstehenden Enden der ersten bis dritten Leitersegmente 31a, 31b und 31c werden in Umfangsrichtung um einen elektrischen Winkel von annährend π/2 verdreht. Jeweils benachbarte zwei der vorstehenden Enden, die sich aus derselben Nut 21 raus erstrecken, werden verschweißt, um die Dreiphasenwicklung 30 zu bilden, die sich durch die Nuten 21 des Statorkerns 30 erstreckt, wodurch der Stator vervollständigt ist.
Wie oben beschrieben werden mindestens drei Paare von Schenkeln der Leitersegmente 31 in jede der Nut 21 des Statorkerns 20 eingeführt. Eines der drei Paare von Schenkeln der Leitersegmente 31 (d. h., der ersten Leitersegmente 31a) hat Abschnitte (d. h., die nach außen orientierten Biegungen 32), welche sich vom Statorkern 20 schrägt nach außen erstrecken. Eines der drei Paare von Schenkeln der Leitersegmente 31 (d. h., der zweiten Leitersegmente 31b) hat Abschnitte (d. h. die nach einwärts orientierten Biegungen 31, die sich schrägt nach innen mit Bezug auf den Statorkern 20 erstrecken). Das verbleibende Paar von Schenkeln der Leitersegmente (d. h. der dritten Leitersegmente 31c) hat vorstehende Enden, die sich geradeaus ohne irgendeine Biegung erstrecken. In andern Worten, mindestens die äußeren zwei und mindestens die inneren zwei der vorstehenden Enden sind in entgegengesetzten Richtungen gebogen. Diese geometrische Anordnung resultiert in einer Vergrößerung eines Abstandes zwischen jeweils benachbarten zwei der Spitzen der vorstehenden Enden der Leitersegmente 31, die zu verschweißen sind, wodurch ein erwünschtes Maß an elektrischer Isolation dazwischen sichergestellt ist und auch ermöglicht wird, dass die axiale Höhe h1 der auswärts orientierten Biegungen 32 und der einwärts orientierten Biegungen 33 von der Stirnfläche 22 des Statorkerns 20 verringert werden kann, um die Gesamthöhe H1 der vorstehenden Enden (d. h. des ersten Spulenkopfes 35) zu vermindern.
Die Leitersegmente 31 werden in die ersten Leitersegmente 31a, die zweiten Leitersegmente 31b und die dritten Leitersegmente 31c unterteilt, welche in jeder der Nuten 21 zwischen den ersten Leitersegmenten und den zweiten Leitersegmenten 31a und 31b gelegen sind. Die Anordnung der Leitersegmente 31 in jeder der Nuten 21 kann leicht erreicht werden, indem die Schenkel der ersten und zweiten Leitersegmente 31a und 31b, an denen die auswärts orientierten Biegungen 32 und die einwärts orientierten Biegungen 33 vorgesehen sind, in die Nut 21 eingeführt werden und dann die Schenkel der dritten Leitersegmente 31c zwischen den Schenkeln der ersten Leitersegmente und den Schenkeln der zweiten Leitersegmente 31a und 31b eingeführt werden.
Die mindestens sechs Leitersegmente 31 werden in jede der Nuten 21 des Statorkerns 20 eingeführt und sind paarweise zu verschweißen. Dies ermöglicht es, das mindestens ein Paar der ersten Leitersegmente 31a, das mindestens eine Paar der zweiten Leitersegmente 31b und das mindestens eine Paar der dritten Leitersegmente 31c in jeder der Nuten 21 angeordnet werden kann.
Die auswärts orientierten Biegungen 32 der ersten Leitersegmente 31a und die einwärts orientierten Biegungen 33 der zweiten Leitersegmente 31b sind in ihrer Geometrie und Ausführung symmetrisch mit Bezug auf die vorstehenden Enden der dritten Leitersegmente 31c mit Bezug auf eine Blickrichtung auf eine Querschnitt des Stators 10 gelegen, soweit dies die Radialrichtung des Statorkerns 20 betrifft. Dies ermöglicht es, den Gesamtbetrag, um welchen die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente 31a von ihren in der Nut befindlichen Abschnitten abweichen, identisch mit dem Gesamtbetrag zu machen, um welchen die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente 31b von ihren in der Nut befindlichen Abschnitten abweichen, und es ermöglicht auch die Höhe h1 der auswärts orientierten Biegungen 32 und der einwärts orientierten Biegungen 33 von der Stirnfläche 22 des Statorkerns 20 aus mit Bezug auf die Axialrichtung des Statorkerns 20 zu vermindern.
Je mehr die erste Leitersegmente 31a außerhalb des Statorkerns 20 angeordnet sind, gilt weiterhin, dass umso größer der Biegungsbetrag ist, um welchen die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente 31a von den in der Nut befindlichen Abschnitten in Radialrichtung des Statorkerns 20 von den in der Nut befindlichen Abschnitten abweichen. Mit anderen Worten, der Biegungsbetrag eines innersten der ersten Leitersegmente 31a ist am geringsten. Dies gestattet es, dass die Höhe h1 der nach außen gerichteten Biegungen 32 vermindert wird, wodurch erreicht wird, dass die Höhe H1 des ersten Spulenkopfes 53 im Vergleich zu der Konstruktion nach dem Stande der Technik vermindert wird.
In entsprechender Weise gilt dass, je mehr die zweiten Leitersegmente 31b radial einwärts mit Bezug auf den Statorkern 20 gelegen sind, der Biegungsbetrag, um welchen die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente 31b von den in der Nut befindlichen Abschnitten radial nach einwärts mit Bezug auf die Radialrichtung des Statorkerns 20 abweicht, umso größer ist. Mit anderen Worten, der Biegungsbetrag eines äußersten der zweiten Leitersegmente 31b ist der geringste. Dies ermöglicht es, dass die Höhe h1 der einwärts orientierten Biegungen 33 vermindert wird, wodurch erreicht wird, dass die Höhe H1 des ersten Spulenkopfes 35 im Vergleich zur Konstruktion nach dem Stande der Technik vermindert wird.
Die oben beschriebene Anordnung der vorstehenden Enden der Leitersegmente 3 sichert einen erforderlichen Grad der elektrischen Isolationen zwischen jeweils benachbarten zwei der spitzen hervorstehenden Enden, welche zu verschweißen sind, und gestattet es, dass die Höhe H1 des ersten Spulenkopfes 35 minimiert wird.
Während die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsform offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, sei angemerkt, dass die Erfindung in vielerlei Weise verwirklicht werden kann, ohne dass von den Grundsätzen der Erfindung abgewichen wird. Aus diesem Grunde ist die Erfindung in solcher Weise zu verstehen, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen bezüglich der gezeigten Ausführungsformen umfasst, welche verwirklicht werden können, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung, wie er in den anliegenden Ansprüchen festgehalten ist, abweicht.
Die zehn vorstehenden Enden der Leitersegmente 31 erstrecken sich außerhalb der Nuten 31 des Statorkerns 20 bei der obigen Ausführungsform, doch die geradzahlige Anzahl (sechs oder mehr) von vorstehenden Enden sind vorzugsweise in jeder der Nuten 21 aufgereiht, da zwei der ersten Leitersegmente 31, zwei der zweiten Leitersegmente 31b und zwei der dritten Leitersegmente 31c jeweils verschweißt werden. Zusätzlich muss die Anzahl der radial äußeren Leitersegmente nicht notwendigerweise identisch mit der Anzahl der Leitersegmente sein. Mit anderen Worten, die Anzahl der ersten Leitersegmente 31a kann von der Anzahl der zweiten Leitersegmente 31b verschieden sein.
Die Leitersegmente 31 sind als Wellenwicklung durch die Nuten 21 des Statorkerns 20 geführt, um die Statorwicklung 30 zu bilden, doch können alternativ auch die Leitersegmente als Schleifenwicklung durch die Nuten 21 des Statorkerns geführt sein. Die Schleifenwicklung kann erreicht werden indem die Kombinationen der vorstehenden Enden der Leitersegmente 31, welche zu verschweißen sind, geändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-97937 [0001]
JP 2004-32882 [0003]
US 6833648 B2 [0003]

Claims

Stator für eine rotierende elektrische Maschine, welcher folgendes umfasst: einen ringförmigen Statorkern, welcher eine Anzahl von Nuten aufweist, die in Umfangsrichtung des Stators aufgereiht sind; eine Statorwicklung, welche aus einer Anzahl von Leitersegmenten aufgebaut ist, wobei jedes der Leitersegmente einen Schenkel hat, welcher einen in der Nut befindlichen Abschnitt innerhalb einer der Nuten des Stators und ein vorstehendes Ende aufweist, das sich außerhalb eines der Nuten erstreckt, wobei die vorstehenden Enden der Leitersegmente zusammengeschweißt sind, um die Statorwicklung zu bilden; erste Leitersegmente, welche zumindest zwei der Leitersegmente sind, wobei die ersten Leitersegmente in der Nut befindliche Abschnitte aufweisen, die in einer der Nuten radial außerhalb mit Bezug auf den Statorkern gelegen sind, wobei jedes der vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente eine nach auswärts orientierte Biegung aufweisen, die durch einen Abschnitt der vorstehenden Enden definiert ist, welche sich mehr nach auswärts mit Bezug auf den Statorkern erstreckt als der in der Nut befindliche Abschnitt; und zweite Leitersegmente, welche mindestens zwei der genannten Leitersegmente sind, wobei die zweiten Leitersegmente in der Nut befindliche Abschnitte aufweisen, die in einer der Nuten radial innerhalb mit Bezug auf den Statorkern angeordnet sind, wobei jedes der vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente eine nach einwärts orientierte Biegung enthält, welche durch einen Abschnitt des vorstehenden Endes definiert ist und sich mehr einwärts mit Bezug auf den Statorkern erstreckt als der in de Nut befindliche Abschnitt.
Stator nach Anspruch 1, welcher weiter dritte Leitersegmente aufweist, welche mindestens zwei der genannten Leitersegmente sind, wobei die dritten Leitersegmente in der Nut befindliche Abschnitte aufweisen, die in einer der Nuten zwischen den in der Nut befindlichen Abschnitten der ersten Leitersegmente und den in der Nut befindlichen Abschnitten der zweiten Leitersegmente angeordnet sind, wobei die vorstehenden Enden der dritten Leitersegmente sich ohne Biegungen geradeaus erstrecken.
Stator nach Anspruch 2, wobei sechs oder mehr vorstehenden Enden der ersten, zweiten und dritten Leitersegmente sich außerhalb einer der Nuten des Statorkerns erstrecken.
Stator nach Anspruch 1, bei welchem die auswärts orientierten Biegungen und die einwärts orientierten Biegungen der ersten und zweiten Leitersegmente in der einen der Nuten in ihrer Reihenanordnung symmetrisch in der Konfiguration in einer Radialrichtung des Statorkerns sind.
Stator nach Anspruch 1, bei welchem ein Betrag, um welchen die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente von ihren in der Nut befindlichen Abschnitten nach außen in Radialrichtung des Stators abweichen, umso größer ist je weiter radial außen die ersten Leitersegmente in der einen der Nuten gelegen sind.
Stator nach Anspruch 1, bei welchem der Betrag, um welchen die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente von ihrem in der Nut befindlichen Abschnitten in Radialrichtung des STatorkerns nach innen abweichen umso größer ist, je weiter die zweiten Statorsegmente in der einen der Nuten radial innen mit Bezug auf den Statorkern gelegen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine rotierende elektrische Maschine, wobei der Stator einen ringförmigen Statorkern, der eine Anzahl von Nuten aufweist, die in einer Umfangsrichtung des Statorkerns aneinandergereiht sind, sowie eine Statorwicklung besitzt, die aus einer Anzahl von Leitersegmenten gebildet ist, wobei jedes der Leitersegmente einen Schenkel aufweist, der einen in der Nut befindlichen Abschnitt innerhalb einer der Nuten des Statorkerns und ein vorstehendes Ende enthält, das sich außerhalb einer der Nuten erstreckt, wobei die vorstehenden Enden der Leitersegmente zusammengeschweißt werden, um die Statorwicklung zu bilden und wobei das Verfahren folgendes umfasst: Vorbereiten erster Leitersegmente, zweiter Leitersegmente und dritter Leitersegmente, wobei jedes der ersten und zweiten Leitersegmente einen Schenkel mit einem Biegungsbereich aufweist, während jedes der dritten Leitersegmente einen sich geradeaus erstreckenden Schenkel besitzt; Einsetzen der Schenkel der ersten Leitersegmente in eine der Nuten des Statorkerns in einer Axialrichtung des Statorkerns und Bewegen der Schenkel der ersten Leitersegmente innerhalb einer der Nuten nach außen mit Bezug auf den Statorkern, so dass die Enden der Schenkel außerhalb einer der Nuten als vorstehende Enden der Leitersegmente zu liegen kommen und die Biegungsabschnitte schräg radial nach außen mit Bezug auf den Statorkern angeordnet sind; Einsetzen der Schenkel der zweiten Leitersegmente in eine der Nuten des Statorkerns in der Axialrichtung des Statorkerns und Bewegen der Schenkel der zweiten Leitersegmente weg von den Schenkeln der ersten Leitersegmente um einen Spalt innerhalb einer der Nuten nach innen mit Bezug auf den Statorkern, so dass Enden der Schenkel außerhalb der einen der Nuten als vorstehende Enden der Leitersegmente zu liegen kommen und die Biegungsabschnitte sich schräg radial nach einwärts mit Bezug auf den Statorkern erstrecken; Einsetzen der Schenkel der dritten Leitersegmente in den Zwischenraum zwischen den Schenkeln der ersten und der zweiten Leitersegmente in Axialrichtung mit Bezug auf den Statorkern; und Verschweißen von jeweils zwei benachbarten der Enden der Schenkel, die sich aus der einen der Nuten des Statorkerns heraus erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die sechs oder mehr vorstehenden Enden der ersten, zweiten und dritten Leitersegmente sich außerhalb einer der Nuten des Statorkerns erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die gebogenen Abschnitte der ersten und zweiten Leitersegmente in der einen der Nuten in symmetrischer Konfiguration in Radialrichtung des Statorkerns aufgereiht sind.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem ein Betrag, um welchen die vorstehenden Enden der ersten Leitersegmente von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser Leitersegmente nach außen in radialer Richtung des Statorkerns abweichen, umso größer ist, je weiter die ersten Leitersegmente in der einen der Nuten radial außen mit Bezug auf den Statorkern gelegen sind.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Betrag, um welchen die vorstehenden Enden der zweiten Leitersegmente von den in der Nut befindlichen Abschnitten dieser Leitersegmente nach innen in Radialrichtung des Statorkerns abweichen, umso größer ist, je weiter die zweiten Leitersegmente in der einen der Nuten radial innen mit Bezug auf den Statorkern gelegen sind.