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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-43452 , eingereicht am 6. März 2014, deren Inhalt hierdurch durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit in diese Anmeldung aufgenommen ist, und beansprucht deren Priorität.
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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Statoren für drehende elektrische Maschinen, die bei beispielsweise Motorfahrzeugen als elektrische Motoren und elektrische Generatoren verwendet werden.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Drehende elektrische Maschinen, die bei Motorfahrzeugen als elektrische Motoren und elektrische Generatoren verwendet werden, weisen herkömmlicherweise einen Rotor und einen Stator, der in einem radialen Gegenüberliegen zu dem Rotor angeordnet ist, auf. Der Stator weist einen ringförmigen (oder einen hohlen zylindrischen) Statorkern und eine Statorspule auf. Der Statorkern hat eine Mehrzahl von Nuten, die in einer Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Die Statorspule ist an dem Statorkern angebracht, um in den Nuten des Statorkerns aufgenommen zu sein. Um einen Eisenverlust zu reduzieren, ist außerdem der Statorkern allgemein durch Schichten einer Mehrzahl von Stahlplatten in der axialen Richtung desselben gebildet.
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Das Patentdokument 1 (das heißt die japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr.
JP2010288424A ) offenbart einen ringförmigen Statorkern, der eine Mehrzahl von Statorkernsegmenten aufweist, die in der Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind, um einander in der Umfangsrichtung anzugrenzen. Für den Zweck eines Reduzierens eines Eisenverlusts ist außerdem ferner jedes der Statorkernsegmente durch Schichten einer Mehrzahl von Stahlplatten in der axialen Richtung des Statorkerns gebildet.
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Das Patentdokument 2 (das heißt die japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr.
JP2011097790A ) offenbart eine Heizvorrichtung, die eine Induktionsspule zum induktiven Heizen eines Statorkerns, an dem eine Statorspule angebracht ist, aufweist.
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Die Heizvorrichtung, die in dem Patentdokument 2 offenbart ist, ist genauer gesagt entworfen, um durch Heizen und dadurch Härten (oder Verfestigen) eines flüssigen thermisch härtenden Harzes (zum Beispiel Lacks) mit der Wärme des Statorkerns, der induktiv geheizt wird, die Statorspule an dem Statorkern zu fixieren.
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Vorbestimmte Abschnitte der Statorspule, die in den Nuten des Statorkerns aufgenommen sind, werden genauer gesagt mit dem flüssigen thermisch härtenden Harz getränkt und dasselbe wird bei den vorbestimmten Abschnitten gehalten. Die Induktionsspule der Heizvorrichtung, die bei einer vorbestimmten Position radial innerhalb des ringförmigen Statorkerns platziert ist, wird erregt, um den Statorkern auf die Härtetemperatur des thermisch härtenden Harzes induktiv zu heizen. Mit der Erhöhung der Temperatur des Statorkerns wird folglich das thermisch härtende Harz geheizt und gehärtet, wodurch die Statorspule an dem Statorkern fixiert wird.
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Da jedoch das thermisch härtende Harz anfangs in dem flüssigen Zustand ist, kann es schwierig sein, die vorbestimmten Abschnitte der Statorspule mit dem thermisch härtenden Harz zu tränken und dasselbe bei den vorbestimmten Abschnitten zu halten. Es kann folglich schwierig sein, das thermisch härtende Harz bei den vorbestimmten Abschnitten zu härten.
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KURZFASSUNG
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Gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen ist ein Stator für eine drehende elektrische Maschine geschaffen. Dar Stator weist einen ringförmigen Statorkern, einen äußeren Zylinder, der an eine radial äußere Oberfläche des Statorkerns gepasst ist, und eine Statorspule, die an dem Statorkern angebracht ist, auf. Der Statorkern weist eine Mehrzahl von Statorkernsegmenten auf, die in einer Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind, um aneinander in der Umfangsrichtung anzugrenzen. Die Statorspule ist durch ein thermisch härtendes Harz, das durch ein induktives Heizen des Statorkerns gehärtet wird, an dem Statorkern fixiert. Jedes der Statorkernsegmente ist durch Schichten einer Mehrzahl von Stahlplatten in einer axialen Richtung des Statorkerns und Fixieren mindestens von einigen der Stahlplatten durch Verstemmen gebildet. Die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in einer der Stahlplatten gebildet sind, unterscheidet sich von der Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in einer anderen der Stahlplatten gebildet sind.
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Mit der vorhergehenden Konfiguration ist es beim induktiven Heizen des Statorkerns zum Härten des thermisch härtenden Harzes möglich, den Temperaturanstiegsgradienten in den Statorkernsegmenten in der axialen Richtung des Statorkerns auf einen gewünschten Zustand einzustellen, wodurch das thermisch härtende Harz bei gewünschten Positionen gehalten und gehärtet wird.
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Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist für jedes der Statorkernsegmente die Mehrzahl von Stahlplatten, die das Statorkernsegment bilden, eine Mehrzahl von ersten Stahlplatten und eine Mehrzahl von zweiten Stahlplatten auf. Die Zahl der Verstemmungsabschnitte, die in jeder der ersten Stahlplatten gebildet sind, ist größer als die Zahl der Verstemmungsabschnitte, die in jeder der zweiten Stahlplatten gebildet sind. Die ersten Stahlplatten sind in der axialen Richtung des Statorkerns an beiden Endteilen des Statorkernsegments angeordnet, und die zweiten Stahlplatten sind in der axialen Richtung in einem mittleren Teil des Statorkernsegments angeordnet.
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Bei einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel weist für jedes der Statorkernsegmente die Mehrzahl von Stahlplatten, die das Statorkernsegment bilden, eine Mehrzahl von ersten Stahlplatten und eine Mehrzahl von zweiten Stahlplatten auf. Die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in jeder der ersten Stahlplatten gebildet sind, ist größer als die Zahl der Verstemmungsabschnitte, die in jeder der zweiten Stahlplatten gebildet sind. Die ersten Stahlplatten sind in der axialen Richtung des Statorkerns in einem mittleren Teil des Statorkernsegments angeordnet, und die zweiten Stahlplatten sind in der axialen Richtung an beiden Endteilen des Statorkernsegments angeordnet.
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Bei den vorhergehenden exemplarischen Ausführungsbeispielen können die zweiten Stahlplatten durch mindestens eine Fixierungseinrichtung, die aus einem Verstemmen, einem Schweißen und einem haftenden Binden ausgewählt ist, fixiert sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung ist aus der detaillierten Beschreibung, die im Folgenden angegeben ist, und aus den beigefügten Zeichnungen von exemplarischen Ausführungsbeispielen vollständiger zu verstehen, die jedoch nicht als die Erfindung auf spezifische Ausführungsbeispiele begrenzend aufgefasst werden sollten, sondern lediglich dem Zweck einer Erläuterung und eines Verständnisses dienen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsansicht einer drehenden elektrischen Maschine, die einen Stator aufweist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2A eine axiale Endansicht des Stators;
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2B eine Seitenansicht des Stators;
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3 eine schematische Querschnittsansicht des Stators;
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4 eine axiale Endansicht eines Statorkerns des Stators;
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5 eine perspektivische Ansicht eines einer Mehrzahl von Statorkernsegmenten, die zusammen den Statorkern begründen;
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6 eine Draufsicht einer einer Mehrzahl von ersten Stahlplatten, die zum Bilden des Statorkernsegments, das in 5 gezeigt ist, verwendet werden;
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7 eine Draufsicht einer einer Mehrzahl von zweiten Stahlplatten, die zum Bilden des Statorkernsegments, das in 5 gezeigt ist, verwendet werden;
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8 eine perspektivische Ansicht einer Statorspule des Stators;
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9 eine Querschnittsansicht eines einer Mehrzahl von elektrischen Drähten, die zusammen die Statorspule begründen;
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10 eine schematische Ansicht, die ein Verfahren eines induktiven Heizens des Statorkerns unter Verwendung einer Heizvorrichtung darstellt;
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11 eine schematische Querschnittsansicht eines Stators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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12 eine perspektivische Ansicht eines einer Mehrzahl von Statorkernsegmenten, die zusammen einen Statorkern des Stators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel begründen; und
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13 eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Mehrzahl von zweiten Stahlplatten, die durch ein Schweißen fixiert sind, gemäß einer Modifikation darstellt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Exemplarische Ausführungsbeispiele und Modifikationen derselben sind im Folgenden unter Bezugnahme auf 1–13 beschrieben. Es sei bemerkt, dass einer Klarheit und eines Verständnisses wegen identische Komponenten, die identische Funktionen haben, durch die ganze Beschreibung hindurch, wo möglich, mit den gleichen Bezugsziffern in jeder der Figuren markiert sind, und dass eines Vermeidens einer Redundanz wegen Beschreibungen der identischen Komponenten nicht wiederholt sind.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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1 zeigt die Gesamtkonfiguration einer drehenden elektrischen Maschine 1, die einen Stator 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aufweist.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die drehende elektrische Maschine 1 als ein elektrischer Motor zur Verwendung bei einem Motorfahrzeug konfiguriert.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die drehende elektrische Maschine 1 zusätzlich zu dem Stator 20 ein Gehäuse 10, eine drehende Welle 13 und einen Rotor 14 auf. Das Gehäuse 10 weist ein Paar von becherförmigen Gehäusestücken 10a und 10b, die an den offenen Enden derselben zusammengefügt sind, auf. Das Gehäuse 10 hat ein Paar von Lager 11 und 12, die darin angebracht sind, über die die drehende Welle 13 durch das Gehäuse 10 drehbar getragen ist. Der Rotor 14 ist in dem Gehäuse 10 aufgenommen und an der drehenden Welle 13 koaxial fixiert. Der Stator 20 ist in dem Gehäuse 10 fixiert, um die radial äußere Peripherie des Rotors 14 zu umgeben.
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Der Rotor 14 weist eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die eine Mehrzahl von magnetischen Polen bilden, an der radial äußeren Peripherie des Rotors 14 der radial inneren Peripherie des Stators 20 zugewandt auf. Die Polaritäten der magnetischen Pole wechseln in der Umfangsrichtung des Rotors 14 zwischen Nord und Süd ab. Die Zahl der magnetischen Pole kann gemäß der Entwurfsspezifikation der drehenden elektrischen Maschine 1 geeignet eingestellt sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zahl der magnetischen Pole eingestellt, um beispielsweise gleich acht zu sein (das heißt vier Nordpole und vier Südpole).
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Nun Bezug nehmend auf 2A–2B weist der Stator 20 einen ringförmigen (oder einen hohlen zylindrischen) Statorkern 30, eine Dreiphasen-Statorspule 40 und einen äußeren Zylinder 37 auf. Der Stator 20 kann zusätzlich ferner ein isolierendes Papier, das zwischen den Statorkern 30 und die Statorspule 40 gebracht ist, haben.
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Wie in 4–7 gezeigt ist, weist der Statorkern 30 einen ringförmigen Rückkernabschnitt 33, eine Mehrzahl von Statorzähnen 34 und eine Mehrzahl von Nuten 31 auf. Jeder der Statorzähne 34 erstreckt sich von dem Rückkernabschnitt 33 radial nach innen. Die Statorzähne 34 sind in der Umfangsrichtung des Statorkerns 30 voneinander in vorbestimmten Intervallen gleich beabstandet. Jede der Nuten 31 ist zwischen einem umfangsmäßig zugewandten Paar von Seitenoberflächen 34a der Statorzähne 34 gebildet, um sich an der radial inneren Peripherie des Statorkerns 30 zu öffnen. Außerdem erstreckt sich jedes umfangsmäßig zugewandte Paar der Seitenoberflächen 34a der Statorzähne 34, das eine der Nuten 31 dazwischen definiert, parallel zueinander. Jede der Nuten 31 erstreckt sich folglich über eine konstante Umfangsbreite. Für jede der Nuten 31 stimmt zusätzlich die Tiefenrichtung der Nut 31 mit einer radialen Richtung des Statorkerns 30 überein.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Statorspule 40 als eine verteilte Doppelnutwicklung konfiguriert. In dem Statorkern 30 sind dementsprechend zwei Nuten 31 pro magnetischem Pol des Rotors 14, der die acht magnetischen Pole hat, und pro Phase der Dreiphasen-Statorspule 40 vorgesehen. Das heißt, die insgesamte Zahl der Nuten 31, die in dem Stator 30 gebildet sind, ist gleich 48 (2 × 8 × 3). Die insgesamte Zahl der Statorzähne 34, die in dem Statorkern 30 gebildet sind, ist zusätzlich ebenfalls gleich 48.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist außerdem der Statorkern 30 eine Mehrzahl (zum Beispiel 24) von Statorkernsegmenten 32 auf. Die Statorkernsegmente 32 sind in der Umfangsrichtung des Statorkerns 30 angeordnet, um aneinander in der Umfangsrichtung anzugrenzen. Jedes der Statorkernsegmente 32 weist zwei Statorzähne 34 und eine Nut 31, die zwischen den zwei Statorzähnen 34 gebildet ist, auf. Jedes umfangsmäßig angrenzende Paar der Statorkernsegmente 32 bildet ferner zusammen eine Nut 31 dazwischen.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedes der Statorkernsegment 32 durch Schichten einer Mehrzahl von magnetischen Stahlplatten in der axialen Richtung des Statorkerns 30 gebildet. Jede der magnetischen Stahlplatten ist durch Stanzen mit einer Pressmaschine in eine vorbestimmte Form gebildet. Jede der magnetischen Stahlplatten hat zusätzlich eine Dicke von beispielsweise im Wesentlichen 0,3 mm.
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Für jedes der Statorkernsegmente 32 sind außerdem mindestens einige der magnetischen Stahlplatten, die das Statorkernsegment 32 bilden, aneinander durch Verstemmen fixiert. Die Zahl der Verstemmungsabschnitte, die in einer der magnetischen Stahlplatten gebildet sind, unterscheidet sich von der Zahl der Verstemmungsabschnitte, die in einer anderen der magnetischen Stahlplatten gebildet sind.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen insbesondere für jedes der Statorkernsegmente 32 die magnetischen Stahlplatten, die das Statorkernsegment 32 bilden, eine Mehrzahl von ersten Stahlplatten 35 und eine Mehrzahl von zweiten Stahlplatten 36 auf. Die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in jeder der ersten Stahlplatten 35 gebildet sind, ist größer als die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in jeder der zweiten Stahlplatten 36 gebildet sind. Wie in 3 und 5 gezeigt ist, sind außerdem die ersten Stahlplatten 35 in der axialen Richtung des Statorkerns 30 an beiden Endteilen des Statorkernsegments 32 angeordnet, und die zweiten Stahlplatten 36 sind in der axialen Richtung in einem mittleren Teil des Statorkernsegments 32 angeordnet.
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Wie in 6 gezeigt ist, hat genauer gesagt jede der ersten Stahlplatten 35 einen ersten Verstemmungsabschnitt 38a, einen zweiten Verstemmungsabschnitt 38b und einen dritten Verstemmungsabschnitt 38c, die in dem Rückkernabschnitt 33 jeweils an drei unterschiedlichen Positionen gebildet sind. Der erste Verstemmungsabschnitt 38a ist in der ersten Stahlplatte 35 umfangsmäßig zentriert und erstreckt sich radial zwischen einem radial inneren Ende und einer radialen Mitte des Rückkernabschnitts 33. Die zweiten und dritten Verstemmungsabschnitte 38b und 38c sind jeweils umfangsmäßig nahe gegenüberliegenden Umfangsenden der ersten Stahlplatte 35 positioniert. Beide der zweiten und dritten Verstemmungsabschnitte 38b und 38c sind außerdem radial nahe einem radial äußeren Ende des Rückkernabschnitts 33 positioniert und erstrecken sich senkrecht zu der radialen Richtung, in der sich der erste Verstemmungsabschnitt 38a erstreckt.
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Wie in 7 gezeigt ist, hat andererseits jede der zweiten Stahlplatten 36 lediglich einen ersten Verstemmungsabschnitt 38a, der in dem Rückkernabschnitt 33 gebildet ist. Der erste Verstemmungsabschnitt 38a ist in der zweiten Stahlplatte 36 umfangsmäßig zentriert und erstreckt sich radial zwischen dem radial inneren Ende und der radialen Mitte des Rückkernabschnitts 33.
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Das heißt, die ersten Verstemmungsabschnitte 38a der zweiten Stahlplatten 36 sind bei den gleichen Umfangs- und radialen Positionen wie die ersten Verstemmungsabschnitte 38a der ersten Stahlplatten 35 gebildet. Die ersten Verstemmungsabschnitte 38a der ersten und zweiten Stahlplatten 35 und 36 sind mit anderen Worten in der axialen Richtung des Statorkerns 30 kontinuierlich gebildet.
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Obwohl es nicht in den Fig. gezeigt ist, weist zusätzlich jeder der Verstemmungsabschnitte der ersten und zweiten Stahlplatten 35 und 36 eine Vertiefung, die in einer der Hauptoberflächen der Stahlplatte gebildet ist, und einen Vorsprung, der an der anderen Hauptoberfläche gebildet, auf. Bei dem Verstemmungsverfahren wird (werden jeweils) für jedes axial benachbarte Paar der ersten und zweiten Stahlplatten 35 und 36 der Vorsprung (die Vorsprünge) des Verstemmungsabschnitts (der Verstemmungsabschnitte) von einer der Stahlplatten des Paars in die Vertiefung (die Vertiefungen) des Verstemmungsabschnitts (der Verstemmungsabschnitte) der anderen Stahlplatte (jeweils) pressgepasst. Die ersten und zweiten Stahlplatten 35 und 36 werden folglich aneinander fixiert.
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Die Zahl (oder die Schichtungsdicke) der ersten Stahlplatten 35 kann in einem gewünschten Bereich geeignet eingestellt werden, in dem es möglich ist, ein flüssiges thermisch härtendes Harz, das zum Fixieren der Statorspule 40 an dem Statorkern 30 aufgebracht ist, schnell zu härten (oder zu verfestigen). Das heißt, durch Variieren der Zahl (oder der Schichtungsdicke) der ersten Stahlplatten 35 ist es möglich, den Temperaturanstiegsgradienten in der Schichtungsrichtung der Stahlplatten des Statorkernsegments 32 auf einen gewünschten Zustand einzustellen.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schichtungsdicke der ersten Stahlplatten 35 an jedem axialen Endteil des Statorkernsegments 32 eingestellt, um im Wesentlichen 10% der Dicke des gesamten Statorkernsegments 32 zu sein. Die Schichtungsdicke der zweiten Stahlplatten 36 in dem axial mittleren Teil des Statorkernsegments 32 ist dementsprechend auf im Wesentlichen 80% der Dicke des gesamten Statorkernsegments eingestellt.
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Der äußere Zylinder 37 ist beispielsweise aus einem Eisenmetall hergestellt. Wie in 2A, 2B und 3 gezeigt ist, ist der äußere Zylinder 37 an die radial äußeren Oberflächen der Statorkernsegmente 32 gepasst, um die ringförmige Form des Statorkerns 30 aufrechtzuhalten. Alle radial äußeren Oberflächen der Statorkernsegmente 32 begründen zusätzlich zusammen die radial äußere Oberfläche des Statorkerns 30.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die axiale Länge des äußeren Zylinders 37 eingestellt, um im Wesentlichen gleich der axialen Länge des Statorkerns 30 zu sein. Der äußere Zylinder 32 ist an die radial äußere Oberfläche des Statorkerns 30 pressgepasst.
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Die Statorspule 40 weist eine Mehrzahl (zum Beispiel 8) von wellenförmigen elektrischen Drähten 45 auf. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Statorspule 40 durch zuerst Stapeln der elektrischen Drähte 45, um eine flache bandförmige Anordnung von elektrischen Drähten zu bilden, und dann spiralförmiges Rollen der flachen bandförmigen Anordnung von elektrischen Drähten in eine hohle zylindrische Form, wie in 8 gezeigt ist, gebildet.
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Jeder der wellenförmigen elektrischen Drähte 45 weist außerdem, nachdem derselbe an dem Statorkern 30 angebracht wurde, eine Mehrzahl von in einer Nut verlaufenden Abschnitten 46 und eine Mehrzahl von Wendungsabschnitten 47 auf. Jeder der in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46 ist in einer entsprechenden der Nuten 31 des Statorkerns 30 aufgenommen. Jeder der Wendungsabschnitte 47 befindet sich außerhalb der Nuten 31 des Statorkerns 30 und verbindet ein entsprechendes benachbartes Paar der in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46, die jeweils in zwei unterschiedlichen der Nuten 31 des Statorkerns 30 aufgenommen sind.
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Wie in 9 gezeigt ist, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeder der elektrischen Drähte 45 durch einen rechtwinkligen Draht implementiert, der mit einem elektrischen Leiter 48 und einem isolierenden Mantel 49, der die äußere Oberfläche des elektrischen Leiters 48 bedeckt, konfiguriert ist. Der elektrische Leiter 48 ist aus beispielsweise Kupfer hergestellt und hat einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt. Der isolierende Mantel 49 ist zweischichtig strukturiert, um eine innere Schicht 49a und eine äußere Schicht 49b aufzuweisen. Die Dicke des isolierenden Mantels 49 (das heißt die Summe von Dicken der inneren und äußeren Schichten 49a und 49b) ist eingestellt, um in einem Bereich von 100 μm bis 200 μm zu sein.
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Der Statorkern 30 und die Statorspule 40 werden auf die folgende Weise zusammengebaut. Zuerst werden die Statorzähne 34 der Statorkernsegmente 32 jeweils in die Räume, die zwischen Stapeln der in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46 der elektrischen Drähte 45 gebildet sind, von dem radial Äußeren der Statorspule 40 eingeführt; jeder der Stapel weist acht radial ausgerichtete in einer Nut verlaufende Abschnitte 46 der elektrischen Drähte 45 auf. Die Statorkernsegmente 32 werden folglich entlang der Statorspule 40 in einer ringförmigen Form angeordnet. Der äußere Zylinder 32 wird dann an die radial äußeren Oberflächen der Statorkernsegmente 32 gepasst, wodurch die Statorkernsegmente 32 aneinander befestigt werden, um den Statorkern 30 zu bilden.
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Nach dem Zusammenbau des Statorkerns 30 und der Statorspule 40 sind jeweils die in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46 der elektrischen Drähte 45 in den entsprechenden Nuten 31 des Statorkerns 30 aufgenommen. Für jeden der elektrischen Drähte 45 ist genauer gesagt jedes benachbarte Paar der in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46 jeweils in einem entsprechenden Paar der Nuten 31, die voneinander um eine vorbestimmte Zahl (zum Beispiel 3 (die Zahl von Phasen) × 2 (die Nutmultiplikatorzahl) = 6 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) der Nuten 31 getrennt sind, aufgenommen. Jeder der Wendungsabschnitte 47, der das entsprechende benachbarte Paar der in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46 verbindet, springt außerdem von einer entsprechenden von axialen Endflächen 30a des Statorkerns 30 vor.
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In jeder der Nuten 31 des Statorkerns 30 ist folglich eine vorbestimmte Zahl (zum Beispiel 8 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) der in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46 der elektrischen Drähte 45 aufgenommen, um miteinander radial ausgerichtet zu sein. Wie in 2B und 3 gezeigt ist, bilden alle dieser Wendungsabschnitte 47 der elektrischen Drähte 45, die aus den Nuten 31 auf einer axialen Seite des Statorkerns 30 vorspringen, zusammen einen ersten ringförmigen Spulenendteil 41 der Statorspule 40; alle diese Wendungsabschnitte 47 der elektrischen Drähte 45, die aus den Nuten 31 auf der anderen axialen Seite des Statorkerns 30 vorspringen, bilden zusammen einen zweiten ringförmigen Spulenendteil 42 der Statorspule 40.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ferner, um die Vibrationsbeständigkeit der Statorspule 40, die an dem Statorkern 30 angebracht ist, zu sichern, die Statorspule 40 durch Aufbringen eines flüssigen thermisch härtenden Harzes auf der Statorspule 40 und Härten des thermisch härtenden Harzes durch ein induktives Heizen des Statorkerns 30 unter Verwendung einer Heizvorrichtung 50, wie in 10 gezeigt ist, an dem Statorkern 30 fixiert.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird genauer gesagt als das thermisch härtende Harz ein flüssiger Lack 60 auf den in einer Nut verlaufenden Abschnitten 46 der Statorspule 40, die in den Nuten 31 des Statorkerns 30 aufgenommen sind, aufgebracht. Der aufgebrachte Lack 60 tränkt bzw. füllt dann Leerräume in den Nuten 31 und verbleibt in den Leerräumen und an den Oberflächen der in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46 der Statorspule 40.
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Die Heizvorrichtung 50 weist eine Leistungsversorgung 51 und eine Induktionsspule 52 auf. Die Leistungsversorgung 51 ist eine Wechselstromleistungsversorgung, die konfiguriert ist, um die Induktionsspule 52 mit einem elektrischen Hochfrequenzstrom zu versorgen. Die Induktionsspule 52 ist gebildet, um eine spiralförmige Form zu haben, wobei der äußere Durchmesser derselben eingestellt ist, um kleiner als der innere Durchmesser des ringförmigen Statorkerns 30 zu sein. Die Induktionsspule 52 wird radial innerhalb des Statorkerns 30 platziert, um durch den Statorkern 30 umgeben zu sein.
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Wenn die Induktionsspule 52 von der Leistungsquelle 51 mit dem elektrischen Hochfrequenzstrom versorgt wird, wird ein magnetischer Fluss um die Induktionsspule 52 herum erzeugt, was einen Wirbelstrom in dem Statorkern 30 induziert. Der Statorkern 30 wird folglich durch den Wirbelstromverlust, der darin auftritt, geheizt. Die in einer Nut verlaufenden Abschnitte 46 der Statorspule 40 werden durch die Wärme, die von dem Statorkern 30 geleitet wird, ebenfalls geheizt.
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Wie vorausgehend beschrieben ist, hat bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jede der ersten Stahlplatten 35 der Statorkernsegmente 32 drei Verstemmungsabschnitte 38a–38c, die darin gebildet sind; jede der zweiten Stahlplatten 36 der Statorkernsegmente 32 hat lediglich den einzelnen Verstemmungsabschnitt 38a, der darin gebildet ist. Der Wirbelstromverlust, der in den ersten Stahlplatten 35 auftritt, wird daher höher sein als derselbe, der in den zweiten Stahlplatten 36 auftritt; die Temperatur der ersten Stahlplatten 35 wird somit schneller erhöht als dieselbe der zweiten Stahlplatten 36. Der Lack 60, der in der Nähe der ersten Stahlplatten 35 anwesend ist, wird folglich zuerst in einer kurzen Zeit gehärtet (oder verfestigt).
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Wie vorausgehend beschrieben ist, sind ferner bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die ersten Stahlplatten 35 an beiden der axialen Endteile von jedem der Statorkernsegmente 32 angeordnet, und die zweiten Stahlplatten 36 sind in dem axial mittleren Teil von jedem der Statorkernsegmente 32 angeordnet. Der Lack 60, der in der Nähe der zweiten Stahlplatten 36 noch nicht gehärtet wurde, wird folglich darin durch den Lack 60, der in der Nähe der ersten Stahlplatten 35 schnell gehärtet wurde, gefangen. Danach wird mit einer weiteren Erhöhung der Temperatur der zweiten Stahlplatten 36 der Lack 60, der in der Nähe der zweiten Stahlplatten 36 anwesend ist, ebenfalls gehärtet.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es dementsprechend möglich, den Lack 60 an allen gewünschten Positionen (oder über die gesamte axiale Länge der Statorkernsegmente 32) zu halten und zu härten.
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Der im Vorhergehenden beschriebene Stator 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Stator 20 der drehenden elektrischen Maschine 1 den ringförmigen Statorkern 30, den äußeren Zylinder 37, der an die radial äußere Oberfläche des Statorkerns 30 gepasst ist, und die Statorspule 40, die an dem Statorkern 30 angebracht ist, auf. Der Statorkern 30 weist die Statorkernsegmente 32, die in der Umfangsrichtung des Statorkerns 30 angeordnet sind, um aneinander in der Umfangsrichtung anzugrenzen, auf. Die Statorspule 40 ist durch den Lack 60, der durch ein induktives Heizen des Statorkerns 30 gehärtet wird, an dem Statorkern 30 fixiert. Jedes der Statorkernsegmente 32 wird durch Schichten der ersten und zweiten Stahlplatten 35 und 36 in der axialen Richtung des Statorkerns 30 und Fixieren mindestens eines Teils (insbesondere aller bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) der Stahlplatten 35 und 36 durch Verstemmen gebildet. Die Zahl der Verstemmungsabschnitte, die in jeder der ersten Stahlplatten 35 gebildet sind (das heißt 3), ist größer als die Zahl der Verstemmungsabschnitte, die in jeder der zweiten Stahlplatten 36 gebildet sind (das heißt 1).
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Mit der vorhergehenden Konfiguration ist es beim induktiven Heizen des Statorkerns 30 zum Härten des flüssigen Lacks 60, der bei vorbestimmten Abschnitten (das heißt den in einer Nut verlaufenden Abschnitten 46) der Statorspule 40 anwesend ist, möglich, den Lack 60 in der Nähe der ersten Stahlplatten 35 in einer kurzen Zeit schnell zu härten. Es ist folglich möglich, den Temperaturanstiegsgradienten in den Statorkernsegmenten 32 in der axialen Richtung des Statorkerns 30 auf einen gewünschten Zustand einzustellen, wodurch der flüssige Lack 60 bei gewünschten Positionen gehalten und gehärtet wird.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind außerdem für jedes der Statorkernsegmente 32 die erste Stahlplatten 35 in der axialen Richtung des Statorkerns 30 an beiden Endteilen des Statorkernsegments 32 angeordnet, und die zweiten Stahlplatten 36 sind in der axialen Richtung in dem mittleren Teil des Statorkernsegments 32 angeordnet.
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Mit der vorhergehenden Anordnung ist es möglich, durch den Lack 60, der in der Nähe der ersten Stahlplatten 35 schnell gehärtet wurde, den Lack 60, der in der Nähe der zweiten Stahlplatten 36 noch nicht gehärtet wurde, zu fangen. Es ist folglich möglich, den flüssigen Lack 60 über die gesamte axiale Länge der Statorkernsegmente 32 zuverlässig zu halten und zu härten.
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[Zweites Ausführungsbeispiel]
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Dieses Ausführungsbeispiel stellt einen Stator 20A dar, der fast die gleiche Struktur wie der Stator 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat. Die Unterschiede des Stators 20A zu dem Stator 20 sind dementsprechend hauptsächlich im Folgenden beschrieben.
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Wie in 11–12 gezeigt ist, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedes der Statorkernsegmente 32A ebenfalls durch Schichten der ersten und zweiten Stahlplatten 35 und 36 in der axialen Richtung des Statorkerns 30 und Fixieren von allen derselben durch Verstemmen gebildet.
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Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind jedoch die ersten Stahlplatten 35 in der axialen Richtung des Statorkerns 30 (oder in der Schichtungsrichtung der ersten und zweiten Stahlplatten 35 und 36) in dem mittleren Teil des Statorkernsegments 32A angeordnet, und die zweiten Stahlplatten 36 sind in der axialen Richtung (oder in der Schichtungsrichtung) an beiden Endteilen des Statorkernsegments 32A angeordnet.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dementsprechend die Schichtungsdicke der ersten Stahlplatten 35 in dem axial mittleren Teil des Statorkernsegments 35A eingestellt, um im Wesentlichen 80% der Dicke des gesamten Statorkernsegments 32A zu sein. Die Schichtungsdicke der zweiten Stahlplatten 36 an jedem axialen Endteil des Statorkernsegments 32A ist eingestellt, um im Wesentlichen 10% der Dicke des gesamten Statorkernsegments 32A zu sein.
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Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird außerdem, um die Vibrationsbeständigkeit der Statorspule 40, die an dem Statorkern 30 angebracht ist, zu sichern, durch Aufbringen des flüssigen Lacks 60 (das heißt des thermisch härtenden Lacks) in den in einer Nut verlaufenden Abschnitten 46 der Statorspule 40 und Härten des flüssigen Lacks 60 durch ein induktives Heizen des Statorkerns 30 unter Verwendung der Heizvorrichtung 50, wie es in 9 gezeigt ist, die Statorspule 40 an dem Statorkern 30 fixiert.
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Wenn genauer gesagt die Induktionsspule 52 von der Leistungsversorgung 51 der Heizvorrichtung 50 mit einem elektrischen Hochfrequenzstrom versorgt wird, wird der Statorkern 30 induktiv geheizt. Zu dieser Zeit erhöht sich, da die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in jeder der ersten Stahlplatten 35 der Statorkernsegmente 32A gebildet ist, eingestellt ist, um größer als dieselbe zu sein, die in jeder der zweiten Stahlplatten 36 gebildet ist, die Temperatur der ersten Stahlplatten 35 schneller als dieselbe der zweiten Stahlplatten 36. Wie es vorausgehend beschrieben ist, sind außerdem bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die ersten Stahlplatten 35 in dem axial mittleren Teil von jedem der Statorkernsegmente 32A angeordnet, und die zweiten Stahlplatten 36 sind an beiden axialen Endteilen von jedem der Statorkernsegmente 32A angeordnet. Bei jedem der Statorkernsegmente 32A härtet folglich der Lack 60, der in dem axial mittleren Teil des Statorkernsegments 32A (oder in der Nähe der ersten Stahlplatten 35) anwesend ist, in einer kurzen Zeit zuerst; dann härtet der Lack 60, der an den axialen Endteilen des Statorkernsegments 32A (oder in der Nähe der zweiten Stahlplatten 36) anwesend ist, später.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es dementsprechend möglich, den Lack 60 bei gewünschten Positionen (insbesondere in dem axial mittleren Teil von jedem der Statorkernsegmente 32A) zuverlässig zu halten und zu härten.
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Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, wird bei dem Stator 20A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedes der Statorkernsegmente 32A durch Schichten der ersten und zweiten Stahlplatten 35 und 36 in der axialen Richtung des Statorkerns 30 und Fixieren von allen derselben durch Verstemmen gebildet. Die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in jeder der ersten Stahlplatten 35 gebildet sind (das heißt 3), ist größer als die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in jeder der zweiten Stahlplatten 36 gebildet sind (das heißt 1).
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Es ist folglich möglich, den Temperaturanstiegsgradienten bei den Statorkernsegmenten 32A in der axialen Richtung des Statorkerns 30 auf einen gewünschten Zustand einzustellen, wodurch der flüssige Lack 60 bei gewünschten Positionen gehalten und gehärtet wird.
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Bei dem Stator 20A gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es insbesondere, da die ersten Stahlplatten 35 in dem axial mittleren Teil von jedem der Statorkernsegmente 32A angeordnet sind, möglich, den Lack 60, der in dem axial mittleren Teil (oder in der Nähe der ersten Stahlplatten 35) anwesend ist, schnell zu härten.
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Obwohl die vorhergehenden besonderen Ausführungsbeispiele und Modifikationen gezeigt und beschrieben sind, ist es für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene weitere Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen vorgenommen sein können, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen wird beispielsweise jedes der Statorkernsegmente durch Schichten von zwei Typen von Stahlplatten, die unterschiedliche Zahlen von Verstemmungsabschnitten, die darin gebildet sind, haben, das heißt der ersten Stahlplatten 35, die jeweils die drei Verstemmungsabschnitte 38a–38c, die darin gebildet sind, haben, und der zweiten Stahlplatten 36, die jeweils lediglich den einzelnen Verstemmungsabschnitt 38a, der darin gebildet ist, haben, in der axialen Richtung des Statorkerns 30 gebildet. Jedes der Statorkernsegmente kann jedoch ferner durch Schichten von drei oder mehr Typen von Stahlplatten, die unterschiedliche Zahlen von Verstemmungsabschnitten, die darin gebildet sind, haben, gebildet werden. In diesem Fall ist es möglich, den Temperaturanstiegsgradienten in den Statorkernsegmenten in der axialen Richtung des Statorkerns 30 auf einen gewünschten Zustand zuverlässiger einzustellen.
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Bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen ist der äußere Zylinder 37 außerdem an die radial äußere Oberfläche des Statorkerns 30 pressgepasst. Der äußere Zylinder 37 kann jedoch ferner durch andere Verfahren, wie zum Beispiel ein Schrumpfpassen, an die radial äußere Oberfläche des Statorkerns 30 gepasst sein.
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Bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen werden die zweiten Stahlplatten 36 durch Verstemmen fixiert, sodass jede der zweiten Stahlplatten 36 den einzelnen Verstemmungsabschnitt 38a, der darin gebildet ist, hat. Die zweiten Stahlplatten 36 können jedoch durch Schweißen, statt eines Verstemmens, fixiert sein, um eine Schweißnaht 39, die an der radial äußeren Oberfläche des Statorkernsegments 32B in der axialen Richtung des Statorkerns 30 gebildet ist, zu haben. In diesem Fall kann die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in jeder der zweiten Stahlplatten 36 gebildet sind, als gleich null betrachtet werden, was kleiner als die Zahl von Verstemmungsabschnitten ist, die in jeder der ersten Stahlplatten 35 gebildet sind (das heißt 3). Das Schweißverfahren kann zusätzlich unter Verwendung von herkömmlichen Schweißverfahren, wie zum Beispiel eines Widerstandsschweißens, durchgeführt werden.
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Die zweiten Stahlplatten 36 können ferner durch mindestens eine Fixierungseinrichtung, die aus einem Verstemmen, Schweißen und einem haftenden Binden ausgewählt ist, fixiert sein, sodass die Zahl von Verstemmungsabschnitten, die in jeder der zweiten Stahlplatten 36 gebildet sind, kleiner als die Zahl von Verstemmungsabschnitten ist, die in jeder der ersten Stahlplatten 35 gebildet sind.
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Bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen ist die vorliegende Erfindung auf die Statoren 20 und 20A für die drehende elektrische Maschine 1, die als ein elektrischer Motor konfiguriert ist, gerichtet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ferner auf Statoren für andere drehende elektrische Maschinen, wie zum Beispiel einen Stator für einen elektrischen Generator und einen Stator für einen Motor-Generator, der selektiv entweder als ein elektrischer Motor oder als ein elektrischer Generator funktioniert, angewendet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-43452 [0001]
- JP 2010288424 A [0004]
- JP 2011097790 A [0005]
