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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator und eine rotierende elektrische Maschine, die mit diesem Stator ausgerüstet ist, und insbesondere die Verbesserung eines Verbindungsaufbaus zwischen einer Spule und Anschlüssen eines Stators.
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Stand der Technik
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Eine rotierende elektrische Maschine hat einen Rotor und einen Stator, der um den Rotor angeordnet ist. Der Stator hat eine Spule, und ein durch diese Spule fließender Strom erzeugt ein rotierendes Magnetfeld. Elektromagnetische Effekte, die zwischen diesem rotierenden Magnetfeld und dem Rotor wirken, bringen den Rotor zum Drehen.
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Die nachstehend genannte Patentliteratur 1 offenbart einen Stator mit einem Statorkern, einer um diesen Statorkern gewickelten Spule und einem Kabel bzw. einer Litze oder Führungslitze, das/die von der Spule ausgeht. Bei einem derartigen Stator ist die Spule mit einem Lack, beispielsweise hochfestem Epoxidharz, imprägniert, um die mechanische Stärke der Spule zu verbessern und die Isolierung zu gewährleisten.
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Die nachstehend genannte Patentliteratur 2 offenbart einen Statorkern, eine um den Statorkern gewickelte Spule, ein Kabel der Spule und einen Verbindungsanschluss, der das Kabel und eine externe Schaltung bzw. einen externen Schaltkreis verbindet. Ein gebogener Biegeabschnitt ist am Kabel ausgebildet. Dieser Biegeabschnitt absorbiert eine Belastung bzw. Beanspruchung, die aufgrund von Veränderungen der Relativpositionen des Stators und des Verbindungsanschlusses auf das Kabel wirkt, und verhindert so eine Beschädigung des Kabels.
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Druckschriften
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Patentliteratur
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- [Patentliteratur 1] JP 2004-350381 A
- [Patentliteratur 2] JP 2002-247811 A
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Kurzfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die vorstehend genannte Patentliteratur 1 sowie die ebenfalls genannte Patentliteratur 2 offenbaren ein Beispiel eines Stators, bei welchem ein Kabel der Spule mit einem Verbindungsanschluss eines externen Anschlusses über eine Stromleitung verbunden ist, die einen Leiter, beispielsweise Kupfer, darstellt. Um einen solchen Stator zusammenzubauen wird, bevor die Relativpositionen der Spule und des Verbindungsanschlusses bestimmt werden, ein Ende der Stromleitung an einer Spitze des Kabels der Spule durch Schweißen befestigt. Das andere Ende der Stromleitung wird dann mit dem Verbindungsanschluss, dessen Position bestimmt wurde, ausgerichtet, und wird beispielsweise mit einer Schraube bzw. einem Bolzen befestigt. Da das Kabel während der Ausrichtung der Stromleitung bei der Befestigung gespannt oder gestaucht wird, wirkt eine Beanspruchung bzw. Belastung auf das Kabel. Aufgrund der auf das Kabel wirkenden Belastung kann eine Beschichtung der Spule, beispielsweise thermoplastisches Harz, das am Lack befestigt ist, von der Spule, die am Ausgangsende des Kabels angeordnet ist, abgeschabt werden, so dass ein Isolationsfehler verursacht werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator zu schaffen, der die auf das Kabel der Spule während des Statorzusammenbauvorgangs wirkende Belastung reduziert, um dadurch die Isolierung der Spule sicherzustellen, und eine rotierende elektrische Maschine mit diesem Stator bereitzustellen.
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Lösung des Problems
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass, bei einem Stator, der einen Statorkern, eine um den Statorkern gewickelte Spule, ein Kabel, das von der Spule ausgeht, und eine Stromleitung, die zwischen dem Kabel und einem Verbindungsanschluss einer externen Schaltung angeordnet ist, aufweist, das Kabel und die Stromleitung elektrisch miteinander durch eine elastisch verformbare elastische Busschiene verbunden sind.
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Die Spule ist eine Drei-Phasen-Wechselstrom-Spule und kann ein Modulbauteil aufweisen, in welchem die Busschienen für die jeweiligen Phasen unter Verwendung eines Isolationsbauteils integriert sind.
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Es ist bevorzugt, dass die elastische Busschiene durch Biegen eines plattenförmigen Leiters ausgebildet ist.
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Es ist weiter bevorzugt, dass das Modulbauteil eine Anschluss-Busschiene umfasst, die Anschlüsse verbindet, die an beiden Seiten von Spulenenden entlang der Radialrichtung angeordnet sind.
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Es ist zudem bevorzugt, dass die rotierende elektrische Maschine den vorstehend beschriebenen Stator aufweist.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Mit dem Stator der vorliegenden Erfindung und der diesen Stator aufweisenden rotierenden elektrischen Maschine ist es möglich, die auf das Kabel der Spule während des Statorzusammenbauvorgangs wirkende Belastung zu reduzieren, um dadurch die Isolierung der Spule sicherzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt einen Aufbau einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine entlang der Linie A-A in 1;
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3 zeigt eine teilweise Detailansicht eines Endabschnitts eines Stators aus der Achsrichtung;
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4 zeigt eine Schnittdarstellung des Stators entlang der Linie B-B in 3; und
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5 zeigt eine Schnittdarstellung des Stators entlang der Linie C-C in 3.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Eine Ausführungsform eines Stators der vorliegenden Erfindung sowie einer rotierenden elektrischen Maschine mit diesem Stator wird nachfolgen Bezug nehmend auf die 1 und 2 beschrieben. 1 zeigt einen Aufbau einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung, wohingegen 2 eine Schnittdarstellung eines Stators entlang einer Linie A-A in 1 zeigt.
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Eine rotierende elektrische Maschine 10 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Drei-Phasen-Wechselstrom rotierende elektrische Maschine und wird beispielsweise als Motor für ein Fahrzeug verwendet. Die rotierende elektrische Maschine 10 hat einen Rotor 12, einen Stator 14 und ein (nicht dargestelltes) Gehäuse, in welchem diese aufgenommen sind. Der Stator 14 ist entlang des Innenumfangs des Gehäuses angeordnet, und der Rotor 12 ist innerhalb des Innenumfangs des Stators 14 in drehbarer Weise angeordnet.
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Der Rotor 12 ist ein zylindrischer magnetischer Körper, der konzentrisch zu einer Rotationswelle 16 ist, und wird beispielsweise durch Laminieren bzw. Stapeln von elektromagnetischen Stahlplatten entlang der Achsrichtung ausgebildet. Wie in 1 dargestellt ist, sind im Rotor 12 acht Permanentmagneten 18 entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Die Zahl der Permanentmagneten 18 ist hierbei lediglich beispielhaft. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Permanentmagneten 18 in Öffnungen aufgenommen, die im Rotor 12 ausgebildet sind, um sich entlang der Achsrichtung zu erstrecken. Dies ist jedoch nicht beschränkend, und die Permanentmagneten 18 können entlang des Außenumfangs des Rotors 12 angeordnet sein. Eine Rotationswelle 16 wird drehbar von einem (nicht dargestellten) Lager getragen, das in dem Gehäuse angeordnet ist. Dabei ist, obgleich bei der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben wurde, bei dem der Rotor 12 durch Laminieren bzw. Stapeln elektromagnetischen Stahlplatten ausgebildet ist, dieser Aufbau nicht beschränkend, und der Rotor 12 kann auch aus einem Massekern ausgebildet sein.
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Der Stator 14 ist um den Rotor 12 mit einem leichten Spalt bzw. Abstand zum Rotor 12 ausgebildet. Der Stator 14 hat einen hohlen zylindrischen Statorkern 20 und einen zylindrischen Körper 22, der den Statorkern 20 umgibt und den Statorkern 20 befestigt.
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Der Statorkern 20 ist ein magnetischer Körper und wird beispielsweise durch Laminieren bzw. Stapeln von elektromagnetischen Stahlplatten entlang der Achsrichtung gebildet. Genauer gesagt wird der Statorkern 20 durch Pressen und Stanzen dünner, plattenförmiger elektromagnetischer Stahlplatten entlang der Achsrichtung und durch Ausführen von, zum Beispiel, einer Druck- und Verdichtungsbearbeitung bei einer Mehrzahl von laminierten elektromagnetischen Stahlplatten, um die Platten zu integrieren, gebildet. Obgleich bei der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben wurde, bei welchem der Statorkern 20 durch Laminieren bzw. Stapeln von elektromagnetischen Stahlplatten gebildet wird, ist dies nicht beschränkend, und der Statorkern 20 kann aus einem Massekern ausgebildet sein.
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Der Statorkern 20 hat ein ringförmiges Joch 20a und Zähne 24, die von dem Innenumfang des Jochs 20a in Richtung zur Innenseite in Radialrichtung vorragen und entlang der Umfangsrichtung mit einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sind. Ein Leiter, beispielsweise Kupfer, verläuft durch eine Aussparung 26, die einen Nutartigen Abstand zwischen den Zähnen 24 darstellt. Durch Führen des Leiters durch die Aussparung 26 und Wickeln derselben um die Zähne 24 wird eine Spule 28 (in 2 dargestellt) ausgebildet. Um eine Isolierung zu schaffen, ist die Oberfläche des Leiters, der die Spule 28 bildet, mit einem thermoplastischen Harz, beispielsweise Polyphenylensulfid-Harz (PPS) überzogen bzw. beschichtet.
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Die Spule 28 hat einen Abschnitt, der als Spulenende 28a bezeichnet wird und dazu dient, den Leiter von einer Aussparung 26 zu einer anderen Aussparung 26 zu überbrücken. Das Spulenende 28a ist derart angeordnet, dass es vom Endabschnitt des Statorkerns 20 entlang der Richtung der Achse 30 vorragt, wie in 2 gezeigt ist. Durch Imprägnieren und Füllen der Spule 28 mit Lack von der Seite des Spulenendes 28a bis zur Innenseite der Spule 28 werden die mechanische Stärke bzw. Festigkeit und die Isolierung der Spule 28 gewährleistet.
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Ein zylindrischer Körper 22 hat eine annähernd zylindrische Form und ist derart ausgebildet, dass, unter Berücksichtigung einer Wechselwirkung, der Innendurchmesser dieser Form kleiner ist, als der Außendurchmesser des Statorkerns 20. Der zylindrische Körper 22 hält und befestigt den Statorkern 20 mittels einer Schrumpfpassung oder einer Presspassung. Wie in 2 dargestellt ist, ist ein Flanschabschnitt 32, der sich entlang der Radialrichtung nach Außen erstreckt, am Endabschnitt entlang der Richtung der Achse 30 ausgebildet. Dieser Flanschabschnitt 32 ist mittels eines Befestigungsmittels, beispielsweise eines Bolzens oder einer Schraube, am Gehäuse befestigt.
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In der dergestalt ausgebildeten rotierenden elektrischen Maschine wird, durch Drehen der Spule 28, ein rotierendes Magnetfeld im Stator 14 erzeugt, und eine Kraft, die durch das rotierende Magnetfeld absorbiert werden soll, wird im Rotor 12 mit den Permanentmagneten 18 erzeugt, wodurch der Rotor 12 dreht.
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Nachfolgend wird eine Anschlussstruktur zwischen der Spule 28 des Stators 14 und einem Verbindungsanschluss 34 Bezug nehmend auf die 3 bis 5 beschrieben. 3 zeigt eine teilweise Detailansicht des Endabschnitts des Stators 14 aus der Richtung der Achse 30. 4 zeigt eine Schnittdarstellung des Stators 14 entlang der Linie B-B in 3, während 5 eine Schnittdarstellung des Stators 14 entlang der Linie C-C in 3 zeigt.
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Der Stator 14 hat die Verbindungsklemme bzw. den Verbindungsanschluss 34 für eine externe Schaltung, ein Kabel bzw. eine Litze oder Führungslitze 36, das/die sich von der Spule 28 erstreckt, und eine Stromleitung 38, die zwischen dem Verbindungsanschluss 34 und dem Kabel 36 angeordnet ist. Das Kabel 36 und die Stromleitung 38 sind elektrisch über eine elastische Busschiene 40 verbunden, die elastisch verformbar ist. Das Kabel 36, die Stromleitung 38 und die elastische Busschiene 40 sind jeweils Leiter.
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Der Verbindungsanschluss 34 ist ein Anschluss zum Verbinden einer externen Schaltung, die mit einer Stromquelle, beispielsweise einer Batterie, verbunden ist, mit der Spule 28. Der Verbindungsanschluss 34 ist am Gehäuse angeordnet. Der Verbindungsanschluss 34 besteht aus drei Anschlüssen: einem U-Phasen-Anschluss, einem V-Phasen-Anschluss und einem W-Phasen-Anschluss.
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Wie in 4 gezeigt ist, erstreckt sich das Kabel 36 vom außerhalb angeordneten Spulenende 28a entlang der Radialrichtung. Das Kabel 36 ist derart ausgebildet, dass sein hinteres Ende bzw. Basis- oder Ausgangsende mit Lack am Spulenende 28a befestigt ist, und sein vorderes Ende bzw. Spitzenende sich entlang der Achse 30 nach Außen erstreckt. Um den vorstehend beschriebenen Verbindungsanschlüssen 34 zu entsprechen hat das Kabel 36 drei Leiter: einen U-Phasen-Leiter, einen V-Phasen-Leiter und einen W-Phasen-Leiter.
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Wie in 3 gezeigt ist, hat die Stromleitung 38 Montageklammern 38a, die über ein Sicherungsmittel, beispielsweise einen Bolzen bzw. eine Schraube, an den Verbindungsanschlüssen 34 befestigt werden können. Um den vorstehend beschriebenen Verbindungsanschlüssen 34 zu entsprechen hat auch die Stromleitung 38 drei Leiter: einen U-Phasen-Leiter, einen V-Phasen-Leiter und einen W-Phasen-Leiter.
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Die elastische Busschiene 40 wird durch Biegen eines Leiters auf elastisch verformbare Weise ausgebildet. Genauer gesagt ist, wie in 4 gezeigt ist, die elastische Busschiene 40 derart ausgebildet, dass sie einen U-förmigen Querschnitt hat. Ein Ende der elastischen Busschiene 40 ist mit der Spitze des Kabels 36, beispielsweise durch Schweißen, verbunden. Das andere Ende der Busschiene 40 ist dagegen mit dem Endabschnitt der Stromleitung 38, beispielsweise durch Schweißen, verbunden. Die elastische Busschiene 40 hat ebenfalls drei Leiter: einen U-Phasen-Leiter, einen V-Phasen-Leiter und einen W-Phasen-Leiter.
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Durch das derartige elektrische Verbinden des Kabels 36 und der Stromleitung 38 mit der elastisch verformbaren elastischen Busschiene 40 ist es möglich, die auf das Kabel 36 während des Zusammenbauvorgangs des Stators 14 wirkende Belastung zu verringern, und die Isolierung der Spule 28 sicherzustellen.
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Genauer gesagt werden, um den Stator 14 zusammenzubauen, bevor die Relativpositionen zwischen der Spule 28 und dem Verbindungsanschluss 34 bestimmt werden, das Kabel 36, die elastische Busschiene 40 und die Stromleitung 38 jeweils miteinander durch Schweißen verbunden. Dann wird, nachdem der Stator 14 am Gehäuse befestigt wurde und die Relativpositionen des Stators 14 und des Verbindungsanschlusses 34 bestimmt wurden, die Montageklammer 38a der Stromleitung 38 beispielsweise mittels eines Bolzen bzw. einer Schraube am Verbindungsanschluss 34 befestigt. Die Ausrichtung zwischen der Montageklammer 38a der Stromleitung 38 und dem Verbindungsanschluss 34 spannt oder staucht die Stromleitung 38 bei der Befestigung und verursacht somit eine Belastung der Stromleitung 38. Da bei dem Stator 14 der vorliegenden Ausführungsform die Belastung der Stromleitung 38 durch eine elastische Verformung der elastischen Busschiene 40 absorbiert wird, wird die auf das Kabel 36 wirkende Belastung reduziert. Dementsprechend wird, im Gegensatz zum Stand der Technik, verhindert, dass die Beschichtung des Ausgangsendes des Kabels 36 vom Leiter, der als Körper des Kabels 36 dient, abgeschabt wird, so dass die Isolierung der Spule 38 sichergestellt werden kann.
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Ferner hat der Stator 14 der vorliegenden Ausführungsform das Merkmal, dass er ein Modulbauteil 42 umfasst, in welchem die elastischen Busschienen 40 der jeweiligen Phasen unter Verwendung eines Isolationsbauteils integriert sind. Das Isolationsbauteil ist ein thermoplastisches Harz, beispielsweise ein teilaromatisches Polyamid (PA6T), und das Modulbauteil 42 wird durch Harzformen gebildet.
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Durch das derartige Integrieren der drei elastischen Busschienen 40 unter Verwendung des Isolationsbauteils wird es möglich, die für das Kabel 36 verursachte Belastung weiter zu verringern. Anders ausgedrückt wird die Belastung, die auf zumindest eine Stromleitung 38 während des Zusammenbauvorgangs des Stators 14 wirkt, durch die elastische Busschiene 40, die mit der Stromleitung 38 verbunden ist, absorbiert und verringert. Die Belastung, die nicht absorbiert wurde, wird von der elastischen Busschiene 40 über das Isolationsbauteil auf die anderen elastischen Busschienen 40 übertragen und dort absorbiert. Anders ausgedrückt kann das Modulbauteil 42 die auf die Stromleitung 38 wirkende Belastung verteilen und ermöglicht so deren Absorption durch die drei elastischen Busschienen 40. Da das Modulbauteil 42 zudem thermoplastisches Harz umfasst, ist es auch möglich, dass dieses Harz die Belastung der Stromleitung 38 absorbiert.
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Das Modulbauteil 42 umfasst ferner eine Anschluss-Busschiene 46, die Anschlüsse 44 verbindet, die an beiden Seiten des Spulenendes 28a entlang der Radialrichtung angeordnet sind. Der Anschluss 44 und die Anschluss-Busschiene 46 sind jeweils Leiter.
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Wie in 5 gezeigt ist, verlaufen die Anschlüsse 44 jeweils von außerhalb und innerhalb des Spulenendes 28a entlang der Radialrichtung. Die Basis- bzw. Ausgangsenden der Anschlüsse 44 sind am Spulenende 28a mit Lack befestigt, und die Spitzen der Anschlüsse 44 sind derart ausgebildet, dass sie sich entlang der Richtung der Achse 30 nach Außen erstrecken. Der Anschluss 44 hat drei Leiter: einen U-Phasen-Leiter, einen V-Phasen-Leiter und einen W-Phasen-Leiter.
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Die Anschluss-Busschiene 46 wird, wie die elastischen Busschienen 40, durch Biegen eines Leiters in einer elastisch verformbaren Art und Weise ausgebildet. Genauer gesagt ist, wie in 5 gezeigt ist, die Anschluss-Busschiene 46 mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet. Ein Ende der Anschluss-Busschiene 46 ist mit der Spitze des Anschlusses 44, die entlang der Radialrichtung außerhalb liegt, beispielsweise durch Schweißen, verbunden. Das andere Ende der Anschluss-Busschiene 46 ist mit der Spitze des Anschlusses 44, die entlang der Radialrichtung innerhalb liegt, beispielsweise durch Schweißen, verbunden. Die Anschluss-Busschiene 46 hat ebenfalls drei Leiter: einen U-Phasen-Leiter, einen V-Phasen-Leiter und einen W-Phasen-Leiter.
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Das Modulbauteil 42 wird durch Integrieren, also durch Harzformen, der Anschluss-Busschienen 46 der jeweiligen Phasen unter Verwendung des Isolationsbauteils gebildet. Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, die auf das Kabel 36 wirkende Belastung weiter zu verringern. Genauer gesagt wird, beim Zusammenbauvorgang des Stators 14, die auf die Stromleitung 38 wirkende Belastung von einer elastischen Busschiene 40, die mit der Stromleitung 38 verbunden ist, über das Isolationsbauteil auf die anderen elastischen Busschienen 40 und die Anschluss-Busschienen 46 übertragen und dort absorbiert. Anders ausgedrückt ist es möglich, dass das Modulbauteil 42 die auf die Stromleitung 38 wirkende Belastung auf so viele elastische Busschienen 40 und 46 verteilt wie möglich, so dass die Belastung dort absorbiert werden kann, wodurch die auf das Kabel 36 wirkende Belastung weiter verringert werden kann. Mit diesem Aufbau ist es überdies möglich, Schwingungen, die während des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 erzeugt werden, auf die jeweiligen Busschienen 40 und 46 zu übertragen und dort zu absorbieren. Daher kann die auf das Kabel 36 wirkende Belastung verringert werden.
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Durch Verwenden eines derartigen Modulbauteils 42 kann die Ausrichtung zwischen dem sich vom Spulenende 28a erstreckenden Kabel 36 und dem Anschluss 44, genauer gesagt die Ausrichtung zwischen deren Spitzen, erleichtert werden, und die Schritte des Zusammenbauvorgangs des Stators 14 können verringert werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Obgleich bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, dass die Zahl der Verbindungsanschlüsse 34, der Kabel 36, der Stromleitungen 38, der elastischen Busschienen 40, der Anschlüsse 44 und der Anschluss-Busschienen 46 jeweils der Zahl der U-Phasen, V-Phasen und W-Phasen entsprechend, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt, und sie kann ferner einen Neutralpunkt-Anschluss oder -Leiter umfassen.
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Obgleich bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, dass die elastische Busschiene 40 mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Die elastische Busschiene 40 kann auch eine andere Form haben, beispielsweise einen S-förmigen Querschnitt, so lange es sich dabei um eine elastisch verformbare Form handelt.
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Obgleich bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, dass die Anschluss-Busschiene 46 mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Die Anschluss-Busschiene 46 kann auch eine andere Form haben, so lange es sich dabei um eine elastisch verformbare Form handelt.
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Obgleich bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, dass die Anschluss-Busschiene 46 die Anschlüsse 44 verbindet, die einander in radiale Richtung gegenüber liegen, wie in 3 gezeigt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Anschluss-Busschiene 46 kann auch zwei Anschlüsse 44 verbinden, die einander nicht in radiale Richtung gegenüber liegen, also zwei Anschlüsse 44, die in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. In diesem Fall ist die Anschluss-Busschiene 46 derart vorgesehen, dass sie entlang der Umfangsrichtung im Isolationsbauteil des Modulbauteils 42 verläuft.
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Bezugszeichenliste
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- 10 rotierende elektrische Maschine; 14 Stator; 20 Statorkern; 28 Spule; 28a Spulenende; 34 Verbindungsanschluss; 36 Kabel; 38 Stromleitung; 40 elastische Busschiene; 42 Modulbauteil; 44 Anschluss; 46 Anschluss-Busschiene.
