DE102011017586A1

DE102011017586A1 - Motorstator und Herstellungsverfahren fUr Motorstator

Info

Publication number: DE102011017586A1
Application number: DE102011017586A
Authority: DE
Inventors: Kazuhito Hiraga; Kenichi Omagari; Takumi Shibata; Masahito Kakema; Yoshihisa Matsuoka; Mituhiro Okamura; Eiji Ninomiya; Takeshi Yanagisawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-04-05
Also published as: CN102237729A; US20110260572A1; CN102237729B

Abstract

Ein Motorstator (10) ist mit einem Statorkern (11) mit mehreren Schlitzen (16), Isolierelementen (12), die in den mehreren Schlitzen angeordnet sind, und Spulen mehrerer Phasen (13), die jeweils durch verteiltes Wickeln von Drähten (20) in vorgeschriebenen Schlitzen der mehreren Schlitze ausgebildet werden, die in Intervallen einer vorgegebenen Anzahl von Schlitzen über die Isolierelemente beabstandet angeordnet sind, versehen. Die Drähte werden in einem Zustand innerhalb der Isolierelemente angeordnet, in dem Zugspannungen auf die Drähte angewendet werden. Der Statorkern, die Isolierelemente und die Spulen werden durch die Zugspannungen der Drähte physikalisch aneinander befestigt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator eines Motors, der hauptsächlich als eine Leistungsquelle für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug verwendet wird und in dem Drähte verteilt gewickelt sind, und ein Herstellungsverfahren dafür.
Herkömmlicherweise werden Statoren verteilt gewickelter Motoren unter Verwendung eines Reihenwicklungsverfahrens, in dem Spulen durch Reihenwickeln von Drähten relativ zu einem Statorkern ausgebildet werden, oder eines Einsatzverfahrens, in dem Spulen, die im Voraus durch Wickeln von Drähten ausgebildet werden, in Schlitze in einem Statorkern eingesetzt werden, hergestellt.
Als das Reihenwicklungsverfahren sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wickeln von Drähten eines Statorkerns offenbart. In dem Verfahren und der Vorrichtung werden ein ehemals abnehmbarer Installations- und Austauschabschnitt, ein Wicklungsarmantriebsabschnitt, ein Prüfabschnitt und ein Zwischenphasenisolator-Installationsabschnitt nacheinander um den Umfang eines von einer Halterung gehaltenen Statorkerns herum angeordnet, und eine Drahtdüse wird in einer Axialrichtung und um eine Achse des Statorkerns herum bewegt, während der Statorkern für die Ausführung der Drahtwicklungsarbeit durch die einzige Anlage um einen vorgegebenen Winkel gedreht wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Wie in 35 gezeigt, werden durch das Verfahren und die Vorrichtung zum Wickeln von Drähten eines Statorkerns U-, V- und W-Phasenspulen 1112, 1113, 1114 in entsprechenden Schlitzen 1111 in einem Statorkern 1110 gewickelt.
Außerdem sind, wie in 36 gezeigt, auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wickeln von Drähten eines Statorkerns bekannt. In dem Verfahren und der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung eine Düse 1121, die in dreidimensionalen Richtungen relativ zu dem Statorkern 1110 beweglich ist, um Drähte 1115 und Führungen 1122, 1123 zuzuführen, die in einer Radialrichtung zu dem Statorkern 1110 relativ beweglich sind. Dann werden die in einen Schlitz eingesetzten Drähte 1115 herum gewickelt, indem diese Führungen 1122, 1123 relativ bewegt werden, um die Wickelraumfaktoren der Spulen 1112, 1113, 1114 zu vergrößern (siehe zum Beispiel Patentdokument 2).
Als das Einsetzverfahren wird ein Außenkern-Herstellungssystem 1130 vorgeschlagen, das, wie in 37 gezeigt, umfasst: Blätter 1125, die in einen Statorkern 1110 eingesetzt werden, eine Spuleneinsetzspannvorrichtung 1126 zum Schieben einer Spule 1112, die auf den Blättern 1125 eingehakt ist, in den Statorkern 1110, Keilführungen 1128 zum Führen von Keilen 1127, eine Keileinführungsspannvorrichtung 1129 zum Schieben der Keile 1127 in einen Schlitz und eine Kraftmessdose 1131 zum Messen einer Keileinführungskraft zum Erfassen einer Unregelmäßigkeit beim Einführen der Keile 1127 in einem Statorherstellungsverfahren (siehe zum Beispiel Patentdokument 3).
Da in dem Fall eines Motorstators, der durch das Verfahren und die Vorrichtung zum Wickeln von Drähten eines Statorkerns, die in dem Patentdokument 1 beschrieben sind, hergestellt wird, jedoch Schlitze für andere Phasen (zum Beispiel V-Phasenschlitze und W-Phasenschlitze) zwischen Schlitzen für die gleiche Phase (zum Beispiel U-Phasenschlitze) austreten, wenn versucht wird, Drähte von einem U-Phasenschlitz zu dem folgenden U-Phasenschlitz einzusetzen, überspannen Spulenendabschnitte der Drähte die Schlitze für die anderen Phasen. Wenn versucht wird, die Drähte geradlinig in den U-Phasenschlitz einzusetzen, bedecken die Spulenendabschnitte die Schlitze für die anderen Phasen (V-Phasen-Schlitze, W-Phasenschlitze). Wenn dies passiert, ist es nicht möglich, viele Drähte in die Schlitze für die anderen Phasen einzusetzen, was die Wickelraumfaktoren der sich ergebenen V- und W-Phasen-Spulen verkleinert. Um die V-Phasen-Spule 1113 in einen Schlitz 1111 einzusetzen, ohne ihren Wickelraumfaktor zu verkleinern, muss aufgrund dessen, wie in 35 gezeigt, ein Spulenendabschnitt 1112a einer U-Phasen-Spule 1112, die bereits eingesetzt wurde, im Wesentlichen im Voraus in Richtung einer Außenumfangsseite des Statorkerns 110 verschoben werden, um einen Raum für das Einsetzen der V-Phasenspule 1113 sicherzustellen. Um ferner eine W-Phasenspule 1114 in einen Schlitz 1111 einzusetzen, muss ein Spulenendabschnitt 1113a der V-Phasenspule 1113, der bereits eingesetzt wurde, im Wesentlichen in Richtung der Außenumfangsseite des Statorkerns 1110 verschoben werden, um einen Raum für das Einsetzen der W-Phasenspule 1114 sicherzustellen.
Als ein Ergebnis dessen werden die Spulenendabschnitte 1112a, 1113a, 1114a, die nicht direkt zu der Erhöhung der Motorleistung beitragen, groß, was die Größe des Motors vergrößert. Da außerdem das Spulenvolumen groß wird, wird das Gewicht des Motors ebenfalls erhöht, was wiederum den Spulenwiderstand erhöht. Als ein Ergebnis dessen wird der Kupferverlust groß, was zu einem Problem führt, dass der Motorwirkungsgrad verringert wird. Um außerdem die Spulen 1112, 1113, 1114 der drei Phasen zu befestigen, müssen, nachdem die Drähte 1115 herumgewickelt sind, eine Bindebehandlung und eine Lackierbehandlung auf die Drähte 1115 angewendet werden.
Da außerdem gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung zum Wickeln von Drähten eines Statorkerns, die in dem Patentdokument 2 beschrieben sind, die Drähte 1115 herumgewickelt werden, während die Drähte 1115 in dem Schlitz 1111 durch die Führungen 1122, 1123 radial nach außen verschoben werden, um dort vorübergehend positioniert zu werden, können die Wickelraumfaktoren der Spulen 1112, 1113, 1114 in gewissem Maß vergrößert werden. Jedoch sind die Spulen 1112, 1113, 1114 nicht an dem Statorkern 1110 befestigt, und daher müssen, nachdem die Drähte 1115 herumgewickelt sind, auf die Drähte 1115 eine Bindebehandlung und eine Lackierbehandlung angewendet werden, die viele Arbeitsstunden in der Herstellung eines Stators erfordern, was zu einem Problem führt, dass die Herstellungskosten erhöht werden.
Außerdem werden gemäß dem Außenkern-Herstellungssystem 1130 des Patentdokuments 3 Drähte 1115 im Voraus zu einer Spule 1112 ausgebildet, und diese Spule 1112 wird durch die Spuleneinsetzspannvorrichtung 1126 in einen Schlitz in dem Statorkern 1110 geschoben, während die Spule 1112 relativ zu dem Statorkern 1110 schräg geneigt wird. Aufgrund dessen werden die Drähte 1115 länger als die Länge, die tatsächlich als ein Produkt erforderlich ist. Als ein Ergebnis davon wird das Spulenvolumen verschwenderisch vergrößert, und nicht nur das Motorgewicht und der Spulenwiderstand werden erhöht, sondern auch der Kupferverlust wird erhöht, was zu einem Problem führt, dass der Motorwirkungsgrad verringert wird. Außerdem ist auch die Vergrößerung der Größe des Motors problematisch und es gibt Raum für Verbesserungen. Ferner bleibt es auch mit dem System des Patentdokuments 3 immer noch problematisch, eine Bindebehandlung und eine Lackierungsbehandlung auf die Spule 112 anzuwenden, die bereits in den Schlitz geschoben wurde.
Außerdem wird mit einem einzigen Draht mit hoher Steifigkeit ein Stator hergestellt, indem im Voraus mehrere geteilte Drähte in vorgegebenen Formen ausgebildet werden und diese miteinander verbunden werden. Um die Isolierung zwischen einem Statorkern und Drähten und zwischen Spulen verschiedener Phasen sicherzustellen, ist es außerdem in Statoren von Motoren gängige Praxis, einen Isolationsabstand sicherzustellen, indem ein Isolierelement, wie etwa ein Papierisolator, zwischen dem Statorkern und den Drähten und zwischen Drähten verschiedener Phasen eingesetzt wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 4).
38(a) und 38(b) zeigen eine Schnittansicht eines Hauptteils des in dem Patentdokument 4 beschriebenen Stators und eine Perspektivansicht, die ein Herstellungsverfahren dafür zeigt. Dieser Stator 1 wird hergestellt, indem Endabschnitte eines schichtförmigen elektrischen Isolierelements 2 übereinander überlagert werden, um zu einer zylindrischen Form ausgebildet zu werden, die sich ergebenden elektrischen Isolierelemente 2 in Schlitzen 4 angeordnet werden, die in einem Statorkern 3 ausgebildet sind, Segmente 5, die im Voraus zu einer U-Form ausgebildet wurden, einzeln in die zylindrischen elektrischen Isolierelemente 2 eingesetzt werden und ferner distale Endabschnitte jedes Segments 5 in dem Umfang nach entgegengesetzte Richtungen zueinander gebogen werden, um mit distalen Endabschnitten anderer Segmente 5 verbunden zu werden.
Da jedoch in dem in dem Patentdokument 4 beschriebenen Stator 1 die elektrischen Isolierelemente 2, der Statorkern 3 und die Drähte (Segmente) 5 nur mit Hilfe ihrer Reibungskräfte an ihrem Platz befestigt sind, sind die Befestigungskräfte nicht notwendigerweise ausreichend. Aufgrund dessen brauchen die Verdrahtungen eine Bindebehandlung oder eine Lackierungsbehandlung, was zu einem Problem führt, dass viele Arbeiten an der Herstellung des Stators beteiligt sind, was die Herstellungskosten erhöht. Da außerdem das elektrische Isolierelement 2 das schichtartige Element ist, werden die Drähte langsam gewickelt, ohne dass eine große Kraft auf sie ausgeübt wird, um keinen Fehler oder eine Beschädigung in der Isolierung zu erzeugen. Als ein Ergebnis davon sind die Längen der Drähte länger als benötigt, was zu einem Problem führt, dass der Motorwirkungsgrad negativ beeinflusst wird.
[Patentdokument 1] JP-A-2007-006677
[Patentdokument 2] US2003/0168547
[Patentdokument 3] JP-A-2006-166675
[Patentdokument 4] US6242836
Zusammenfassung der Erfindung
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung stellen einen Motorstator bereit, der das Spulenvolumen verringern kann, um den Spulenwiderstand und den Kupferverlust gering zu halten, und dadurch den Motorwirkungsgrad zu erhöhen, der eine Verringerung des Gewichts und der Größe eines Motors realisieren kann und der eine Spulenbefestigungsbehandlung, wie etwa eine Bindebehandlung und eine Lackierungsbehandlung beseitigen kann.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann ein Motorstator 10, 110 einen Statorkern 11, 111 mit mehreren Schlitzen 16, 116, Isolierelementen 12, 112, die in den mehreren Schlitzen angeordnet sind, und Spulen mit mehreren Phasen 13u, 13v, 13w, 113u, 113v, 113w umfassen, die jeweils durch verteiltes Wickeln von Drähten 20, 20A, 120 in vorgeschriebenen Schlitzen der mehreren Schlitze ausgebildet werden, welche in Abständen einer vorgegebenen Anzahl von Schlitzen über die Isolierelemente angeordnet sind. Die Drähte können in einem Zustand innerhalb der Isolierelemente angeordnet werden, in dem Zugspannungen auf die Drähte angewendet werden. Der Statorkern, die Isolierelemente und die Spulen können durch die Zugspannungen der Drähte physikalisch aneinander befestigt werden.
Überdies kann gemäß Ausführungsformen der Erfindung ein Herstellungsverfahren eines Motorstators 10, 110, in dem Spulen mehrerer Phasen 13u, 13v, 13w, 113u, 113v, 113w ausgebildet werden, indem Drähte 20, 20A, 120 in mehreren auf einem Statorkern 11, 111 bereitgestellten Schlitzen 16, 116 verteilt gewickelt werden, die mit einer vorgegebenen Anzahl von Schlitzen dazwischen eingeschoben beabstandet angeordnet sind, die folgenden Schritte umfassen: Anordnen von Isolierelementen 12, 112 in den mehreren Schlitzen zum Herstellen einer elektrischen Isolierung zwischen dem Statorkern und den Drähten; verteiltes Wickeln der Drähte in den mehreren Schlitzen; und Anordnen der Drähte innerhalb der Isolierelemente in einem Zustand, in dem Zugspannungen auf die Drähte angewendet werden, und physikalisches Befestigen des Statorkerns, der Isolierelemente und Spulen aneinander.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Hauptteils eines Motorstators gemäß einer ersten Ausführungsform, die einen Zustand zeigt, in dem Drähte verteilt um den Motorstator gewickelt sind.
2 ist ein beispielhaftes Diagramm, das einen gewickelten Zustand der in 1 gezeigten Drähte zeigt.
3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Stators von einer Innendurchmesserseite gesehen.
4 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Hauptteils des Motorstators, die einen gewickelten Zustand von Drähten für eine Phase zeigt.
5 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand von Drähten zeigt, die in einen Schlitz eingesetzt sind.
6(a) und 6(b) sind Zeichnungen, die den Raumfaktor erklären.
7(a) ist ein Herstellungsflussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren des Motorstators gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und 7(b) ist ein Herstellungsflussdiagramm, das ein herkömmliches Herstellungsverfahren zeigt.
8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils einer Herstellungsvorrichtung des Motorstators.
9 ist eine konzeptionelle Draufsicht der in 8 gezeigten Herstellungsvorrichtung.
10(a) bis 10(f) sind vergrößerte Ansichten eines Hauptteils eines Wicklungsverfahrens, die Schritt für Schritt ein Verfahren zum Wickeln von Drähten um einen Statorkern herum durch die in 8 gezeigte Herstellungsvorrichtung zeigen.
11 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, in dem durch Haken der Herstellungsvorrichtung eine Zugspannung auf einen Draht angewendet wird.
12 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Hauptteils eines Motorstators gemäß einer zweiten Ausführungsform.
13 ist ein beispielhaftes Diagramm, das einen gewickelten Zustand von Drähten des Motorstators der zweiten Ausführungsform zeigt.
14 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Stators von einer Innendurchmesserseite aus gesehen.
15 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Hauptteils des Motorstators, die einen gewickelten Zustand von Drähten für eine Phase zeigt.
16 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand von Drähten zeigt, die in einen Schlitz eingesetzt sind.
17(a) und 17(b) sind Zeichnungen, die den Raumfaktor erklären.
18(a) und 18(b) sind Schnittansichten, die Zustände von Drähten zeigen, die verschiedene Schnittflächen haben, die in einen Schlitz eingesetzt sind.
19 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Drahtdurchmesser und isolierenden Oberflächenbeschichtungsverhältnis zeigt, wenn die isolierenden Oberflächenbeschichtungsdicken gleich sind.
20 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen isolierender Beschichtungsdicke und PDIV (Teilentladungsauslösespannung) basierend auf einem Dakin-Ausdruck zeigt.
21 ist eine Schnittansicht eines einzelnen Drahts, der mit einer isolierenden Oberflächenbeschichtung beschichtet ist.
22 ist eine Schnittansicht eines einzelnen Drahts, der mit einer zusammengesetzten isolierenden Oberflächenbeschichtung beschichtet ist, die aus in einem Harz verteilten anorganischen Partikeln ausgebildet ist.
23(a) ist ein Herstellungsflussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren des Motorstators gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, und 23(b) ist ein Herstellungsflussdiagramm, das ein herkömmliches Herstellungsverfahren zeigt.
24 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils eines Herstellungsverfahrens des Motorstators.
25 ist eine konzeptionelle Draufsicht der in 23 gezeigten Herstellungsvorrichtung.
26(a) bis 26(f) sind Perspektivansichten eines Hauptteils eines Wicklungsverfahrens, die Schritt für Schritt ein Verfahren zum Wickeln von Drähten um einen Statorkern herum durch die in 24 gezeigte Herstellungsvorrichtung zeigen.
27 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, in dem durch Haken der Herstellungsvorrichtung eine Zugspannung auf einen Draht angewendet wird.
28 ist ein beispielhaftes Diagramm, das einen gewickelten Zustand von Drähten eines Motorstators einer dritten Ausführungsform zeigt.
29 ist ein Herstellungsflussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren des Motorstators gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
30 ist eine Perspektivansicht, die Drähte zeigt, die aus geteilten einzelnen Drähten gefertigt sind.
31 ist ein beispielhaftes Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem die Drähte der geteilten einzelnen Drähte in Schlitze eingesetzt sind.
32 ist ein beispielhaftes Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem die Drähte in 31 gebogen sind.
33 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Stators von einer Innendurchmesserseite gesehen, die eine axiale Befestigung abbildet, wenn der Draht gebogen wird.
34 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem mehrere einzelne Drähte mit verschiedenen Querschnittformen in einen Schlitz mit minimalen Lücken eingesetzt sind.
35 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils eines herkömmlichen Motorstators.
36 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Hauptteils eines anderen herkömmlichen Motorstators, der einen Zustand zeigt, in dem Drähte in Reihe auf den Motorstator gewickelt sind.
37 ist ein konzeptionelles Diagramm eines weiteren herkömmlichen Herstellungssystems zum Einsetzen einer aus Drähten ausgebildeten Spule in einen Schlitz eines Statorkerns.
38(a) ist eine Schnittansicht eines Hauptteils eines herkömmlichen Stators, und 38(b) ist eine Perspektivansicht eines Hauptteils eines Herstellungsverfahrens des Stators.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Hier nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung basierend auf den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Beachten Sie, dass die Zeichnungen nicht entsprechend einer Ausrichtung der Bezugsnummern betrachten werden sollen.
(Erste Ausführungsform)
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Motorstator 110 gemäß einer ersten Ausführungsform ein dreiphasiger, achtpoliger verteilt gewickelter Statur und umfasst einen Statorkern 111, Isolierelemente 112 und Spulen 113 (eine U-Phasenspule 113u, eine V-Phasenspule 113v und eine W-Phasenspule 113w). Der Statorkern 111 besteht zum Beispiel aus mehreren gepressten Siliziumstahlblechen, die übereinander gestapelt sind, und umfasst 148 T-Stücke 115 und 148 Schlitze 116, die jeweils zwischen benachbarten T-Stücken 115, 115 ausgebildet sind. Außerdem ist ein Motor ein Motor mit Innenrotor, und ein Öffnungsabschnitt 118 des Schlitzes ist in einer Innenumfangsoberfläche 119 des Statorkerns 111 geöffnet.
Mehrere Isolierelemente 112 sind von beiden axialen Enden des Statorkerns 111 in jeden Schlitz 116 eingesetzt, um eine Innenoberfläche des Schlitzes 116 zu bedecken. Jedes Isolierelement 112 wird durch Spritzgießen aus Harzmaterial ausgebildet und hat elektrische Isoliereigenschaften und eine geeignete Elastizität. Die Isolierelemente 112 sollen die elektrische Isolierung zwischen den Spulen 113u, 113v, 113w der jeweiligen Phasen herstellen. Als Harzmaterialien für die Verwendung im Spritzgießen werden zum Beispiel Polyamid, Polyethylenterepthalat, Polybutylenterepthalat, Polyethylenetherketon, Polyethylensulfid bereitgestellt.
Das Isolierelement 112 ist nicht auf ein derartiges Harzformprodukt beschränkt, vorausgesetzt, dass das Isolierelement 112 keine Verdrahtung 120 beschädigt, wenn die Verdrahtung 120 gewickelt wird, während eine Zugspannung auf sie angewendet wird, und eine Isolierleistung sicherstellen kann. Folglich kann zum Beispiel auch ein Aramidpapier mit einer geeigneten Dicke und Elastizität verwendet werden. Außerdem können relevante Abschnitte des Statorkerns 111 mit Harz beschichtetet werden, das zur Verwendung als Isolationselemente 112 dient. Wenn ferner eine an die Spulen 113 angelegte Spannung hoch ist (zum Beispiel 650 Volt oder höher), können entsprechend den angelegten Spannungen Zwischenphasen-Papierisolatoren zwischen den Spulen der drei Phasen angeordnet werden.
Eine U-Phasenspule 113w, eine V-Phasenspule 113v und eine W-Phasenspule 113 werden durch Einsetzen von Drähten 120 ausgebildet, von denen jeder hergestellt wird, indem mehrere Litzen 120' (in dieser Ausführungsform 11 Litzen), wie etwa dünne Polyamidimidkupferdrähte, in vorgegebenen Schlitzen 116 zusammengebunden werden (siehe 5), um durch Wellenwickeln um den Statorkern 111 gewickelt zu werden.
Jeweilige Spulenendabschnitte 117u, 117v, 117w der U-, V- und W-Phasenspulen 113u, 113v, 113w sind entsprechend der Abfolge von Windungen in einer Radialrichtung des Statorkerns abwechselnd angeordnet, so dass Endabschnitte (117u und 117v, 117v und 117w oder 117w und 117u) der Spulen der zwei Phasen in den drei Phasen (113u und 113v, 113v und 113w oder 113w und 113u) in der Radialrichtung ausgerichtet sind.
Wie in 2 bis 4 gezeigt, ist der Stator 110 dieser Ausführungsform ein Doppelschlitzstator, in dem für jede Phase durch Wellenwickeln zwei Sätze von Drähten 120 verteilt um benachbarte Schlitze 116 (U-Phasenschlitze 116u, V-Phasenschlitze 116v, W-Phasenschlitze 116w) in dem Statorkern 111 gewickelt werden. Schlitze 116 sind in einer Umfangsrichtung des Statorkerns 111 in einer wiederholten Weise in der Reihenfolge des U-Phasenschlitzes 116u, V-Phasenschlitzes 116v und W-Phasenschlitzes 116w angeordnet.
Insbesondere werden zuerst zwei Sätze von Drähten 120, die eine U-Phasenspule 113u bilden, von einer axialen Endseite (ein unteres Ende in 2) über die Isolierelemente 112 in Richtung der anderen axialen Endseite (ein oberes Ende in 2) des Stators 110 einzeln in zwei U-Phasenschlitze 116u eingesetzt und werden dann einzeln in zwei andere U-Phasenschlitze 116u eingesetzt, die abgesondert von den ersten zwei U-Phasenschlitzen 116u gelegen sind, wobei zwei benachbarte V-Phasenschlitze 116v und zwei benachbarte W-Phasenschlitze 116w von der anderen axialen Endseite über die Isolierelemente 112 in Richtung der anderen axialen Endseite des Stators 110 dazwischen eingefügt sind. Danach werden Drähte 120 in einer ähnlichen Weise durch Wellenwickeln einzeln in U-Phasenschlitze 116u eingesetzt, um sich in einem kompletten Umfang des Statorkerns 111 zu erstrecken, um dadurch eine erste Windung 113u1 der U-Phasenspule 113u zu bilden.
Daraufhin werden zwei Sätze von Drähten 120, die eine V-Phasenspule 113v bilden, über die Isolierelemente 112 von der anderen axialen Endseite in Richtung der axialen Endseite des Stators 110 einzeln in die zwei V-Phasenschlitze 116v eingesetzt, die zwischen den zwei Paaren benachbarter U-Phasenschlitze 116u gelegen sind, und werden dann einzeln in zwei andere V-Phasenschlitze 116v eingesetzt, die abgesondert von den ersten zwei V-Phasenschlitzen 116v gelegen sind, wobei zwei benachbarte W-Phasenschlitze 116w und zwei benachbarte U-Phasenschlitze 116u von der anderen axialen Endseite über die Isolierelemente 112 in Richtung der anderen axialen Endseite des Stators 110 dazwischen eingefügt sind. Danach werden Drähte 120 in einer ähnlichen Weise durch Wellenwickeln einzeln in V-Phasenschlitze 116v eingesetzt, um sich in dem kompletten Umfang des Statorkerns 111 zu erstrecken, um dadurch eine erste Windung 113v1 der V-Phasenspule 113v zu bilden.
Ähnlich werden zwei Sätze von Drähten 120, die eine W-Phasenspule 113w bilden, über die Isolierelemente 112 von der axialen Endseite in Richtung der anderen axialen Endseite des Stators 110 einzeln in die zwei W-Phasenschlitze 116w eingesetzt, die zwischen den zwei Paaren benachbarter U-Phasenschlitze 116u gelegen sind, und werden dann einzeln in zwei andere W-Phasenschlitze 116w eingesetzt, die abgesondert von den ersten zwei benachbarten W-Phasenschlitzen 116w gelegen sind, wobei zwei benachbarte U-Phasenschlitze 116u und zwei benachbarte V-Phasenschlitze 116v von der anderen axialen Endseite über die Isolierelemente 112 in Richtung der axialen Endseite des Stators 110 dazwischen eingefügt werden. Durch Wickeln der Drähte 120 in dieser Weise geht ein Spulenendabschnitt 117v der V-Phasenspule 113w durch die andere axiale Endseite oder die axiale Endseite, die entgegengesetzt zu der axialen Endseite oder der anderen axialen Endseite ist, wo Spulenendabschnitte 117u, 117w der U-Phasenspule 113u und W-Phasenspule 113w sich schneiden. Danach werden Drähte 120 in einer ähnlichen Weise durch Wellenwickeln einzeln in W-Phasenschlitze 116w eingesetzt, um sich in dem kompletten Umfang des Statorkerns 111 zu erstrecken, um dadurch eine erste Windung 113w1 der W-Phasenspule 113w zu bilden.
Ähnlich werden eine zweite Windung 113u2 der U-Phasenspule 113u, eine zweite Windung 113v2 der V-Phasen-Spule 113v, eine zweite Windung 113w2 der W-Phasen-Spule 113w, eine dritte Windung 113u3 der U-Phasenspule 113u, ..., in dieser Reihenfolge um den Statorkern 111 gewickelt.
Auf diese Weise werden, indem die U-Phasenspule 113u, die V-Phasenspule 113v und die W-Phasenspule 113w in jeder Windung abwechselnd angeordnet werden, die Verdrahtungen 120 um die Schlitze 116 herum wellengewickelt, während in der U-Phasenspule 113u, der V-Phasenspule 113v, und der W-Phasenspule 113w die Spulenendabschnitte (117u und 117w, 117v und 117w oder 117w) der Spulen der zwei Phasen (113u und 113w, 113v und 113w) angeordnet werden, um, wie in 1 gezeigt ist, in der Radialrichtung ausgerichtet zu werden. Indem die U-Phasenspule 113u, die V-Phasenspule 113v und die W-Phasenspule 113w in jeder Windung in der Reihenfolge der Windungen der Spulen der jeweiligen Phasen abwechselnd angeordnet werden, werden die Volumen der Spulenendabschnitte 117u, 117v, 117w klein im Vergleich zu den herkömmlichen Spulen, wodurch das Spulenvolumen verringert wird.
Um das Verständnis von diesem zu erleichtern, zeigt 4 nur die U-Phasenspule 113u. Die jeweiligen Spulenendabschnitte 117u, 117v, 117w der drei Phasen sind derart angeordnet, dass die erste Windung 113w1 der W-Phasenspule 113w und die erste Windung 113v1 der V-Phasenspule 113v in eine radiale Lücke eingesetzt sind, die zwischen der ersten Windung 113u1 und der zweiten Windung 113u definiert ist.
Aufgrund dessen sind die Spulenendabschnitte 117u derart ausgebildet, dass sie in jeder Windung ein wenig radial auswärts verschoben werden, um dadurch radiale Lücken sicherzustellen. Der Verschiebungsbetrag wird allmählich kleiner, wenn die Spulenendabschnitte 117u von einer Innendurchmesserseite in Richtung einer Außendurchmesserseite des Statorkerns 111 verschoben werden. Außerdem kann der Verschiebungsbetrag der Spulenendabschnitte 117u derart sein, dass die Spulenendabschnitte 117u, die von einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt einer radialen Dicke des Statorkerns 111 zu seiner Außendurchmesserseite angeordnet sind, radial auswärts verschoben sind, während die Spulenendeabschnitte 117u, die von dem im Wesentlichen mittleren Abschnitt zu der Innendurchmesserseite angeordnet sind, radial einwärts angeordnet sind. Dies gilt in Bezug auf die V-Phasenspulenendabschnitte 117v und die W-Phasenspulenendabschnitte 117w.
Wie in 3 gezeigt, werden die Drähte 120, die die Spulen 113u, 113v, 113w der drei Phasen bilden, entlang der Form des Isolierelements 112 gebogen und werden in der vorstehend beschriebenen Weise um die Schlitze 116u, 116v, 116w der drei Phasen wellengewickelt. Indem die Drähte 120 so gewickelt werden, werden der Statorkern 11, die Isolierelemente 112 und die Spulen 113u, 113v, 113w der drei Phasen mit Hilfe der Zugspannungen der Drähte physikalisch aneinander befestigt. Folglich kann die Notwendigkeit der Spulenbefestigungsbehandlung, wie etwa der Bindebehandlung und der Lackierungsbehandlung, die in Bezug auf den herkömmlichen Stator implementiert werden, vermieden oder vereinfacht werden.
Die Zugspannung des Drahts 120 ist vorzugsweise gleich oder kleiner als eine zulässige elastische Belastung des Drahts 120. Alternativ ist die Belastung, die mittels der Zugspannung des Drahts 120 auf das Isolierelement 112 angewendet wird, vorzugsweise gleich oder kleiner als seine zulässige Druckfestigkeit. Noch besser werden beide Anforderungen gleichzeitig erfüllt. Die Einstellungen stellen sicher, dass kein Fehler, der sich aus der Zugspannung des Drahts 120 ergibt, wie etwa die plastische Verformung oder ein Defekt des gewickelten Drahts 120 und die plastisches Verformung des Isolierelements 112, erzeugt wird.
Wie in 5 gezeigt ist, werden Drähte 120 in jedem Schlitz 116 über die Isolierelemente 112 angeordnet, und die V-, U- und W-Phasenspulenendabschnitte 117u, 117v, 117w werden in den Radialrichtungen mit der Reihenfolge ihrer Windungen abwechselnd angeordnet. Somit wird keine derartige Situation verursacht, dass die Spule einer der drei Phasen, die bereits herumgewickelt wurde, die Spulen der anderen Phasen unterbricht, wenn versucht wird, sie herumzuwickeln. Somit können die Drähte 120 mit einem vergrößerten Raumfaktor S der Spulen 113 gewickelt werden. Der Raumfaktor S des Stators 110 dieser Ausführungsform kann 40% oder größer sein. Hier ist der „Raumfaktor S” als ein Verhältnis dessen, was sich durch Multiplizieren einer Schnittfläche S1 eines elektrischen Leiterabschnitts 120b, die sich durch Entfernen der isolierenden Oberflächenbeschichtungen 120a von den Drähten 120 ergibt, mit der Anzahl von Abschnitten von Litzen 120', die durch den Schlitz 116 gehen, ergibt, zu einer Schnittfläche S2 des Schlitzes 116, definiert.
Als nächstes wird basierend auf 7 bis 11 ein Herstellungsverfahren des Motorstators 110 beschrieben. 7(a) zeigt ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens eines Motorstators gemäß der Ausführungsform, und 7(b) ist ein Flussdiagramm eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens. Wie in 7(b) gezeigt ist, werden gemäß dem herkömmlichen Herstellungsverfahren, nachdem Isolierelemente in Schlitzen in einem Statorkern installiert sind (Schritt S101), Drähte um den Statorkern herumgewickelt (Schritt S102). Dann wird eine Zwischenformung ausgeführt, in der Spulenendabschnitte, die von dem Statorkern axial auswärts vorstehen, radial auswärts gebogen werden (Schritt S103), und daraufhin wird eine abschließende und Endbearbeitungsformung ausgeführt, in der die Spulenendabschnitte richtig geformt werden (Schritt S104). Dann wird eine Bindebehandlung ausgeführt, in der die Spulen mit einer Bindeschnur befestigt werden (Schritt S105), und dann wird eine Lackierungsbehandlung ausgeführt, in der die Spulen mit einem Lack imprägniert werden und der Lack in den Spulen verfestigt wird, um den Statorkern, die Isolierelemente und die Spulen aneinander zu befestigen (Schritt S106). Auf diese Weise wird der Motorstator gemäß dem herkömmlichen Herstellungsverfahren durch das Verfahren der sechs Schritte hergestellt.
Im Gegensatz dazu kann das Herstellungsverfahren gemäß dem Motorstator-Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform, wie in 7(a) gezeigt, auf zwei Schritte reduziert werden: einen Schritt (Schritt S111) zum Installieren von Isolierelementen 112 in Schlitzen in einem Statorkern (einem Eisenkern) 111 und einen Schritt (S112) zum Wickeln von Drähten 120 über die Isolierelemente 112 um den Statorkern 111 herum, wodurch nicht nur eine Verringerung des verwendeten Materials, sondern auch eine bemerkenswerte Verringerung der Herstellungszeit realisiert werden kann, um dadurch die Herstellungskosten niedrig zu halten. Außerdem kann in dem Fall, in dem ein selbstschmelzender Draht als ein Draht 120 verwendet wird, die Befestigung der sich ergebenden Spulen vereinfacht werden, indem die Drähte 120 in einer vereinfachten Weise befestigt werden, indem ein Wärmebehandlungsschritt implementiert wird (Schritt S113).
Wie in 8 und 9 gezeigt, werden Drähte 120 durch drei U-, V- und W-Phasendüsen 131, die jeweils zwei Sätze von Drähten 120 an den horizontal angeordneten Statorkern 111 abgeben, und mehrere Haken 132, die die so abgegebenen Drähte 120 an vorgegebenen Positionen halten, um den Statorkern 111 wellengewickelt.
Drei Düsen 131 sind bereitgestellt, die eine U-Phasendüse 131u, die zwei Sätze von Drähten 120 abgibt, die eine U-Phasenspule 113u bilden, eine V-Phasenspule 131v, die zwei Sätze von Drähten 120 abgibt, die ein V-Phasenspule 113v bilden, und eine W-Phasendüse 131w, die zwei Sätze von Drähten 120 abgibt, die eine W-Phasenspule 113w bilden, umfasst und die auf einer Innendurchmesserseite des Stators 111 angeordnet sind. Die Düsen 131u, 131v, 131w können jeweils in einer Vertikalrichtung und einer Radialrichtung des Statorkerns 111 bewegt werden, während zwei Sätze von Drähten 120 abgegeben werden, indem sie von einer entsprechenden Düsenführungsschiene 130 geführt werden.
Es sind insgesamt 24 Haken 132 angeordnet; 12 Haken 132 sind auf jeder der beiden axialen Endseiten des Statorkerns 111 angeordnet. Die Haken 132 arretieren Drähte 120, die von den Düsen 131u, 131v, 131w der drei Phasen abgegeben werden, in vorgegebenen Positionen und halten die Drähte 120 radial auswärts von dem Statorkern 111.
In einem spezifischen Schritt zum verteilten Wickeln (Wellenwickeln) von Drähten 120 um den Statorkern 111 werden, wie in 10(a) gezeigt, zwei Sätze von Drähten 120 einzeln von der axialen Endseite (von einem unteren Ende in der Figur) über die Isolierelemente 112 in Richtung der anderen axialen Endseite (ein oberes Ende in der Figur) des Statorkerns 111 in ein Paar erster Schlitze 116a eingesetzt. Dann werden die Drähte 120, die aus den ersten Schlitzen 116a herausgezogen werden, von dem Haken 132 arretiert, der radial einwärts bewegt wird (10(b)) und die Drähte 120 radial auswärts von den ersten Schlitzen 116a hält, wobei eine Zugspannung auf die Drähte 120 angewendet wird (10(c)), indem der Haken 132 radial auswärts verschoben wird.
Durch Anwenden einer Zugspannung auf die Drähte 120, wenn die Drähte 120 von dem Haken 132 arretiert werden und dann radial auswärts gezogen werden, werden die Drähte 120, die in die Schlitze 116 eingesetzt sind, radial einwärts aufgebogen, was zu einer Befürchtung führt, dass der Raumfaktor verringert wird. In diesem Fall kann ein Drahtpressmechanismus bereitgestellt werden, so dass die Drähte 120 herumgewickelt werden, während die Drähte 120, die in den entsprechenden Schlitzen 116 aufgebogen werden, radial einwärts gepresst werden, um ihr Aufbiegen zu korrigieren.
Als nächstes wird der Statorkern 111 zusammen mit dem Haken 132 um einen vorgegebenen Winkel gedreht, wobei die Drähte 120 von dem Haken 132 arretiert gehalten werden, so dass die Drähte 120 sich an einem zweiten Paar zweiter Schlitze 116b befinden, in das die Drähte 120 als nächstes eingesetzt werden sollen. Durch derartiges Drehen des Stators 111 werden die Drähte 120, die von der Düse 131 abgegeben werden, entlang einer Außenumfangsseite des Statorkerns 111 angeordnet (10(d)). Hier werden die Drähte 120 über die Isolierelemente 112 von der anderen axialen Endseite (dem oberen Ende) in Richtung der axialen Endseite (dem unteren Ende) des Statorkerns 111 in die zweiten Schlitze 116b eingesetzt (10(f)), wobei die Drähte 120 durch den anderen benachbarten Haken 132 radial auswärts von den zweiten Schlitzen 116b gehalten werden (10(e)).
Danach werden, wie in 11 gezeigt, ebenso die Drähte 120, die aus den zweiten Schlitzen 116b gezogen sind, von dem Haken 132 arretiert und werden radial auswärts von den zweiten Schlitzen 116b gehalten, während eine Zugspannung auf die Drähte 120 angewendet wird. Dann wird der Statorkern 111 zusammen mit dem Haken 132 um den vorgegebenen Winkel gedreht, so dass die Drähte 120 bewegt werden, so dass sie sich an einem Paar dritter Schlitze befinden. Dadurch werden die Drähte 120, die von der Düse 131 abgegeben werden und entlang der Außenumfangsseite des Statorkerns 111 angeordnet sind, radial auswärts von den dritten Schlitzen gehalten. Durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen Schritte wird die Spule 113 einer der drei Phasen (zum Beispiel die U-Phasenspule 113u) um den Statorkern 111 wellengewickelt.
Die Reihe von Arbeitsgängen wird von den drei Düsen 131 der U-Phasendüse 131u, der V-Phasendüse 131v und der W-Phasendüse 113w gleichzeitig durchgeführt, wobei die drei Spulen 113 der U-Phasenspule 113u, der V-Phasenspule 113v und der W-Phasenspule 113w ausgebildet werden, während sie abwechselnd entsprechend der Reihenfolge von Windungen angeordnet werden.
Wie hier bereits beschrieben wurde, werden somit gemäß dem Motorstator 110 der Ausführungsform die Drähte 120, die jeweils aus den mehreren Litzen bestehen, in den Isolierelementen 112 innerhalb der Schlitze 116 verteilt gewickelt, während sie gespannt werden, wobei die Spulen der mehreren Phasen 113u, 113v und 113w einzeln ausgebildet werden. Durch Wickeln der Drähte 120 in dieser Weise werden der Statorkern 111, die Isolierelemente 112 und die Spulen 113 mit Hilfe einer auf die Drähte 120 angewendeten Zugspannung physikalisch aneinander befestigt. Daher können der Bindearbeitsgang und der Lackierungsarbeitsgang vermieden oder vereinfacht werden, was das Herstellungsverfahren vereinfachen kann, wodurch die Herstellungskosten des Motorstators 110 niedrig gehalten werden können. Hier bedeutet, dass der Statorkern 111, die Isolierelemente 112 und die Spulen 113 physikalisch aneinander befestigt werden, einen Zustand, in dem durch die auf die Drähte angewendete Zugspannung fast keine Änderung in der relativen Positionsbeziehung zwischen dem Statorkern 111, den Isolierelementen 112 und den Spulen 113 bewirkt wird.
Außerdem werden die Spulenendabschnitte 117u, 117v, 117w der Spulen 113u, 113v, 113w der drei Phasen entsprechend der Reihenfolge ihrer Windungen abwechselnd auf dem Statorkern 111 angeordnet. Daher wird das Spulenvolumen verringert, was den Kupferwiderstand und den Kupferverlust niedrig hält, wodurch es ermöglicht wird, den Motorwirkungsgrad zu erhöhen. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
Außerdem ist das Isolierelement 112 das elastische Harzelement. Daher besteht beim Ausbilden der Spulen der mehreren Phasen 113u, 113v, 113w selbst in dem Fall, dass die Drähte 120 in den Isolierelementen 112 verteilt gewickelt werden, während sie gespannt werden, keine Befürchtung, dass die Drähte 120 beschädigt werden, wobei die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Außerdem ist die auf den Draht 120 angewendete Zugspannung gleich oder kleiner als die zulässige elastische Belastung des Drahts 120 und/oder gleich oder kleiner als die zulässige Druckfestigkeit des Isolierelements 112. Daher wird beim Ausbilden der Spulen der mehreren Phasen 113u, 113v, 113w selbst in dem Fall, dass die Drähte 120 um die Isolierelemente 112 herum verteilt gewickelt werden, während sie gespannt werden, keine Situation erzeugt, dass die Drähte 120 und die Isolierelemente 112 plastisch verformt werden, wobei die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Ferner sind die Öffnungsabschnitte 118 der Schlitze 116 in der Innenumfangsoberfläche 119 des Statorkerns 111 geöffnet. Daher kann der Motorstator 110 dieser Ausführungsform vorzugsweise als ein Motorstator für einen Motor mit Innenrotor verwendet werden.
Außerdem ist der Raumfaktor S der in den Schlitzen 116 angeordneten Spulen 113 40% oder kleiner. Daher kann eine Erhöhung des Motorwirkungsgrads realisiert werden.
Außerdem werdend die Spulen 113 der drei Phasen der U-Phase, V-Phase und W-Phase durch Wellenwickeln der Drähte 120 in den mehreren Schlitzen 116 ausgebildet, so dass die Spulenendabschnitte 117 der Spulen 113 der zwei Phasen in der Radialrichtung ausgerichtet sind. Daher kann das Spulenvolumen verringert werden, wodurch es ermöglicht wird, den Motorwirkungsgrad durch Geringhalten des Spulenwiderstands und des Kupferverlusts zu erhöhen. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
Ferner werden die Drähte 120 von der axialen Endseite in Richtung der anderen axialen Endseite des Statorkerns in den ersten Schlitz 116a eingesetzt. Dann werden die Drähte 120, die aus dem ersten Schlitz 16a herausgezogen werden, gehalten, während sie in der radial auswärts von dem ersten Schlitz liegenden Position gespannt werden. Danach wird der Statorkern 111 gedreht, so dass er sich an dem zweiten Schlitz 116b befindet, in den die Drähte 120 als nächstes eingesetzt werden sollen, und die Drähte 120 werden in der radial auswärts von dem zweiten Schlitz 116b liegenden Position gehalten. Darauf folgend werden die Drähte 120 in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung, in der die Drähte 120 bei ihrem vorhergehenden Einsetzen eingesetzt wurden, in den zweiten Schlitz 116b eingesetzt und werden gehalten, während sie in der radial auswärts von dem zweiten Schlitz 116b liegenden Position gespannt werden. Danach wird der Statorkern 111 gedreht, so dass er sich an dem dritten Schlitz 116 befindet, in den die Drähte 120 als nächstes eingesetzt werden sollen, und werden in der radial auswärts von dem dritten Schlitz liegenden Position gehalten. Da diese Reihe von Schritten wiederholt durchgeführt wird, können die Drähte 120 in den mehreren Schlitzen 116 wellengewickelt werden, während sie gespannt werden, so dass die Spulenendabschnitte 117 der Spulen 113 der zwei Phasen in der Radialrichtung ausgerichtet werden. Durch diesen Aufbau können nicht nur die Bindebehandlung und die Lackierbehandlung vermieden oder vereinfacht werden, um das Herstellungsverfahren zu vereinfachen, sondern auch der Spulenwiderstand und der Kupferverlust können gering gehalten werden, um den Motorwirkungsgrad zu erhöhen. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
<Beispiel>

Tabelle 1 zeigt einen Vergleich, der zwischen dem Motorstator gemäß der Ausführungsform, der durch das in 7(a) gezeigte Verfahren hergestellt wird, und dem Motorstator, der durch das in 7(b) gezeigte herkömmliche Verfahren hergestellt wird, durchgeführt wird. Beachten Sie, dass in Tabelle 1 Werte, die dem Motorstator der Ausführungsform in Bezug auf jeweilige Punkte gegeben werden, Verhältnisse zu Werten anzeigen, die dem herkömmlichen Motorstator gegeben werden, wenn die letzteren Werte als 100 betrachtet werden. <Tabelle 1>

	Herkömmlicher Stator	Stator der Ausführungsform	Vorteil
Drahtgewicht	100	87	Gewichtsverringerung
Kupferverlust	100	94	Wirkungsgraderhöhung
Spulenendabschnittschnittfläche	100	85	Größenverringerung

Wie in Tabelle 1 gezeigt, sind in dem Motorstator gemäß der Ausführungsform im Vergleich zu dem herkömmlichen Motorstator das Drahtgewicht bzw. der Kupferverlust auf 87% bzw. 94% verringert. Durch diese Verringerungen wird nicht nur das Gesamtgewicht des Motors verringert, sondern wird auch der Motowirkungsgrad erhöht. Außerdem wird die Schnittfläche des Spulenendabschnitts auf 85% verringert, und folglich wird das Gewicht des Spulenendabschnitts verringert. Daher wird die Größe des Motors verringert, und der sich ergebende Raumfaktor ist 45%. Da ferner die Drähte innerhalb der Harzisolierelemente angeordnet werden, während sie gespannt werden, werden die Spulen ausreichend innerhalb der Harzisolierelemente befestigt, ohne die Bindebehandlung und die Lackierungsbehandlung auf sie anzuwenden.
(Zweite Ausführungsform)
Wie in 12 gezeigt, ist ein Motorstator 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ein dreiphasiger, achtpoliger verteilt gewickelter Stator und umfasst einen Statorkern 11, Isolierelemente 12 und Spulen 13 (eine U-Phasenspule 13u, eine V-Phasenspule 13v und eine W-Phasenspule 13w). Der Statorkern 11 besteht zum Beispiel aus mehreren gepressten Siliziumstahlblechen, die übereinander gestapelt sind, und umfasst 48 T-Stücke 15 und 48 Schlitze 16, die jeweils zwischen benachbarten T-Stücken 15, 15 ausgebildet sind. Ein Öffnungsabschnitt 18 des Schlitzes 16 ist in einer Innenumfangsoberfläche 19 des Statorkerns 11 geöffnet.
Mehrere Isolierelemente 12 werden von beiden axialen Enden des Statorkerns 11 in jeden Schlitz 16 eingesetzt, um eine Innenoberfläche des Schlitzes 16 zu bedecken. Jedes Isolierelement 12 wird durch Spritzgießen aus Harzmaterial ausgebildet und hat elektrische Isoliereigenschaften und eine geeignete Elastizität. Die Isolierelemente 12 sollen die elektrische Isolierung zwischen den Spulen 13u, 13v, 13w der jeweiligen Phasen herstellen. Als Harzmaterialien für die Verwendung im Spritzgießen werden zum Beispiel Polyamid, Polyethylenterepthalat, Polybutylenterepthalat, Polyethylenetherketon, Polyethylensulfid bereitgestellt.
Das Isolierelement 12 ist nicht auf ein derartiges Harzformprodukt beschränkt, vorausgesetzt, dass das Isolierelement 12 keine Verdrahtung 20 beschädigt, wenn die Verdrahtung 20 gewickelt wird, während eine Zugspannung auf sie angewendet wird, und eine Isolierleistung sicherstellen kann. Folglich kann zum Beispiel auch ein Aramidpapier mit einer geeigneten Dicke und Elastizität verwendet werden. Außerdem können relevante Abschnitte des Statorkerns 11 mit Harz beschichtetet werden, das zur Verwendung als Isolationselemente 12 dient.
Eine U-Phasenspule 13w, eine V-Phasenspule 13v und eine W-Phasenspule 13 werden durch Einsetzen von Drähten 20, von denen jeder aus einem einzelnen leitenden Draht hergestellt ist, in vorgegebene Schlitze 16 ausgebildet, um durch Wellenwickeln um den Statorkern 11 gewickelt zu werden.
Jeweilige Spulenendabschnitte 17u, 17v, 17w der U-, V- und W-Phasenspulen 13u, 13v, 13w sind entsprechend der Abfolge von Windungen in einer Radialrichtung des Statorkerns 11 abwechselnd angeordnet, so dass Endabschnitte (17u und 17v, 17v und 17w oder 17w und 17u) der Spulen der zwei Phasen in den drei Phasen (13u und 13v, 13v und 13w oder 13w und 13u) in der Radialrichtung ausgerichtet sind.
Wie in 13 bis 15 gezeigt, ist der Stator 10 dieser Ausführungsform ein Doppelschlitzstator, in dem für jede Phase durch Wellenwickeln zwei Drähte 20 verteilt um benachbarte zwei Schlitze 16 (U-Phasenschlitze 16u, V-Phasenschlitze 16v, W-Phasenschlitze 16w) in dem Statorkern 11 gewickelt werden. Schlitze 16 sind in einer Umfangsrichtung des Statorkerns 11 in einer wiederholten Weise (von einer rechten Seite zu einer linken Seite in 13) in der Reihenfolge des U-Phasenschlitzes 16u, V-Phasenschlitzes 16v und W-Phasenschlitzes 16w angeordnet.
Insbesondere werden zuerst zwei Drähte 20, die eine U-Phasenspule 13u bilden, von einer axialen Endseite (ein unteres Ende in 13) über die Isolierelemente 12 in Richtung der anderen axialen Endseite (ein obere Ende in 13) des Stators 10 einzeln in zwei U-Phasenschlitze 16u eingesetzt und werden dann einzeln in zwei andere benachbarte U-Phasenschlitze 16u eingesetzt, die abgesondert von den ersten zwei U-Phasenschlitzen 16u gelegen sind, wobei zwei benachbarte V-Phasenschlitze 16v und zwei benachbarte W-Phasenschlitze 116w von der anderen axialen Endseite über die Isolierelemente 12 in Richtung der anderen axialen Endseite des Stators 10 dazwischen eingefügt werden. Danach werden Drähte 20 in einer ähnlichen Weise durch Wellenwickeln einzeln in U-Phasenschlitze 16u eingesetzt, um sich in einem kompletten Umfang des Statorkerns 11 zu erstrecken, um dadurch eine erste Windung 13u1 der U-Phasenspule 13u zu bilden.
Daraufhin werden zwei Drähte 20, die eine V-Phasenspule 13v bilden, über die Isolierelemente 12 von der anderen axialen Endseite in Richtung der axialen Endseite des Stators 10 einzeln in die zwei benachbarten V-Phasenschlitze 16v eingesetzt, die zwischen den zwei Paaren benachbarter U-Phasenschlitze 16u gelegen sind, und werden dann einzeln in zwei andere benachbarte V-Phasenschlitze 16v eingesetzt, die abgesondert von den ersten zwei V-Phasenschlitzen 16v gelegen sind, wobei zwei benachbarte W-Phasenschlitze 16w und zwei benachbarte U-Phasenschlitze 16u von der axialen Endseite über die Isolierelemente 12 in Richtung der anderen axialen Endseite des Stators 10 dazwischen eingefügt werden. Danach werden Drähte 20 in einer ähnlichen Weise durch Wellenwickeln einzeln in V-Phasenschlitze 16v eingesetzt, um sich in dem kompletten Umfang des Statorkerns 11 zu erstrecken, um dadurch eine erste Windung 13v1 der V-Phasenspule 13v zu bilden.
Ähnlich werden zwei Drähte 120, die eine W-Phasenspule 13w bilden, über die Isolierelemente 12 von der axialen Endseite in Richtung der anderen axialen Endseite des Stators 10 einzeln in die zwei W-Phasenschlitze 16w eingesetzt, die zwischen den zwei Paaren benachbarter U-Phasenschlitze 16u gelegen sind, und werden dann einzeln in zwei andere benachbarte W-Phasenschlitze 16w eingesetzt, die abgesondert von den ersten zwei benachbarten W-Phasenschlitzen 16w gelegen sind, wobei zwei benachbarte U-Phasenschlitze 16u und zwei benachbarte V-Phasenschlitze 16v von der anderen axialen Endseite über die Isolierelemente 12 in Richtung der axialen Endseite des Stators 10 dazwischen eingefügt werden. Durch Wickeln der Drähte 20 in dieser Weise geht ein Spulenendabschnitt 17w der W-Phasenspule 13w durch die andere axiale Endseite oder die axiale Endseite, die entgegengesetzt zu der axialen Endseite oder der anderen axialen Endseite ist, wo Spulenendabschnitte 17u, 17v der U-Phasenspule 13u und V-Phasenspule 13v sich schneiden. Danach werden Drähte 20 in einer ähnlichen Weise durch Wellenwickeln einzeln in W-Phasenschlitze 16w eingesetzt, um sich in dem kompletten Umfang des Statorkerns 11 zu erstrecken, um dadurch eine erste Windung 13w1 der W-Phasenspule 13w zu bilden.
Ähnlich werden eine zweite Windung 13u2 der U-Phasenspule 13u, eine zweite Windung 13v2 der V-Phasen-Spule 13v, eine zweite Windung 13w2 der W-Phasenspule 13w, eine dritte Windung 13u3 der U-Phasenspule 13u, ..., in dieser Reihenfolge um den Statorkern 11 gewickelt.
Auf diese Weise werden, indem die U-Phasenspule 13u, die V-Phasenspule 13v und die W-Phasenspule 13w in jeder Windung abwechselnd angeordnet werden, die Verdrahtungen 20 um die Schlitze 16 herum wellengewickelt, während in der U-Phasenspule 13u, der V-Phasenspule 13v und der W-Phasenspule 13w die Spulenendabschnitte (17u und 17w, 17v und 17w oder 17w) der Spulen der zwei Phasen (13u und 13w, 13v und 13w) angeordnet werden, um, wie in 12 gezeigt ist, in der Radialrichtung ausgerichtet zu werden. Indem die U-Phasenspule 13u, die V-Phasenspule 13v und die W-Phasenspule 13w in jeder Windung in der Reihenfolge der Windungen der Spulen der jeweiligen Phasen abwechselnd angeordnet werden, werden die Volumen der Spulenendabschnitte 17u, 17v, 17w klein im Vergleich zu den herkömmlichen Spulen, wodurch das Volumen verringert wird.
Um das Verständnis von diesem zu erleichtern, zeigt 15 nur die U-Phasenspule 13u. Die jeweiligen Spulenendabschnitte 17u, 17v, 17w der drei Phasen sind derart angeordnet, dass die erste Windung 13w1 der W-Phasenspule 13w und die erste Windung 13v1 der V-Phasenspule 13v in eine radiale Lücke eingesetzt sind, die zwischen der ersten Windung 13u1 und der zweiten Windung 13u definiert ist. Danach gilt dies in Bezug auf jede Windung (zwischen der (n – 1)ten Windung und der n-ten Windung).
Aufgrund dessen sind die Spulenendabschnitte 17u derart ausgebildet, dass sie in jeder Windung ein wenig radial auswärts verschoben werden, um dadurch radiale Lücken sicherzustellen. Der Verschiebungsbetrag wird allmählich kleiner, wenn die Spulenendabschnitte 17u von einer Innendurchmesserseite in Richtung einer Außendurchmesserseite des Statorkerns 11 verschoben werden. Außerdem kann der Verschiebungsbetrag der Spulenendabschnitte 17u derart sein, dass die Spulenendabschnitte 17u, die von einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt einer radialen Dicke des Statorkerns 11 zu seiner Außendurchmesserseite angeordnet sind, radial auswärts verschoben sind, während die Spulenendeabschnitte 17u, die von dem im Wesentlichen mittleren Abschnitt zu der Innendurchmesserseite angeordnet sind, radial einwärts angeordnet sind. Dies gilt in Bezug auf die V-Phasen-Spulenendabschnitte 17v und die W-Phasenspulenendabschnitte 17w.
Wie in 14 gezeigt, werden die Drähte 20, die die Spulen 13u, 13v, 13w der drei Phasen bilden, entlang der Form des Isolierelements 12 gebogen und werden in der vorstehend beschriebenen Weise um die Schlitze 16u, 16v, 16w der drei Phasen herum wellengewickelt. Indern die Drähte 20 so gewickelt werden, werden der Statorkern 11, die Isolierelemente 12 und die Spulen 13u, 13v, 13w der drei Phasen physikalisch mit Hilfe der Zugspannungen der Drähte aneinander befestigt. Hier bedeutet „physikalisch mittels Zugspannungen befestigt” einen Zustand, in dem es fast keine Änderung in der relativen Positionsbeziehung zwischen dem Statorkern 11, den Isolierelementen 12 und den Spulen 13 gibt. Folglich wird die Notwendigkeit der Bindebehandlung und der Lackierungsbehandlung, die in Bezug auf den herkömmlichen Stator implementiert werden, nun vermieden, und es reicht aus, dass nach Bedarf eine einfache Schmelzwärmebehandlung, die einen selbstschmelzenden Draht verwendet, auf die sich ergebenden Spulen angewendet wird.
Die Zugspannung des Drahts 20 ist vorzugsweise gleich oder kleiner als eine zulässige elastische Belastung des Drahts 20. Alternativ ist die Belastung, die mittels der Zugspannung des Drahts 20 auf das Isolierelement 12 angewendet wird, vorzugsweise gleich oder kleiner als seine zulässige Druckfestigkeit. Noch besser werden beide Anforderungen gleichzeitig erfüllt. Die Einstellungen stellen sicher, dass kein Fehler, der sich aus der Zugspannung des Drahts 20 ergibt, wie etwa die plastische Verformung oder ein Defekt des gewickelten Drahts 20 und die plastische Verformung des Isolierelements 112, erzeugt wird.
Wie in 16 gezeigt ist, werden Drähte 20 in jedem Schlitz 16 über die Isolierelemente 12 angeordnet, und die V-, U- und W-Phasenspulenendabschnitte 17u, 17v, 17w werden, wie in 12 gezeigt ist, in den Radialrichtungen abwechselnd entsprechend der Reihenfolge ihrer Windungen angeordnet. Somit wird keine derartige Situation verursacht, dass die Spule einer der drei Phasen, die bereits herumgewickelt wurde, die Spulen der anderen Phasen unterbricht, wenn versucht wird, sie herumzuwickeln. Somit können die Drähte 20 mit einem vergrößerten Raumfaktor S der Spulen 13 gewickelt werden. Der Raumfaktor S des Stators 10 dieser Ausführungsform kann 40% oder größer sein, und in dem Fall des in 16 gezeigten Zustands kann ein Raumfaktor von im Wesentlichen 55% sichergestellt werden. Außerdem haben die Drähte 20 dieser Ausführungsform einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, dessen Breite im Wesentlichen gleich eines Umfangsraums T zwischen den Isolierelementen 12 in dem Schlitz 16 ist. Aufgrund dessen können die Drähte 20 innerhalb des Schlitzes 16 fast ohne Lücke ausgerichtet werden, wodurch der Raumfaktor S weiter vergrößert wird. Hier ist der „Raumfaktor S” als ein Verhältnis der Gesamtquerschnittflächen S1 der elektrischen Leiterabschnitte 20b, die sich durch Entfernen der isolierenden Oberflächenbeschichtungen 20a von den Drähten 20 ergeben, und einer Schnittfläche S2 des Schlitzes 16, definiert.
Die Schnittform des Drahts 20 ist nicht auf die in 16 gezeigte beschränkt, und Drähte 20 mit kreisförmigen Schnitten wie die in 18(a) und 18(b) gezeigten, können verwendet werden. Obwohl auf einen Blick ein durch die dünnen Drähte 20 erzeugter Raumfaktor S höher zu sein scheint als ein durch die dicken Drähte 20 erzeugter Raumfaktor S, wenn unter Bezug auf 18(a) und 18(b) in einen Schlitz 16 eingesetzte dünne Drähte 20 mit in einen Schlitz 16 eingesetzten dicken Drähten verglichen werden, wird, wie durch eine in 19 gezeigte Beziehung zwischen dem Drahtdurchmesser und einem isolierenden Oberflächenbeschichtungsverhältnis mit der gleichen isolierenden Oberflächenbeschichtung 41 angezeigt wird, das Schnittflächenverhältnis einer isolierenden Oberflächenbeschichtung 41 kleiner, wenn der Drahtdurchmesser zunimmt, und der dicke Draht ist gegenüber dem dünnen Draht in Bezug auf den Raumfaktor S vorteilhaft. Außerdem kann die Dicke der isolierenden Oberflächenbeschichtung 41 mit dem gleichen Raumfaktor dick gemacht werden, indem der Drahtdurchmesser eines Leiterdrahts 40, der ein einzelner Draht ist, vergrößert wird, und folglich ist der dicke Draht gegenüber dem dünnen Draht in Bezug auf die Isolierleistung, die erhöht ist, vorteilhaft. Ferner können die in 16 gezeigten Drähte 20 mit dem rechteckigen Querschnitt im Vergleich zu den in 18(a) gezeigten Drähten 20 mit dem kreisförmigen Querschnitt Lücken verkleinern, die innerhalb des Schlitzes 16 erzeugt würden.
Außerdem wird durch eine Emailbeschichtung in der Größenordnung von 40 bis 50 μm auf einen normalen Draht eine Isolierbehandlung angewendet. Jedoch gilt als eine Spannung, die mit einem emailbeschichteten elektrischen Draht verwendet werden kann, im Allgemeinen 500 V oder kleiner, und wenn die Spannung 500 V übersteigt, wird eine Teilentladung begonnen, was zu einer Befürchtung führt, dass eine Verschlechterung der Isolierung erzeugt wird. In dem Fall von Motoren für Elektrofahrzeuge, die dazu neigen, höhere Spannungen zu verwenden, ist auch unter Berücksichtigung einer Stoßspannung eine Spannungsfestigkeit von 1000 V erforderlich. Obwohl aufgrund dessen überlegt wird, dass die Zwischenphasenisolierung implementiert wird, indem ein Isolierpapier zwischen den Drähten 20 der Spulen 13u, 13v, 13w der drei Phasen angeordnet wird, ist ein Isolierpapier-Einfügeschritt notwendig, wenn ein Stator 10 hergestellt wird, was zu einem Problem führt, dass die Herstellungsarbeit komplex wird.
20 ist ein Diagramm, das ein Beziehung zwischen isolierenden Oberflächenbeschichtungsdicken basierend auf dem Dakin-Ausdruck und PDIV (Teilentladungsauslösespannung (Spannungsfestigkeit)) zeigt. Es ist aus diesem Diagramm zu erkennen, dass eine isolierende Oberflächenbeschichtungsdicke von im Wesentlichen 110 μm notwendig ist, um zu ermöglichen, dass die PDIV 1000 V ist. Folglich kann, wie in 21 gezeigt ist, durch Brennen einer isolierenden Oberflächenbeschichtung 41, wie etwa einer Emailbeschichtung mit einer Dicke von 110 μm oder größer, auf den Draht 20 als eine isolierende Oberflächenbeschichtung, die auf den Draht 20 aufgebracht werden soll, durch die isolierenden Oberflächenbeschichtungen 41 ein Zwischenleiterabstand zwischen Leitungsdrähten 40 von 220 μm sichergestellt werden. Durch diesen Aufbau kann nur durch die isolierenden Oberflächenbeschichtungen 41 der Drähte 20 die Unterdrückung der Teilentladung implementiert werden, ohne die Zwischenphasenisolierung durch Anordnen des Isolierpapiers zwischen den Drähten 20 zu implementieren, was die Herstellung der Spulen 13 erleichtert. Außerdem kann als die Isolieroberflächenbeschichtung 41, ein Isolierband oder eine Isolierfolie, die die gleiche Leistung wie die der Emailoberflächenbeschichtung hat, in einer Dicke von 110 μm oder größer herum gewickelt werden.
Wie in außerdem in 23 gezeigt ist, kann auch eine zusammengesetzte isolierende Oberflächenbeschichtung 41A als eine isolierende Oberflächenbeschichtung verwendet werden. In der zusammengesetzten isolierenden Oberflächenbeschichtung 41 sind anorganische Partikel 42 in einem Harz 43 verteilt, und die Geschwindigkeit der Verschlechterung der Isolierleistung durch Teilentladung kann durch die anorganischen Partikel 42 niedrig gehalten werden, wodurch es möglich gemacht wird, die Isolierlebensdauer zu verlängern. Außerdem kann eine anorganische isolierende Oberflächenschicht mit hohen Entladungsschutzeigenschaften als eine andere isolierende Oberflächenbeschichtung verwendet werden. Anorganische Partikel, wie etwa Glas, Glimmer, Nomex und Kapton können zu einem Band oder einer Folie für die Verwendung als eine anorganische isolierende Oberflächenbeschichtung ausgebildet werden, indem sie direkt um einen Leiter (einen einzelnen Draht) 40 oder um einen Leiterdraht 40, der mit einer Emailoberflächenbeschichtung beschichtet ist, gewickelt werden.
Als nächstes wird basierend auf 23(a) bis 27 ein Herstellungsverfahren des Motorstators 10 der Ausführungsform beschrieben. 23(a) und 23(b) zeigen Flussdiagramme von Herstellungsverfahren, in denen ein Herstellungsverfahren in 23(a) und ein herkömmliches Herstellungsverfahren in 23(b) verglichen werden. Wie in 23(b) gezeigt, werden gemäß dem herkömmlichen Herstellungsverfahren, nachdem Isolierelemente in Schlitzen in einem Statorkern (einem Eisenkern) installiert sind (Schritt S1), Drähte, die von den Isolierelementen getrennt sind, in den Statorkern eingesetzt (Schritt S2). Dann wird eine Biegearbeit zum Biegen der getrennten Drähte ausgeführt (Schritt S3), und darauf folgend wird ein Verbindungsarbeitsgang zum Verbinden von Endabschnitten der getrennten Drähte, die benachbart zueinander liegen, ausgeführt (Schritt S4). Dann wird ein Bindearbeitsgang ausgeführt, in dem die Spulen mit einer Bindeschnur befestigt werden (Schritt S5), und dann wird eine Lackierungsbehandlung ausgeführt, in der die Spulen mit einem Lack imprägniert werden und der Lack in den Spulen verfestigt wird, um den Statorkern, die Isolierelemente und die Spulen aneinander zu befestigen (Schritt S6). Auf diese Weise wird der Motorstator gemäß dem herkömmlichen Herstellungsverfahren durch das Verfahren der sechs Schritte hergestellt.
Im Gegensatz dazu kann das Herstellungsverfahren gemäß dem Motorstator-Herstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform, wie in 23(a) gezeigt, auf zwei Schritte reduziert werden: einen Schritt (Schritt S11) zum Installieren von Isolierelementen 12 in Schlitzen in einem Statorkern (einem Eisenkern) 11 und einen Schritt (S12) zum Wickeln von Drähten 20 über die Isolierelemente 12 um den Statorkern 11 herum, wodurch nicht nur eine Verringerung des verwendeten Materials, sondern auch eine bemerkenswerte Verringerung der Herstellungszeit realisiert werden kann, um dadurch die Herstellungskosten niedrig zu halten. Außerdem kann in dem Fall, in dem ein selbstschmelzender Draht als ein Draht 20 verwendet wird, die Befestigung der sich ergebenden Spulen vereinfacht werden, indem die Drähte 20 in einer vereinfachten Weise befestigt werden, indem ein Wärmebehandlungsschritt implementiert wird (Schritt S13).
Insbesondere das Herstellungsverfahren der Ausführungsform beschreibend, wird der Statorkern 11, wie in 24 und 25 gezeigt, horizontal angeordnet, und Drähte 20 werden durch drei U-, V- und W-Phasendüsen 31, die jeweils zwei Drähte 20 abgeben, und mehrere Haken 32, die die so abgegebenen Drähte 20 an vorgegebenen Positionen halten, um den Statorkern 11 wellengewickelt.
Drei Düsen 31 sind bereitgestellt, die eine U-Phasendüse 31u, die zwei Drähte 20 abgibt, die eine U-Phasenspule 13u bilden, eine V-Phasenspule 31v, die zwei Drähte 20 abgibt, die ein V-Phasenspule 13v bilden, und eine W-Phasendüse 31w, die zwei Drähte 20 abgibt, die eine W-Phasenspule 13w bilden, umfasst und die auf einer Innendurchmesserseite des Stators 11 angeordnet sind. Die Düsen 31u, 31v, 31w können jeweils in einer Vertikalrichtung und einer Radialrichtung des Statorkerns 11 bewegt werden, während zwei Drähte 20 abgegeben werden, indem sie von einer entsprechenden Düsenführungsschiene 30 geführt werden.
Es sind insgesamt 24 Haken 32 angeordnet; 12 Haken 32 sind auf jeder der beiden axialen Endseiten des Statorkerns 11 angeordnet. Die Haken 32 arretieren Drähte 20, die von den Düsen 31u, 31v, 31w der drei Phasen abgegeben werden, in vorgegebenen Positionen und halten die Drähte 20 radial auswärts von dem Statorkern 11.
In einem speziellen Schritt zum verteilten Wickeln (Wellenwickeln) von Drähten 20 um den Statorkern 11 werden, wie in 26(a) gezeigt, zwei Drähte 20 einzeln über die Isolierelemente 12 von der axialen Endseite (von einem unteren Ende in der Figur) in Richtung der anderen axialen Endseite (ein oberes Ende in der Figur) des Statorkerns 11 in ein Paar erster Schlitze 16a eingesetzt. Dann werden die Drähte 20, die aus den ersten Schlitzen 16a herausgezogen werden, von dem Haken 32 arretiert, der radial einwärts bewegt wird (26(b)) und die Drähte 20 radial auswärts von den ersten Schlitzen 16a hält, wobei eine Zugspannung auf die Drähte 20 angewendet wird (26(c)).
Durch Anwenden einer Zugspannung auf die Drähte 20, wenn die Drähte 20 von dem Haken 32 arretiert werden und dann radial auswärts gezogen werden, werden die Drähte 20, die in die Schlitze 16 eingesetzt sind, radial einwärts aufgebogen, was zu einer Befürchtung führt, dass der Raumfaktor verringert wird. In diesem Fall kann ein Drahtpressmechanismus bereitgestellt werden, so dass die Drähte 20 herumgewickelt werden, während die Drähte 20, die in den entsprechenden Schlitzen 16 aufgebogen werden, radial einwärts gepresst werden, um ihr Aufbiegen zu korrigieren.
Als nächstes wird der Statorkern 11 zusammen mit dem Haken 32 um einen vorgegebenen Winkel gedreht, wobei die Drähte 20 von dem Haken 32 arretiert gehalten werden, so dass die Drähte 20 sich an einem zweiten Paar zweiter Schlitze 16b befinden, in das die Drähte 20 als nächstes eingesetzt werden sollen. Durch derartiges Drehen des Stators 11 werden die Drähte 20, die von der Düse 31 abgegeben werden, entlang einer Außenumfangsseite des Statorkerns 11 angeordnet (26(d)). Hier werden die Drähte 20 über die Isolierelemente 12 von der anderen axialen Endseite (dem oberen Ende) in Richtung der axialen Endseite (dem unteren Ende) des Statorkerns 11 in die zweiten Schlitze 16b (26(f)) eingesetzt, während die Düse 20 radial auswärts von den zweiten Schlitzen 16b gehalten werden (26(e)).
Danach werden, wie in 27 gezeigt, ebenso die Drähte 20, die aus den zweiten Schlitzen 16b gezogen sind, von dem Haken 32 arretiert und werden radial auswärts von den zweiten Schlitzen 16b gehalten, während eine Zugspannung auf die Drähte 20 angewendet wird. Dann wird der Statorkern 11 zusammen mit dem Haken 32 um den vorgegebenen Winkel gedreht, so dass die Drähte 20 bewegt werden, so dass sie sich an einem Paar dritter Schlitze befinden. Die Drähte 20, die von der Düse 31 abgegeben werden und entlang der Außenumfangsseite des Statorkerns 11 angeordnet sind, werden durch den Haken 32 radial auswärts von den dritten Schlitzen gehalten. Durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen Schritte wird die Spule 13 einer der drei Phasen (zum Beispiel die U-Phasenspule 13u) um den Statorkern 11 wellengewickelt.
Die Reihe von Arbeitsgängen wird von den drei Düsen 31 der U-Phasendüse 31u, der V-Phasendüse 31v und der W-Phasendüse 13w gleichzeitig durchgeführt, wobei die drei Spulen 13 der U-Phasenspule 13u, der V-Phasenspule 13v und der W-Phasenspule 13w ausgebildet werden, während sie abwechselnd entsprechend der Reihenfolge von Windungen angeordnet werden.
Wie hier bereits beschrieben wurde, werden somit gemäß dem Motorstator 10 der Ausführungsform die Drähte 20, die über die Isolierelemente 12 in den Schlitzen 16 verteilt gewickelt werden, um die Spulen 13 der mehreren Phasen zu bilden, jeweils aus dem einzelnen Draht gebildet und werden innerhalb der Isolierelemente 12 angeordnet, während die gespannt werden, so dass der Statorkern 11, die Isolierelemente 12 und die Spulen 13 physikalisch aneinander befestigt werden. Daher können der Bindearbeitsgang und der Lackierarbeitsgang, die ansonsten implementiert würden, nachdem die Drähte 20 um den Statorkern 11 gewickelt wurden, vermieden oder vereinfacht werden, was das Herstellungsverfahren vereinfachen kann, wodurch die Herstellungskosten des Motorstators 10 niedrig gehalten werden können.
Außerdem wird der einzelne Draht mit der isolierenden Oberflächenbeschichtung 41 mit 110 μm oder dicker beschichtet. Daher kann der Isolierabstand zwischen den Drähten 20 der verschiedenen Phasen selbst in dem Fall, dass eine hohe Spannung an die Spulen 13 angelegt wird, um die Verringerung der Größe und die Erhöhung der Leistung des Motors zu erreichen, sichergestellt werden.
Außerdem besteht der einzelne Draht aus dem Leiterdraht 40 mit dem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und der isolierenden Oberflächenbeschichtung 41. Daher können die Drähte 20 derart angeordnet werden, dass sie in den Schlitzen 16 ausgerichtet sind, was den Raumfaktor S erhöht, wodurch es ermöglicht wird, den Motorwirkungsgrad zu erhöhen. Außerdem kann mit dem gleichen Raumfaktor S die Dicke der isolierenden Oberflächenschicht 41 erhöht werden, wodurch die Isolierleistung erhöht wird.
Ferner werden die Spulenendabschnitte 17u, 17v, 17w der Spulen 13u, 13v, 13w der drei Phasen entsprechend der Reihenfolge ihrer Windungen abwechselnd auf dem Statorkern 11 angeordnet. Daher wird das Spulenvolumen verringert, was den Spulenwiderstand und den Kupferverlust niedrig hält, wodurch es ermöglicht wird, den Motorwirkungsgrad zu erhöhen. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
Außerdem ist das Isolierelement 12 das elastische Harzelement. Daher besteht beim Ausbilden der Spulen 13 der mehreren Phasen selbst in dem Fall, dass die Drähte 20 in den Isolierelementen 12 angeordnet werden, während sie gespannt werden, keine Befürchtung, dass die Drähte 20 beschädigt werden, wobei die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Außerdem ist die auf den Draht 20 angewendete Zugspannung gleich oder kleiner als die zulässige elastische Belastung des Drahts 20 und/oder gleich oder kleiner als die zulässige Druckfestigkeit des Isolierelements 12. Daher wird beim Ausbilden der Spulen 13 der mehreren Phasen selbst in dem Fall, dass die Drähte 20 um die Isolierelemente 12 herum verteilt gewickelt werden, während sie gespannt werden, keine derartige Situation erzeugt, dass die Drähte 20 und die Isolierelemente 12 plastisch verformt werden, wobei die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Ferner sind die Öffnungsabschnitte 18 der Schlitze 16 in der Innenumfangsoberfläche 19 des Statorkerns 11 geöffnet. Daher kann der Motorstator 10 dieser Ausführungsform vorzugsweise als ein Motorstator für einen Motor mit Innenrotor verwendet werden.
Außerdem ist der Raumfaktor S der in den Schlitzen 16 angeordneten Spulen 13 40% oder kleiner. Daher kann eine Erhöhung des Motorwirkungsgrads realisiert werden.
Außerdem werdend die Spulen 13 der mehreren Phasen aus den Spulen 13 der drei Phasen der U-Phase, V-Phase und W-Phase gebildet. Die Spulen 13 der drei Phasen werden durch Wellenwickeln der Drähte 20 in den mehreren Schlitzen 16 ausgebildet, so dass die Spulenendabschnitte 17 der Spulen 13 der zwei Phasen in der Radialrichtung ausgerichtet werden. Daher kann das Spulenvolumen verringert werden, wodurch es ermöglicht wird, den Motorwirkungsgrad durch Geringhalten des Spulenwiderstands und des Kupferverlusts zu erhöhen. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird ein Motorstator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
28 ist ein beispielhaftes Diagramm, das einen gewickelten Zustand von Drähten eines Motorstators der dritten Ausführungsform zeigt. In der dritten Ausführungsform werden Spulen 13 der drei Phasen ausgebildet, indem distale Enden der Drähte 20, die jeweils aus einem einzelnen Draht ausgebildet sind und im Voraus geteilt werden, miteinander verbunden (aneinander befestigt) werden. Die dritte Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie den der zweiten Ausführungsform, abgesehen von einem Aufbau, in dem verbundene Abschnitte 23 auf einer axialen Endseite oder der anderen axialen Endseite eines Statorkerns 11 vorhanden sind. Folglich wird ein Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform im Detail beschrieben, während Abschnitten, die gleich denen des Motorstators 10 der zweiten Ausführungsform sind, gleiche Bezugsnummern oder entsprechende Bezugsnummern gegeben werden, so dass deren Beschreibung weggelassen wird.
Wie in 29 gezeigt ist, kann ein Herstellungsverfahren eines Motorstators 10 dieser Ausführungsform auf ein Verfahren reduziert werden, das vier Schritte zum Installieren von Isolierelementen 12 in Schlitzen 16 in einem Statorkern 11 (einem Eisenkern), zum Einsetzen geteilter Drähte 20A in die Schlitze 16 in dem Statorkern 11 über die Isolierelemente 12 (Schritt S22), Biegen der geteilten Drähte 20A (Schritt S23) und Miteinanderverbinden von Endabschnitten benachbarter geteilter Drähte 20A der gleichen Phase (Schritt S24) umfasst. Folglich kann nicht nur das verwendete Material verringert werden, sondern auch die Herstellungszeit kann beträchtlich verringert werden, wodurch es möglich gemacht wird, die Herstellungskosten niedrig zu halten. Beachten Sie, dass in dem Fall, dass ein selbstschmelzender Draht als ein Draht 20 verwendet wird, die Befestigung der sich ergebenden Spulen vereinfacht werden kann, indem die Drähte 20 in einer vereinfachten Weise befestigt werden, indem ein Wärmebehandlungsschritt (Schritt S25) implementiert wird.
Insbesondere werden zuerst mehrere Drähte 20A, die jeweils, wie in 30 gezeigt, im Wesentlichen in eine U-Form gebogen sind und die Spulenendabschnitte 17 haben, die ausgebildet sind, um verschieden radial auswärts verschoben zu werden, wie in 31 gezeigt, in zwei Sätze der zwei U-Phasenschlitze 16u eingesetzt werden, die beabstandet voneinander anteordnet sind, wobei zwei V-Phasenschlitze 16v und W-Phasenschlitze 16w über die Isolierelemente 12 dazwischen eingefügt sind. Darauf folgend wird, wie durch Pfeile in 31 angezeigt, eine Endseite des Drahts 20 in eine Umfangsrichtung gebogen und seine andere Endseite wird in die andere Umfangsrichtung gebogen, wobei distale Enden 21 der benachbarten Drähte 20A der gleichen Phase, wie in 32 gezeigt, nahe aneinander angeordnet werden.
Wenn dies stattfindet, hat der Draht 20A, wie in 16 gezeigt, eine Breite, die im Wesentlichen gleich einem Umfangsraum T zwischen den Isolierelementen 12 in dem Schlitz 16 ist. Daher werden die in den Schlitz 16 eingesetzten Drähte 20A durch die Isolierelemente 12 an ihrem Platz in der Umfangsrichtung befestigt. Außerdem werden gleichzeitig die Spulenendabschnitte 17, die im Voraus ausgebildet werden, wie in 33 gezeigt, in Eingriff mit den Isolierelementen 12 gebracht, wodurch die Drähte 20 ebenfalls in einer Axialrichtung an ihrem Platz befestigt werden. Nämlich wird eine Zugspannung auf den Draht 20A angewendet, indem der Draht 20A gebogen wird, wodurch der Draht 20 physikalisch an dem Statorkern 11 befestigt wird. Dann werden die distalen Enden der benachbarten Drähte 20 der gleichen Phase miteinander verbunden, um verbundene Abschnitte 23 zu bilden, wodurch eine erste Windung 13u1 der U-Phasenspule 13u ausgebildet wird.
Durch Wickeln werden die V-Phasenspule 13v und die W-Phasenspule 13w in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben gewickelt, eine erste Windung 13u1 der V-Phasenspule 13v und eine erste Windung 13w1 der W-Phasenspule 13w werden ausgebildet. Ähnlich werden eine zweite Windung 13u2 der U-Phasenspule 13u, eine zweite Windung 13v2 der V-Phasenspule 13v, eine zweite Windung 13w2 der W-Phasenspule 13w, eine dritte Windung 13u3 der U-Phasenspule 13u, ... in dieser Reihenfolge nacheinander um den Statorkern 11 gewickelt und, wie in 12 gezeigt ist, werden schließlich drei Spulen 13 der U-Phasenspule 13u, der V-Phasenspule 13v und der W-Phasenspule 13w entsprechend der Reihenfolge ihrer Windungen abwechselnd auf dem Statorkern 11 angeordnet.
Da auch in dem Motorstator 10, der auf die vorstehend beschriebene Weise ausgebildet wird, die Spulenendabschnitte 17 ausgebildet sind, um entsprechend der Reihenfolge der Windungen verschieden radial auswärts verschoben zu sein, wenn die Drähte 20A im Voraus im Wesentlichen in die U-Form gebogen werden, wird ein Raum zwischen dem Spulenendabschnitt 17 der ersten Windung und dem Spulenendabschnitt 17 der zweiten Windung ausgebildet, der ermöglicht, dass der Spulenendabschnitt 17 der verschiedenen Phasen in ihn eingesetzt wird. Da außerdem die Drähte 20A der drei Phasen innerhalb der Isolierelemente 12 angeordnet werden, während sie gespannt werden, werden der Statorkern 11, die Isolierelemente 12 und die Spulen 13u, 13v, 13w der drei Phasen mittels der auf die Drähte 20A angewendeten Zugspannung physikalisch aneinander befestigt, wodurch die Bindebehandlung und die Lackierungsbehandlung, die ansonsten notwendig wären, vermieden oder vereinfacht werden können.
34 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem einzelne Drähte mit verschiedenen Querschnittformen in den Schlitz 16 eingesetzt sind. Gemäß dieser Ausführungsform werden, wie in 34 gezeigt, Drähte 20A (einzelne Drähte) mit Breiten, die sich in jeder Windung oder mit der Reihenfolge der Windungen unterscheiden, verwendet, um um den Statorkern 11 herumgewickelt zu werden, indem Isolierelemente 12 mit einer dem Umfang nach gleichmäßigen Dicke verwendet werden, wodurch ein zwischen dem Schlitz 16 und den Drähten 20A definierter Raum minimiert werden kann, wodurch es ermöglicht wird, den Raumfaktor S weiter zu erhöhen.
Obwohl Schnittformen von Leiterdrähten 40 verschieden werden, bleiben ihre Schnittflächen mit Blick auf die Verhinderung einer Verringerung des Motorwirkungsgrads wünschenswerterweise konstant, so dass der elektrische Widerstand jeder Windung konstant wird. Obwohl der Leiterdraht 40 eine beliebige Querschnittform haben kann, ist es außerdem gut, dass der Leiterdraht 40 eine flache Winkelform hat, um den Raumfaktor S zu erhöhen.
Somit kann gemäß dieser Ausführungsform, wie hier bereits beschrieben wurde, der Statur hergestellt werden, der die Drähte 20 verwendet, deren Schnittformen sich in jeder Windung oder entsprechend der Reihenfolge der Windungen unterscheiden. Außerdem ist diese Ausführungsform wirkungsvoll in der Anwendung für einen Draht, der eine große Querschnittform und eine hohe Biegesteifigkeit hat.
Somit werden, wie hier bereits beschrieben wurde, gemäß dem Motorstator 10 gemäß dieser Ausführungsform die mehreren Drähte 20A, die im Wesentlichen in die U-Form ausgebildet sind, in die Schlitze 16 eingesetzt, die distalen Enden der Drähte 20A werden gebogen, um die Zugspannung auf die Drähte 20A anzuwenden, und die Drähte 20A werden innerhalb der Isolierelemente 12 angeordnet, während sie gespannt werden. Daher könnend der Statorkern 11, die Isolierelemente 12 und die Spulen 13 physikalisch aneinander befestigt werden, wodurch die Bindebehandlung und die Lackierungsbehandlung, die ansonsten notwendig wären, vermieden oder vereinfacht werden können, und dies kann das Herstellungsverfahren vereinfachen, wobei die Herstellungskosten des Motorstators 10 dadurch niedrig gehalten werden.
Außerdem werden die Spulen 13 ausgebildet, indem die mehreren Drähte 20A, die im Wesentlichen zu der U-Form ausgebildet sind, in die Schlitze 16 eingesetzt werden und die distalen Enden 21 der Drähte 20A verbunden werden. Daher könnend die Spulen 13 unter Verwendung der Drähte 20A, die jeweils aus dem einzelnen Draht bestehen, leicht hergestellt werden.
Außerdem haben die Leiterdrähte 40 eine konstante Querschnittfläche, aber unterscheiden sich in der Schnittform, und daher können die Drähte 20A derart angeordnet werden, dass sie in den Schlitzen 16 ausgerichtet sind, um den definierten Raum zu minimieren, was den Raumfaktor S erhöht, wodurch es möglich gemacht wird, den Motorwirkungsgrad zu erhöhen.
Da ferner das Isolierelement 12 das elastische Harzelement ist, wird beim Ausbilden der Spulen 13 der mehreren Phasen, selbst in dem Fall, dass die Drähte 20 in den Isolierelementen 12 verteilt werden, während sie gespannt werden, keine Befürchtung erzeugt, dass die Drähte 20 beschädigt werden, wodurch die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Da außerdem die auf die Drähte 20 angewendete Zugspannung gleich oder kleiner als die zulässige elastische Belastung des Drahts 20 und/oder gleich oder kleiner als die zulässige Druckfestigkeit des Isolierelements 12 ist, wird beim Ausbilden der Spulen 13 der mehreren Phasen selbst in dem Fall, dass die Drähte in den Isolierelementen 12 verteilt werden, während sie gespannt werden, keine derartige Situation bewirkt, dass die Drähte 20 und die Isolierelemente 12 plastisch verformt werden, wodurch die vorgegebene Motorleisung aufrecht erhalten wird.
Da außerdem der Öffnungsabschnitt 18 des Schlitzes 16 in der Innenumfangsoberfläche 19 des Statorkerns 11 geöffnet ist, kann der Statormotor der Ausführungsform vorzugsweise als ein Motorstator 10 für einen Motor mit Innenrotor verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die bis jetzt beschrieben wurden, und kann folglich nach Bedarf modifiziert oder verbessert werden.
Während in den Ausführungsformen zum Beispiel der Motorstator beschrieben ist, in dem die Drähte durch Wellenwickeln verteilt gewickelt werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auch auf einen Motorstator angewendet werden, in dem Drähte zum Beispiel schleifengewickelt werden.
Während in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Drähte außerdem um jedes der Paare von Schlitzen als Schlitze für die Spule der gleichen Phase gewickelt werden, die in der Umfangsrichtung in Intervallen von vier Schlitzen benachbart ausgerichtet sind, können die Drähte um jeden der Schlitze als Schlitze für die Spule der gleichen Phase gewickelt werden, die in Intervallen von zwei Schlitzen ausgerichtet sind. Alternativ können die Drähte um jeden einer vorgegebenen Anzahl von Schlitzen als Schlitze für die Spule der gleichen Phase gewickelt werden, die in der Umfangsrichtung benachbart ausgerichtet sind, wobei Schlitze für die anderen Phasen dazwischen eingefügt sind.
Gemäß den vorstehenden Ausführungsformen kann ein Motorstator 10, 110 umfassen: einen Statorkern 11, 111 mit mehreren Schlitzen 16; 116; Isolierelemente 12, 112, die in den mehreren Schlitzen angeordnet sind; und Spulen mehrerer Phasen 13u, 13v, 13w, 113u, 113v, 113w, die jeweils durch verteiltes Wickeln von Drähten 20, 20A, 120 in vorgeschriebenen Schlitzen der mehreren Schlitze ausgebildet werden, die über die Isolierelemente in Intervallen einer vorgegebenen Anzahl von Schlitzen beabstandet angeordnet sind. Die Drähte können in einem Zustand innerhalb der Isolierelemente angeordnet werden, dass Spannungen auf die Drähte angewendet werden. Der Statorkern, die Isolierelemente und die Spulen können durch die Zugspannungen der Drähte physikalisch aneinander befestigt werden.
Gemäß dieser Struktur können die Bindebehandlung und die Lackierungsbehandlung, die andernfalls notwendig wären, nachdem die Drähte gewickelt sind, vermieden oder vereinfacht werden, was das Herstellungsverfahren vereinfachen kann, wodurch die Motorstatorherstellungskosten niedrig gehalten werden.
Jeder der Drähte 120 kann aus mehreren Litzen 120' gefertigt sein.
Jeder der Drähte kann aus einem einzelnen Draht 20, 20A gefertigt sein.
Der einzelne Draht kann mit einer isolierenden Oberflächenbeschichtung 41, 41A mit 110 μm oder mehr beschichtet werden.
Da gemäß dieser Struktur die hohe Leistung selbst in dem Fall, dass eine hohe Spannung an die Spulen angelegt wird, erreicht werden kann, kann ein Isolationsabstand zwischen den Drähten der verschiedenen Phasen in sicherer Weise sichergestellt werden.
Der einzelne Draht kann mit einer zusammengesetzten isolierenden Oberflächenbeschichtung 41A beschichtet werden, in der anorganische Partikel 42 in einem Harz 43 verteilt sind.
Gemäß dieser Struktur kann die Verschlechterung der isolierenden Oberflächenbeschichtung selbst in dem Fall, dass eine Entladungserscheinung zwischen den Drähten der verschiedenen Phasen der Spulen erzeugt wird, gering gehalten werden, wodurch die Isolationslebensdauer verlängert werden kann.
Der einzelne Draht kann mit einer anorganischen isolierenden Oberflächenbeschichtung beschichtet werden.
Gemäß dieser Struktur kann der Widerstand für die Entladung in der isolierenden Oberflächenbeschichtung vergrößert werden, wodurch eine Verlängerung der Isolationslebensdauer realisiert werden kann.
Der einzelne Draht kann einen Leiterdraht 40 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Schnitt und eine isolierende Oberflächenbeschichtung, die eine Außenoberfläche des Leiterdrahts bedeckt, aufweisen.
Gemäß dieser Struktur können die Drähte derart angeordnet werden, dass sie innerhalb der Schlitze ausgerichtet sind, und dies erhöht den Raumfaktor, wodurch der Motorwirkungsgrad erhöht werden kann. Außerdem kann mit dem gleichen Raumfaktor die Dicke der isolierenden Oberflächenbeschichtung erhöht werden, wodurch die Isolationsleistung erhöht wird.
Der Leiterdraht kann eine Schnittfläche, die konstant ist, und eine Schnittform, die sich entsprechend der Reihenfolge der Windungen unterscheidet, haben.
Gemäß dieser Struktur können die Drähte derart angeordnet werden, dass sie innerhalb der Schlitze ausgerichtet sind, um die darin definierten Lücken zu minimieren, und dies erhöht den Raumfaktor, wodurch der Motorwirkungsgrad erhöht werden kann.
Die Spulen können jeweils ausgebildet werden, indem mehrere Drähte 20A, die jeweils im Wesentlichen zu einer U-Form ausgebildet sind, in die Schlitze eingeführt werden und distale Enden 21 der Drähte miteinander verbunden werden.
Gemäß dieser Struktur können die Spulen leicht unter Verwendung der Drähte hergestellt werden, die jeweils aus dem einzelnen Draht mit der hohen Biegesteifigkeit gefertigt sind.
Spulenendabschnitte 17u, 17v, 17w, 117u, 117v, 117w der Spulen der mehreren Phasen können entsprechend der Reihenfolge von Windungen der Spulen der mehreren Phasen abwechselnd auf dem Statorkern angeordnet werden.
Gemäß dieser Struktur wird das Spulenvolumen verringert, und der Spulenwiderstand und der Kupferverlust werden niedrig gehalten, wodurch der Motorwirkungsgrad erhöht werden kann. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
Das Isolierelement kann ein elastisches Harzelement 12, 112 sein.
Gemäß dieser Struktur wird beim Ausbilden von Spulen mehrerer Phasen selbst in dem Fall, dass die Drähte verteilt in den Isolierelementen gewickelt werden, während sie gespannt werden, keine Befürchtung erzeugt, dass die Drähte beschädigt werden, wodurch die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Eine Spannung, die auf jeden der Drähte angewendet wird, kann gleich oder kleiner als eine zulässige elastische Belastung des Drahts und/oder gleich oder kleiner als eine zulässige Druckfestigkeit des Isolierelements sein.
Gemäß dieser Struktur wird beim Ausbilden von Spulen mehrerer Phasen selbst in dem Fall, dass die Drähte in den Isolierelementen verteilt gewickelt werden, während sie gespannt werden, keine derartige Situation bewirkt, dass die Drähte und die Isolierelemente plastisch verformt werden, wodurch die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Ein Öffnungsabschnitt 18, 118 jedes der Schlitze kann in einer Innenumfangsoberfläche 19, 119 des Statorkerns geöffnet sein.
Gemäß dieser Struktur kann der Motorstator vorzugsweise als ein Motorstator für einen Motor mit Innenrotor verwendet werden.
Ein Raumfaktor S der Spule, die innerhalb des Schlitzes angeordnet ist, kann gleich oder größer als 40% sein.
Gemäß dieser Struktur kann eine Erhöhung des Motorwirkungsgrads realisiert werden.
Die Spulen der mehreren Phasen können Spulen mit drei Phasen, einschließlich der U-Phase, V-Phase und W-Phase, aufweisen. Die Spulen der drei Phasen können durch Wellenwickeln der Drähte in den Schlitzen ausgebildet werden, so dass Spulenendabschnitte der Spulen der zwei Phasen in einer Radialrichtung ausgerichtet werden.
Gemäß dieser Struktur kann das Spulenvolumen verringert werden, und dies halt den Spulenwiderstand und den Kupferverlust gering, wodurch der Motorwirkungsgrad erhöht werden kann. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
Überdies kann ein Herstellungsverfahren eines Motorstators 10, 110 gemäß den vorstehenden Ausführungsformen, in dem Spulen mehrerer Phasen 13u, 13v, 13w, 113u, 113v, 113w durch verteiltes Wickeln von Drähten 20, 20A, 120 in mehreren Schlitzen 16, 116, die in einem Statorkern 11, 111 bereitgestellt sind, ausgebildet werden und beabstandet angeordnet werden, wobei eine vorgegebene Anzahl von Schlitzen dazwischen eingefügt ist, die folgenden Schritte umfassen: Anordnen von Isolierelementen 12, 112 in den mehreren Schlitzen zur Herstellung einer elektrischen Isolierung zwischen dem Statorkern und den Drähten; verteiltes Wickeln der Drähte in den mehreren Schlitzen; und Anordnen der Drähte innerhalb der Isolierelemente in einem Zustand, dass Zugspannungen auf die Drähte angewendet werden, und physikalisches Befestigen des Statorkerns, der Isolierelemente und der Spulen aneinander.
Gemäß diesem Verfahren können die Bindebehandlung und die Lackierungsbehandlung vermieden oder vereinfacht werden, und das Herstellungsverfahren kann vereinfacht werden, wodurch die Herstellungskosten des Motorstators niedrig gehalten werden.
Jeder der Drähte kann aus mehreren Litzen gefertigt sein.
Der Schritt des verteilten Wickelns kann die folgenden Schritte umfassen: Einsetzen der Drähte in ein entsprechendes Isolierelement eines ersten Schlitzes 116a von einer axialen Endseite in Richtung der anderen axialen Endseite des Statorkerns; Halten der Drähte, die aus dem ersten Schlitz in eine Position herausgezogen sind, die radial auswärts von dem ersten Schlitz auf der anderen axialen Endseite des Statorkerns liegt, wobei eine Zugspannung auf die Drähte angewendet wird; Drehen des Statorkerns zusammen mit den Drähten um einen vorgegebenen Winkel, so dass die Drähte sich an einem zweiten Schlitz 116b befinden, in den die Drähte als nächstes eingesetzt werden sollen; Halten der Drähte in einer Position, die radial auswärts von dem zweiten Schlitz auf der anderen axialen Endseite des Statorkerns liegt; einsetzen der Drähte in ein entsprechendes Isolierelement in dem zweiten Schlitz von der anderen axialen Endseite zu der axialen Endseite des Statorkerns; Halten der Drähte, die aus dem zweiten Schlitz herausgezogen werden, in einer Position, die radial auswärts von dem zweiten Schlitz auf der axialen Endseite des Statorkerns liegt, wobei eine Zugspannung auf die Drähte angewendet wird; Drehen des Statorkerns zusammen mit den Drähten um einen vorgegebenen Winkel, so dass die Drähte sich an einem dritten Schlitz befinden, in den die Drähte als nächstes eingesetzt werden sollen; und Halten der Drähte in einer Position, die radial auswärts von dem dritten Schlitz auf der axialen Endseite des Statorkerns liegt. Diese Reihe von Schritten in dem verteilten Wickelschritt kann wiederholt ausgeführt werden.
Gemäß diesem Verfahren können die Drähte in den mehreren Schlitzen wellengewickelt werden, während sie gespannt werden, so dass die Spulenendabschnitte der Spulen der zwei Phasen in der Radialrichtung ausgerichtet werden, wodurch nicht nur die Spulenbefestigungsbehandlung vermieden oder vereinfacht werden kann, um dadurch das Herstellungsverfahren zu vereinfachen, sondern auch der Kupferwiderstand und der Kupferverlust niedrig gehalten werden können, um dadurch den Motorwirkungsgrad zu erhöhen. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
Jeder der Drähte kann aus einem einzelnen Draht 20, 20A gefertigt sein.
Der Schritt des verteilten Wickelns kann die folgenden Schritte umfassen: Einsetzen der Drähte, die im Voraus im Wesentlichen zu einer U-Form ausgebildet werden; Biegen distaler Enden 21 der in die Schlitze eingesetzten Drähte n einer Umfangsrichtung des Statorkerns, und Anwenden der Zugspannungen auf die Drähte; und Miteinanderverbinden der distalen Ende der Drähte der gleichen Phase.
Gemäß diesem Verfahren können die Spulen selbst in dem Fall, dass die Drähte, die jeweils aus dem einzelnen Draht mit der hohen Biegesteifigkeit gefertigt sind, verwendet werden, leicht hergestellt werden.
Der einzelne Draht kann mit einer zusammengesetzten isolierenden Oberflächenbeschichtung 41A beschichtet werden, in der anorganische Partikel 42 in einem Harz 43 angeordnet sind.
Gemäß diesem Verfahren kann die Verschlechterung der isolierenden Oberflächenbeschichtung selbst in dem Fall, dass zwischen den Drähten verschiedener Phasen eine Entladungserscheinung erzeugt wird, unterdrückt werden, wodurch eine Verlängerung der Isolationslebensdauer realisiert werden kann.
Der einzelne Draht kann mit einer anorganischen isolierenden Oberflächenbeschichtung beschichtet werden.
Gemäß diesem Verfahren kann der Widerstand gegen die Entladung der isolierenden Oberflächenbeschichtung erhöht werden, wodurch eine Verlängerung der Isolationslebensdauer realisiert werden kann.
Die Drähte können jeweils ein flachwinkliger einzelner Draht 20A mit einer Schnittform, die sich in jeder Windung unterscheidet, und einer Schnittfläche, die konstant ist, sein.
Da gemäß diesem Verfahren die Drähte jeweils aus dem flachwinkligen einzelnen Draht gefertigt sind, der die Schnittform, die sich in jeder Windung unterscheidet, und die Schnittfläche, die konstant bleibt, hat, können die Drähte derart angeordnet werden, dass sie innerhalb der Schlitze ausgerichtet werden, um die darin definierten Lücken zu minimieren, und dies erhöht den Raumfaktor, wodurch es möglich gemacht wird, den Motorwirkungsgrad zu erhöhen.
Spulenendabschnitte 17, 117 der Spulen der mehreren Phasen können entsprechend der Reihenfolge der Windungen der mehreren Phasen abwechselnd auf dem Statorkern angeordnet werden.
Gemäß diesem Verfahren wird das Spulenvolumen verringert, und der Spulenwiderstand und der Kupferverlust werden niedrig gehalten, wodurch der Motorwirkungsgrad erhöht werden kann. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
Jedes der Isolierelemente kann ein elastisches Harzelement 12, 112 sein.
Gemäß diesem Verfahren wird beim Ausbilden der Spulen mehrerer Phasen selbst in dem Fall, dass die Drähte in den Isolierelementen verteilt gewickelt werden, während sie gespannt werden, keine Befürchtung bewirkt, dass die Drähte beschädigt werden, wobei die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Eine an jeden der Drähte angelegte Zugspannung kann gleich oder kleiner als eine zulässige elastische Belastung des Drahts und/oder gleich oder kleiner als eine zulässige Druckfestigkeit des Isolierelements sein.
Gemäß diesem Verfahren wird beim Ausbilden der Spulen mehrerer Phasen selbst in dem Fall, dass die Drähte in den Isolierelementen verteilt gewickelt werden, während sie gespannt werden, keine derartige Situation bewirkt, dass die Drähte und Isolierelemente plastisch verformt werden, wobei die vorgegebene Motorleistung aufrecht erhalten wird.
Ein Öffnungsabschnitt 18, 118 des Schlitzes kann in einer Innendurchmesseroberfläche 19, 119 des Statorkerns geöffnet sein.
Gemäß diesem Verfahren kann der Motorstator bevorzugt als ein Motorstator für einen Motor mit Innenrotor verwendet werden.
Die Spulen können Spulen mit drei Phasen einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase aufweisen. Die Spulen der drei Phasen können durch Wellenwickeln der Drähte in den mehreren Schlitzen ausgebildet werden, so dass Spulenendabschnitte der Spulen der zwei Phasen in einer Radialrichtung ausgerichtet werden.
Gemäß diesem Verfahren kann das Spulenvolumen verringert werden, und dies hält den Spulenwiderstand und den Kupferverlust gering, wodurch der Motorwirkungsgrad erhöht werden kann. Außerdem kann eine Verringerung des Gewichts und der Größe des Motors realisiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Motorstator
11: Statorkern
12: Isolierelement (Harzelement)
13: Spule
13u: U-Phasenspule
13v: V-Phasenspule
13w: W-Phasenspule
16: Schlitz
17: Spulenendabschnitt
18: Öffnungsabschnitt
19: Innenumfangsoberfläche des Statorkerns
20, 20A: Draht (einzelner Draht)
21: distales Ende des Drahts
23: verbundener Abschnitt
40: Leiterdraht
41: isolierende Oberflächenbeschichtung
41A: zusammengesetzte isolierende Oberflächenbeschichtung
42: anorganische Partikel
43: Harz
T: Umfangsraum in Isolierelement
110: Motorstator
111: Statorkern
112: Isolierelement (Harzelement)
113: Spule
113u: U-Phasenspule
113v: V-Phasenspule
113w: W-Phasenspule
116: Schlitz
116u: U-Phasenschlitz
116: V-Phasenschlitz
116w: W-Phasenschlitz
117: Spulenendabschnitt
117u: U-Phasenspulenendabschnitt
117v: V-Phasenspulenendabschnitt
117w: W-Phasenspulenendabschnitt
118: Öffnungsabschnitt
119: Innenumfangsoberfläche des Statorkerns
120: Draht
S: Raumfaktor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-006677 A [0012]
US 2003/0168547 [0012]
JP 2006-166675 A [0012]
US 6242836 [0012]

Claims

Motorstator (10, 110), der aufweist: einen Statorkern 11, 111 mit mehreren Schlitzen (16, 116); Isolierelemente (12, 112), die in den mehreren Schlitzen angeordnet sind; und Spulen mit mehreren Phasen (13u, 13v, 13w, 113u, 113v, 113w), die jeweils durch verteiltes Wickeln von Drähten (20, 20A, 120) in vorgeschriebenen Schlitzen der mehreren Schlitze ausgebildet werden, welche in Intervallen einer vorgegebenen Anzahl von Schlitzen über die Isolierelemente beabstandet angeordnet sind, wobei die Drähte in einem Zustand innerhalb der Isolierelemente angeordnet werden, in dem Zugspannungen auf die Drähte angewendet werden, und der Statorkern, die Isolierelemente und die Spulen durch die Zugspannungen der Drähte physikalisch aneinander befestigt werden.
Motorstator nach Anspruch 1, wobei jeder der Drähte (120) aus mehreren Litzen (120') besteht.
Motorstator nach Anspruch 1, wobei jeder der Drähte aus einem einzelnen Draht (20, 20A) gefertigt ist.
Motorstator nach Anspruch 3, wobei der einzelne Draht mit einer isolierenden Oberflächenbeschichtung (41, 41A) mit 110 μm oder größer beschichtet ist.
Motorstator nach Anspruch 3 oder 4, wobei der einzelne Draht mit einer zusammengesetzten isolierenden Oberflächenbeschichtung (41A) beschichtet ist, wobei anorganische Partikel (42) in einem Harz (43) verteilt sind.
Motorstator nach Anspruch 3 oder 4, wobei der einzelne Draht mit einer anorganischen isolierenden Oberflächenbeschichtung beschichtet ist.
Motorstator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der einzelne Draht einen Leiterdraht (40) mit einem im Wesentlichen rechteckigen Schnitt und einer isolierenden Oberflächenbeschichtung, die eine Außenoberfläche des Leiterdrahts bedeckt, aufweist.
Motorstator nach Anspruch 7, wobei der Leiterdraht eine Schnittfläche, die konstant ist, und eine Schnittform, die sich entsprechend der Reihenfolge der Windungen unterscheidet, hat.
Motorstator nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Spulen jeweils ausgebildet werden, indem mehrere Drähte (20A), die jeweils im Wesentlichen in eine U-Form geformt sind, in die Schlitze eingesetzt werden und die distalen Enden (21) der Drähte miteinander verbunden werden.
Motorstator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Spulenendabschnitte (17u, 17v, 17w, 117u, 117v, 117w) der Spulen der mehreren Phasen entsprechend der Reihenfolge der Windungen der Spulen der mehreren Phasen abwechselnd auf dem Statorkern angeordnet sind.
Motorstator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Isolierelement ein elastisches Harzelement (12, 112) ist.
Motorstator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Zugspannung, die auf jeden der Drähte angewendet wird, gleich oder kleiner als eine zulässige elastische Belastung des Drahts und/oder gleich oder kleiner als eine zulässige Druckfestigkeit des Isolierelements ist.
Motorstator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Öffnungsabschnitt (18, 118) jedes der Schlitze in einer Innenumfangsoberfläche (19, 119) des Statorkerns geöffnet ist.
Motorstator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Raumfaktor (5) der in dem Schlitz angeordneten Spule gleich oder größer als 40% ist.
Motorstator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Spulen der mehreren Phasen Spulen mit drei Phasen, einschließlich der U-Phase, V-Phase und W-Phase, aufweisen, und wobei die Spulen der drei Phasen ausgebildet werden, indem die Drähte in den Schlitzen wellengewickelt werden, so dass Spulenendabschnitte der Spulen der zwei Phasen in einer Radialrichtung ausgerichtet werden.
Herstellungsverfahren eines Motorstators (10, 110), in dem Spulen mehrerer Phasen (13u, 13v, 13w, 113u, 113v, 113w) ausgebildet werden, indem Drähte (20, 20A, 120) in mehreren auf einem Statorkern (11, 111) bereitgestellten Schlitzen (16, 116) verteilt gewickelt werden, die mit einer vorgegebenen Anzahl von Schlitzen dazwischen eingeschoben beabstandet angeordnet sind, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen von Isolierelementen (12, 112) in den mehreren Schlitzen zum Herstellen einer elektrischen Isolierung zwischen dem Statorkern und den Drähten; verteiltes Wickeln der Drähte in den mehreren Schlitzen; und Anordnen der Drähte innerhalb der Isolierelemente in einem Zustand, in dem Zugspannungen auf die Drähte angewendet werden, und physikalisches Befestigen des Statorkerns, der Isolierelemente und Spulen aneinander.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, wobei jeder der Drähte aus mehreren Litzen besteht.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des verteilten Wickelns aufweist: Einsetzen von Drähten in ein entsprechendes Isolierelement eines ersten Schlitzes (116a) von einer axialen Endseite in Richtung der anderen axialen Endseite des Statorkerns; Halten der Drähte, die aus dem ersten Schlitz in eine Position herausgezogen sind, die radial auswärts von dem ersten Schlitz auf der anderen axialen Endseite des Statorkerns liegt, wobei eine Zugspannung auf die Drähte angewendet wird; Drehen des Statorkerns zusammen mit den Drähten um einen vorgegebenen Winkel, so dass die Drähte sich an einem zweiten Schlitz (116b) befinden, in den die Drähte als nächstes eingesetzt werden sollen; Halten der Drähte in einer Position, die radial auswärts von dem zweiten Schlitz auf der anderen axialen Endseite des Statorkerns liegt; Einsetzen der Drähte in ein entsprechendes Isolierelement in dem zweiten Schlitz von der anderen axialen Endseite zu der axialen Endseite des Statorkerns; Halten der Drähte, die aus dem zweiten Schlitz herausgezogen werden, in einer Position, die radial auswärts von dem zweiten Schlitz auf der axialen Endseite des Statorkerns liegt, wobei eine Zugspannung auf die Drähte angewendet wird; Drehen des Statorkerns zusammen mit den Drähten um einen vorgegebenen Winkel, so dass die Drähte sich an einem dritten Schlitz befinden, in den die Drähte als nächstes eingesetzt werden sollen; und Halten der Drähte in einer Position, die radial auswärts von dem dritten Schlitz auf der axialen Endseite des Statorkerns liegt, und wobei die Reihe von Schritten in dem verteilten Wickelschritt wiederholt ausgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, wobei jeder der Drähte aus einem einzelnen Draht (20, 20A) gefertigt ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des verteilten Wickelns aufweist Einsetzen der Drähte, die jeweils im Voraus im Wesentlichen zu einer U-Form ausgebildet werden, in die Schlitze; Biegen distaler Enden (21) der in die Schlitze eingesetzten Drähte in einer Umfangsrichtung des Statorkerns und Anwenden der Zugspannungen auf die Drähte; und Miteinanderverbinden der distalen Enden der Drähte der gleichen Phase.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der einzelne Draht mit einer zusammengesetzten isolierenden Oberflächenbeschichtung (41A) beschichtet wird, wobei anorganische Partikel (42) in einem Harz (43) verteilt sind.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der einzelne Draht mit einer anorganischen isolierenden Oberflächenbeschichtung beschichtet ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die Drähte jeweils ein flachwinkliger einzelner Draht (20A) mit einer Schnittform, die sich in jeder Windung unterscheidet, und einer Schnittfläche, die konstant ist, sind.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei Spulenendabschnitte (17, 117) der Spulen der mehreren Phasen entsprechend der Reihenfolge der Windungen der mehreren Phasen abwechselnd auf dem Statorkern angeordnet werden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei jedes der Isolierelemente ein elastisches Harzelement (12, 112) ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei eine auf jeden der Drähte angewendete Zugspannung gleich oder kleiner als eine zulässige elastische Belastung des Drahts und/oder gleich oder kleiner als eine zulässige Druckfestigkeit des Isolierelements ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei ein Öffnungsabschnitt (18, 118) des Schlitzes in einer Innendurchmesseroberfläche (19, 119) des Statorkerns geöffnet ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, wobei die Spulen Spulen der drei Phasen einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase aufweisen, und wobei die Spulen der drei Phasen durch Wellenwickeln der Drähte in den mehreren Schlitzen ausgebildet werden, so dass Spulenendabschnitte der Spulen der zwei Phasen in einer Radialrichtung ausgerichtet werden.