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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine wie einen Motor oder einen Stromgenerator und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen rotierenden elektrischen Maschine.
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STAND DER TECHNIK
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Als wesentlicher Teil der weltweiten Bemühungen zur Verringerung der Treibhausgase und zur Erhöhung der Energieausbeute werden elektrisch angetriebene Fahrzeuge immer populärer. Für den Motor steht bei diesen Fahrzeugen nur ein begrenzter Raum zur Verfügung, und es soll mit einer begrenzten Batteriespannung eine hohe Ausgangsleistung erreicht werden. Zur Erfüllung der Anforderungen an eine geringe Größe und an eine hohe Ausgangsleistung kann ein Motor zur Verdichtung der Wicklung mit Kernsegmenten versehen werden, um die mit hoher Dichte ein dicker oder rechteckiger Draht gewunden wird, um dadurch den Raumausnutzungsfaktor zu verbessern.
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Zur Verringerung des Aufwands bei der Herstellung des Motors wurde bereits ein kontinuierlich gewickeltes Spulensystem vorgeschlagen, bei dem die Anzahl der Verbindungspunkte geringer ist.
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Hinsichtlich dieser technischen Entwicklungen der letzten Jahre beschreibt die Patent-Druckschrift 1 ein Beispiel für einen Motor vom konzentrierten Wicklungstyp, der durch kontinuierliches Wickeln von rechteckigen Drähten auf Kernsegmente erhalten wird. Der in der Patent-Druckschrift 1 beschriebene Motor wird durch kontinuierliches Wickeln von sechs Spulen der gleichen Phase mit anschließendem Verbinden der gleichphasigen Spuleneinheiten in einer Y-Schaltung erhalten.
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LISTE DER ZITIERTEN DRUCKSCHRIFTEN
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PATENT-DRUCKSCHRIFTEN
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- Patent-Druckschrift 1: Japanische Patent-Veröffentlichungsschrift Nr. 2008-109829
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ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Durch den in der Patent-Druckschrift 1 beschriebenen Aufbau kann zwar die Anzahl der Spulen-Verbindungspunkte reduziert werden, dabei ergibt sich jedoch das Problem, daß die die einzelnen Spulen verbindenden Überbrückungsdrähte am Spulenende miteinander in Konflikt geraten, mit dem Ergebnis, daß das Spulenende in den Rotorbereich oder zur Rückseite des Kerns vorsteht und schließlich mit dem Rotor oder dem Motorgehäuse in Kontakt kommt. Durch Verlängern der Überbrückungsdrähte kann dieses Problem zwar gelöst werden, eine Vergrößerung der Länge der Überbrückungsdrähte vergrößert jedoch die Höhe des Spulenendes. Auch kann dadurch die Motorleistung aufgrund des größeren ohmschen oder Kupferverlusts im Motor sinken, und der Motor wird dadurch größer und teurer. Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte, kostengünstige rotierende elektrische Maschine mit hoher Ausgangsleistung zu schaffen.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem Stator mit einer kontinuierlich gewickelten Spuleneinheit, die durch kontinuierliches Wickeln von Spulen vom konzentrierten Wicklungstyp mit Überbrückungsdrähten und mit einem Spulendraht mit einem rechteckigen Querschnitt erhalten wird, das Anordnen von Kernsegmenten, auf die der Spulendraht aufgewickelt werden soll, an einem Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismus für die Kernsegmente; das Wickeln des Spulendrahtes mit einer Wickelspur, die durch Vorwärts/Rückwärtsbewegen der Kernsegmente durch den Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismus für die Kernsegmente sichergestellt wird; das Ausrichten der Seiten des Spulendrahtes durch das Halten der Orientierung des Drahtes am Wicklungsbeginn und des Drahtes am Wicklungsende an den Spulen vom konzentrierten Wicklungstyp bei etwa 90° mittels Einspannvorrichtungen vom Auf/Zu-Typ, die jeweils einen Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismus für die Einspannvorrichtung aufweisen, wobei die Einspannvorrichtungen vom Auf/Zu-Typ am Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismus für die Kernsegmente angebracht sind; und das Ausbilden der kontinuierlich gewickelten Spuleneinheit durch Vorwärts/Rückwärtsbewegen der Kernsegmente mittels des Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismusses für die Kernsegmente, Vorwärts/Rückwärtsbewegen der Einspannvorrichtungen vom Auf/Zu-Typ und Öffnen/Schließen der Einspannvorrichtungen vom Auf/Zu-Typ.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei dem Herstellungsverfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Aspekt durch das Herstellungsverfahren vorzugsweise drei kontinuierlich gewickelte Spuleneinheiten ausgebildet; wobei die drei kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten mit einer Neigung der Überbrückungsdrähte von zweien der drei kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten zur Seite des Innendurchmessers des Statorkerns unter veränderlichen Winkeln ineinandergesteckt und in Ringform zusammengesetzt und dabei die Seitenflächen der Überbrückungsdrähte in den Nullpunkt-Verbindungsbereichen der drei kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten sowie die Verbindungsflächen eines Verbinders alle in die gleiche Richtung orientiert werden.
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Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit der durch das Herstellungsverfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine nach dem ersten Aspekt ausgebildeten kontinuierlich gewickelten Spuleneinheit die Seiten des rechteckigen Drahtes, der die kontinuierlich gewickelte Spuleneinheit bildet, alle ausgerichtet.
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Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit der durch das Herstellungsverfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine nach dem zweiten Aspekt ausgebildeten kontinuierlich gewickelten Spuleneinheit die Seitenflächen der Überbrückungsdrähte in den Nullpunkt-Verbindungsbereichen der drei kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten und die Verbindungsflächen des Verbinders alle in die gleiche Richtung orientiert.
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Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem Stator mit einer kontinuierlich gewickelten Spuleneinheit, der durch kontinuierliches Wickeln von Spulen vom konzentrierten Windungstyp mittels Überbrückungsdrähten mit Spulendrähten mit rechteckigem Querschnitt erhalten wird, die Seiten des rechteckigen Drahtes, der die kontinuierlich gewickelte Spuleneinheit bildet, ausgerichtet.
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Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem Stator mit einer gewickelten Spuleneinheit, die durch Wickeln von Spulen vom konzentrierten Wicklungstyp mittels Überbrückungsdrähten und mit einem Spulendraht mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt erhalten wird, das Anordnen von Kernsegmenten, auf die der Spulendraht aufgewickelt werden soll, an einem Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismus; das Wickeln des Spulendrahtes auf die Kernsegmente mit einer Vorwärts/Rückwärtsbewegung der Kernsegmente durch den Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismus; das Ausbilden von drei gewickelten Spuleneinheiten mit einem Halten der Orientierung des Drahtes am Wicklungsbeginn und des Drahtes am Wicklungsende an den Spulen vom konzentrierten Wicklungstyp an Ort und Stelle mittels Einspannvorrichtungen am Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismus, um die Seiten des Spulendrahtes zu einer vorgegebenen Richtung auszurichten, und Vorwärts/Rückwärtsbewegen der Kernsegmente mittels des Vorwärts/Rückwärts-Bewegungsmechanismusses sowie Vorwärts/Rückwärtsbewegen der Einspannvorrichtungen und Öffnen/Schließen der Einspannvorrichtungen; und das Zusammensetzen der drei gewickelten Spuleneinheiten in aufeinanderfolgender Ringform mit einer Neigung der Überbrückungsdrähte von zwei der drei kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten zur Seite des Innendurchmessers des Statorkerns unter verschiedenen Winkeln, wobei die Seitenflächen der Überbrückungsdrähte in den Nullpunkt-Verbindungsbereichen der drei gewickelten Spuleneinheiten und die Verbindungsflächen eines Verbinders alle in die gleiche Richtung orientiert sind.
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VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Mit der vorliegenden Erfindung kann eine rotierende elektrische Maschine mit verbesserter Ausgangsleistung als kompakte Einheit mit geringeren Kosten geschaffen werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung der Anordnung der Überbrückungsdrähte für die verschiedenen Phasenspulen an einem Motor mit 8 Polen und 12 Nuten bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Darstellung der Verbindung der verschiedenen Phasenspulen bei dem Motor mit 8 Polen und 12 Nuten bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine perspektivische Ansicht des Aufbaus von vier kontinuierlich gewickelten Spulen einer Phase bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine perspektivische Ansicht des Aufbaus von vier kontinuierlich gewickelten Spulen einer Phase bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine perspektivische Ansicht des Aufbaus von vier kontinuierlich gewickelten Spulen einer Phase bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine perspektivische Ansicht, wie drei Sätze von kontinuierlich gewickelten Spulen, die jeweils von vier kontinuierlich gewickelten Spulen gebildet werden, von denen jeder einer der drei Phasen entspricht, bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt werden.
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7 ist eine perspektivische Ansicht, wie das Windungsstartstück des Drahtes bei den vier kontinuierlich gewickelten Spulen einer Phase bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu einem Kernsegment geführt wird.
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8 ist eine perspektivische Ansicht, wie die Windungsspur durch Rückwärtsbewegen des Windungsstartstücks des Drahtes bei den vier kontinuierlich gewickelten Spulen einer Phase bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sichergestellt wird.
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9 zeigt in Schnittansichten, wie die Nullpunkte der drei Sätze von kontinuierlich gewickelten Spulen, die jeweils von vier kontinuierlich gewickelten Spulen gebildet werden und von denen jeder einer der drei Phasen entspricht, bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden werden.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Zu Beginn soll das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung kurz dargestellt werden. Bei der Ausführungsform werden zuerst Kernsegmente an einem Mechanismus angebracht, der sie vorwärts/rückwärts bewegt, und ein bestimmtes Kernsegment, auf das eine Spule aufzuwickeln ist, wird vorwärts bewegt, wodurch eine Windungsrotationsspur sichergestellt wird, um kontinuierlich mittels Überbrückungsdrähten Spulen (Spulenelemente) vom konzentrierten Windungstyp zu wickeln, die von rechteckigen Drähten (Drähten mit einem rechteckigen Querschnitt) gebildet werden. Um die Windungen in guter Ausrichtung zu halten, müssen die Seitenflächen des rechteckigen Drahtes, der die Überbrückungsdrähte bildet, zueinander ausgerichtet werden. Deshalb ist über jedem Kernsegment ein Einspannmechanismus angebracht, der den rechteckigen Draht festhält, wobei der rechteckige Draht vom Einspannmechanismus so gehalten wird, daß seine Orientierung etwa 90° beträgt. Nachdem der rechteckige Draht zu einer vorgegebenen Stelle im Kernsegment geführt wurde, wird der Einspannmechanismus weiter nach hinten bewegt, um eine Windungsspur festzulegen. Nach dem Wickeln des Drahtes wird das Windungsendstück des Drahtes eingespannt und daraufhin das Kernsegment rückwärts bewegt, wodurch der Wicklungsprozeß abgeschlossen wird. Durch das wiederholte Ausführen dieses Vorgangs wird eine kontinuierlich gewickelte Spuleneinheit hergestellt. Mit diesem Verfahren werden drei kontinuierlich gewickelte Spuleneinheiten hergestellt, von denen jede einer bestimmten Phase entspricht. Die Überbrückungsdrähte für die kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten von zwei Phasen werden so ausgerichtet, daß sie etwas zur Seite des Innendurchmessers des Statorkerns geneigt sind, damit sich die Überbrückungsdrähte nicht ins Gehege kommen, wenn die kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten für die drei Phasen zusammengebaut werden. Durch das Verbinden der Nullpunkte mittels eines Verbinders in dem Bereich, in dem eine gegenseitige Störung der Überbrückungsdrähte für die drei Phasen wie beschrieben vermieden wird, wird eine rotierende elektrische Maschine geschaffen.
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Mit dem beschriebenen Prozeß wird durch kontinuierliches Wickeln von Spulenelementen für die einzelnen Phasen mit einem rechteckigen Draht für jede Phase eine kontinuierlich gewickelte Spuleneinheit hergestellt, wobei die kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten für die drei Phasen zum Aufbauen des Stators einer rotierenden elektrischen Maschine zusammengebaut und deren Nullpunkte am Verbinder verbunden werden. Ein solcher Stator für eine rotierende elektrische Maschine ist charakterisiert durch eine Verbesserung in der Regelmäßigkeit der Ausrichtung der Spulenelemente in jedem Kernsegment, mit dem Ergebnis eines besseren Raumausnutzungsfaktors, was durch Einspannen der Überbrückungsdrähte vor und nach dem Wickeln der Drähte und Ausrichten der Seitenflächen des rechteckigen Drahtes erreicht wird. Durch das vorab erfolgte Festlegen der Überbrückungsdrähte an den kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten für zwei Phasen derart, daß sie leicht zur Seite des Innendurchmessers des Statorkerns geneigt sind, wird sichergestellt, daß die Überbrückungsdrähte einander nicht stören, wenn die kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten für die drei Phasen zusammengesetzt werden. Da eine gegenseitige Störung der Überbrückungsdrähte für die drei Phasen ausgeschlossen ist, läßt sich die Nullpunktverbindung mit dem Verbinder leicht bewerkstelligen. Mit diesem kontinuierlich gewickelten Spulensystem ist es möglich, einen Motor billiger herzustellen, da bei dem System keine der herkömmlichen Verbindungsplatten für die Linienverbindung wie beim Stand der Technik erforderlich ist und die Herstellung der Verbindungen durch die kleine Anzahl von Verbindungspunkten einfacher ist. Die Verwendung eines rechteckigen Drahts ergibt einen Motor mit hoher Leistung bei geringer Höhe des Spulenendes, wodurch die ohmschen Verluste im Motor geringer sind, der Motor kleiner ist und weniger kostet.
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Es folgt eine genaue Beschreibung der Ausführungsform mit Bezug zu den Zeichnungen.
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Die 1 ist eine schematische Darstellung der Anordnung, wie die Überbrückungsdrähte für die verschiedenen Spulenelemente bei dem Motor der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen. Der Motor 100 ist ein Innenrotormotor mit einem innerhalb des Stators 90 liegenden Rotor 20. Der Motor 100 ist ein Motor vom konzentrierten Wicklungstyp mit Kernsegmenten. Bei der Ausführungsform wird angenommen, daß der Motor 100 ein Motor mit acht Polen und zwölf Nuten ist, bei dem für die Spulenleiter (den Spulendraht) ein rechteckiger Draht verwendet wird. Der Aufbau des im folgenden beschriebenen Motors 100 stellt jedoch nur ein Beispiel dar, und die Anzahl der Motorpole und die Anzahl der Nuten kann verändert werden, solange das wesentliche Konzept der vorliegenden Erfindung gewahrt bleibt. Wie in der 1 gezeigt, entsteht der Stator 90 durch die Verbindung von zwölf Kernsegmenten aus jeweils einem der Spulenelemente 10a bis 10l, die in Ringform angeordnet sind. Der Rotor 20 ist in einem vorgegebenen Abstand dazu innerhalb des Stators 90 angeordnet. Am äußeren Umfang des Rotors 20 sind durch Magnete längs der Umfangsrichtung acht magnetische Pole mit abwechselnden Polaritäten N und S ausgebildet.
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Die vier Spulenelemente 10a, 10d, 10g und 10j für die U-Phase in der 1 sind über Überbrückungsdrähte kontinuierlich gewickelt. Die Spulenelemente 10a und 10d sind in einer Richtung gewickelt und die Spulenelemente 10g und 10j in der entgegengesetzten Richtung. Die vier Spulenelemente 10b, 10e, 10h und 10k für die V-Phase und die vier Spulenelemente 10c, 10f, 10i und 10l für die W-Phase sind ebenfalls so gewickelt, daß sie kontinuierlich gewickelte Spuleneinheiten bilden, bei denen jeweils zwei Spulenelemente in der einen Richtung gewickelt sind und die anderen beiden Spulelemente in der entgegengesetzten Richtung. Das heißt, daß die Nullpunkte der vier kontinuierlich gewickelten Spulenelemente für die U-Phase, der vier kontinuierlich gewickelten Spulenelemente für die V-Phase und der vier kontinuierlich gewickelten Spulenelemente für die W-Phase sich bei dem wie beschrieben aufgebauten Motor 100 an einer Stelle über dem jeweils mittleren Bereich der einzelnen kontinuierlich gewickelten Spulenelemente befinden und an dieser Stelle ein Verbinder 30 angeordnet werden kann.
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Bei diesem Motor sind die Überbrückungsdrähte der vier kontinuierlich gewickelten Spulenelemente für die V-Phase relativ zu den vier kontinuierlich gewickelten Spulenelementen für die W-Phase mit einer leichten Neigung zur Seite des Innendurchmessers des Statorkerns versehen, und die Überbrückungsdrähte der vier kontinuierlich gewickelten Spulenelemente für die U-Phase sind mit einer leichten Neigung relativ zu den vier kontinuierlich gewickelten Spulenelementen für die V-Phase versehen. Dadurch sind sich die Drähte nicht im Weg, was wiederum verhindert, daß das Spulenende in den Rotorbereich oder zur Rückseite des Kerns vorsteht.
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Die 2 ist ein Verbindungsdiagramm mit Bezug auf den Stator 90 bei dem Motor 100 der vorliegenden Erfindung.
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Durch Verbinden eines Eingangsdrahtes 15U1, des Spulenelements 10a, eines Überbrückungsdrahtes 15U2, des Spulenelements 10d, eines Überbrückungsdrahtes 15U3, des Spulenelements 10g, eines Überbrückungsdrahtes 15U4, des Spulenelements 10j und eines Eingangsdrahtes 15U5 wird eine U-Phasen-Spule 10U ausgebildet. Die Spulenelemente 10a und 10d sind in der einen Richtung gewickelt und die Spulenelemente 10g und 10j in der dazu entgegengesetzten Richtung. Wie bei der U-Phasen-Spule 10U wird durch Wickeln von zwei Spulenelementen in der einen Richtung und der übrigen zwei Spulenelemente in der entgegengesetzten Richtung eine V-Phasen-Spule 10V und eine W-Phasen-Spule 10W ausgebildet. Das heißt, daß der Motor 10 der vorliegenden Erfindung ein Verbindungssystem mit zwei +-Reihenverbindungen und zwei parallelen Y-Verbindungen aufweist. Die mittleren Bereiche der U-Phasen-Spule 10U, der V-Phasen-Spule 10V und der W-Phasen-Spule 10W befinden sich jeweils bei den Überdrückungsdrähten 15U3, 15V3 und 15W3, und da die Nullpunkte in diesen mittleren Bereichen über den Verbinder 30 verbunden sind, kann die Anordnung den Stator 90 bilden.
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Anhand der 3 wird der Aufbau einer Spuleneinheit aus den vier kontinuierlich gewickelten Spulenelementen für eine bestimmte Phase bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zur W-Phasen-Spule 10W beschrieben. Wie in der 3 gezeigt, umfaßt die W-Phasen-Spule 10W die vier Kernelemente 10c, 10f, 10i und 10l, die jeweils auf eines der vier Kernsegmente gewickelt sind, die nebeneinander angeordnet sind und die über Überbrückungsdrähten 15W2, 15W3 und 15W3 kontinuierlich gewickelt sind. Die Anschlußdrähte 15W1 und 15W5 bilden die Eingangsdrähte dieser Spuleneinheit. Die kontinuierliche gewickelte Spuleneinheit dieses Beispiel ist dadurch charakterisiert, daß ein spezielles Wicklungsverfahren angewendet wird, das noch beschrieben wird, so daß die Seitenflächen aller rechteckigen Drähte, die die kontinuierlich gewickelte Spuleneinheit bilden, einschließlich der Überbrückungsdrähte ausgerichtet sind. Im Ergebnis sind die Spulenelemente in den Kernsegmenten mit großer Regelmäßigkeit ausgerichtet, so daß der Raumausnutzungsfaktor besser wird. Auch für die V-Phasen-Spule 10V und die U-Phasen-Spule 10U wird dieser grundlegende Spulenaufbau angewendet.
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Die 4 zeigt die V-Phasen-Spule 10V. Die V-Phasen-Spule 10V unterscheidet sich von der W-Phasen-Spule 10W darin, daß die Überbrückungsdrähte 15V2, 15V3 und 15V4, die die einzelnen Spulenelemente der V-Phasen-Spule 10V miteinander verbinden, und der Eingangsdraht 15V5 eine leichte Neigung zum Innendurchmesser des Statorkerns um einen Winkel φ1 aufweisen.
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Die 5 zeigt die U-Phasen-Spule 10U. Die U-Phasen-Spule 10U unterscheidet sich von der W-Phasen-Spule 10W darin, daß die Überbrückungsdrähte 15U2, 15U3 und 15U4, die die einzelnen Spulenelemente der U-Phasen-Spule 10U miteinander verbinden, und der Eingangsdraht 15U5 eine leichte Neigung zum Innendurchmesser des Statorkerns um einen Winkel φ2 aufweisen, der größer ist als der Winkel φ1.
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Die 6 zeigt, wie die kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten, die jeweils einer der drei Phasen entsprechen und die jeweils von vier kontinuierlich gewickelten Spulenelementen gebildet werden, bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt werden. Die W-Phasen-Spule 10W, die V-Phasen-Spule 10V und die U-Phasen-Spule 10U werden in dieser Reihenfolge zusammengesteckt, wobei die Spulenelemente der einzelnen Spuleneinheiten nebeneinander liegen. Nur in diesem zusammengebauten Zustand können die Nullpunkte der Spuleneinheiten für die drei Phasen verbunden werden, das heißt es entsteht dabei ein Nullpunkt-Verbindungsbereich 40. Da die Überbrückungsdrähte der V-Phasen-Spule 10V und der U-Phasen-Spule 10U um den Winkel φ1 bzw. den Winkel φ2 geneigt sind, kommen die Überbrückungsdrähte miteinander nicht in Konflikt, und das Spulenende steht nicht in den Rotorbereich oder zur Rückseite des Kerns vor.
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Da die Überbrückungsdrähte nicht miteinander in Konflikt kommen, können die Kernsegmente in einer geraden Linie nebeneinander angeordnet werden, wodurch der Zusammenbau vereinfacht wird. Die Überbrückungsdrähte können alle im wesentlichen auf der gleichen Höhe verlaufen, wodurch die Höhe des Spulenendes verringert werden kann. Die Verbindungsarbeiten für den Motor 100 werden dadurch bewerkstelligt, daß der Verbinder 30 im Nullpunkt-Verbindungsbereich 40 angesetzt wird, der zum Beispiel aus einer Klemme besteht, und am Verbinder 30 eine Elektrode angesetzt und damit verbunden wird. Der Stator 90 wird durch Biegen der drei zusammengesetzten kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten für die drei Phasen aus jeweils vier kontinuierlich gewickelten Spulenelementen aus der geraden Linie in eine Ringform ausgebildet, wie es in der 6 durch Pfeile angezeigt wird.
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Im vorliegenden Beispiel werden die Überbrückungsdrähte für die drei Phasen im Nullpunkt-Verbindungsbereich 40 mit dem Verbinder 30 verbunden. Die Überbrückungsdrähte können jedoch auch durch ein anderes Verfahren verbunden werden, solange die Verbindung dabei im Nullpunkt-Verbindungsbereich 40 erfolgt. Zum Beispiel kann die Lackschicht an den Überbrückungsdrähten für die drei Phasen mit einem Laser entfernt werden, die freiliegenden Kupferabschnitte der Überbrückungsdrähte dann miteinander in Kontakt gebracht und mittels TIG-Schweißen oder Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden, ohne daß der Verbinder 30 verwendet wird. Durch ein solches alternatives Verbindungsverfahren, bei dem kein Verbinder 30 erforderlich ist, kann der Motor billiger werden.
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Die 7 und 8 zeigen ein Wicklungsverfahren für das kontinuierliche Wickeln der vier Spulenelemente für eine Phase bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in der 7 gezeigt, werden vier Kernsegmente 11, die in einer Gerade nebeneinander angeordnet sind, jeweils an einem Bewegungsmechanismus 50 für eine Vorwärts/Rückwärtsbewegung der Kernsegmente angebracht. Im folgenden wird beschrieben, wie das Spulenelement am Kernsegment 11 gewickelt wird, das sich in der Zeichnung an zweiter Stelle von links befindet. Am vorderen Ende eines Drehmechanismusses (nicht gezeigt) befindet sich eine Düse 60, durch die ein rechteckiger Draht zugeführt wird. Mit diesem Drehmechanismus, der an einem triaxialen orthogonalen Roboter angebracht ist, können die Überbrückungsdrähte und die Wicklungen ausgebildet werden. In der folgenden Beschreibung wird die Richtung zum (nicht gezeigten) Drehmechanismus hin als ”Vorwärts” bezeichnet und die Richtung vom Drehmechanismus weg als ”Rückwärts”. Wenn der Wicklungsprozeß am ersten Kernsegment zu Ende ist, wird das rechteckige Drahtstück, das am ersten Kernsegment das Wicklungsende des Spulenelements 10c bildet, mit einer bei etwa 90° festgehaltenen Orientierung von einer Einspannvorrichtung 52 vom Auf/Zu-Typ ergriffen und dann die Auf/Zu-Einspannvorrichtung 52 rückwärts bewegt. Daraufhin wird das Spulenelement 10c mittels des Bewegungsmechanismusses 50 für die Vorwärts/Rückwärts-Bewegung des Kernsegments rückwärts bewegt. Wenn die Orientierung des rechteckigen Drahtstückes, das das Wicklungsende bildet, bei etwa 90° gehalten wird, bildet die Ortskurve der Mittellinie durch diesen Drahtabschnitt am Wicklungsende relativ zu der Mittellinie des Überbrückungsdrahtes einen Winkel von etwa 90° (siehe die 3 bis 5).
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Dann wird zum Wickeln das nächste, das heißt das zweite Kernsegment 11 mittels des Bewegungsmechanismusses 50 für die Vorwärts/Rückwärts-Bewegung des Kernsegments vorwärts bewegt. Dabei wird eine weitere Auf/Zu-Einspannvorrichtung 51 im offenen Zustand vorwärts bewegt, und der rechteckige Draht wird von der Düse 60 nach unten zeigend in das Kernsegment 11 eingeführt, wobei die Einspannvorrichtung 51 als Führung dient, wie es durch den Pfeil angezeigt wird. Wenn sich die Düse 60 an einem vorgegebenen Punkt befindet, wird die Auf/Zu-Einspannvorrichtung 51 geschlossen und das rechteckige Drahtstück am Wicklungsbeginn mit einer Orientierung von etwa 90° fixiert. Wenn die Orientierung des rechteckigen Drahtstückes am Wicklungsbeginn bei etwa 90° gehalten wird, bildet die Ortskurve der Mittellinie durch diesen Drahtabschnitt am Wicklungsbeginn relativ zu der Mittellinie des Überbrückungsdrahtes einen Winkel von etwa 90° (siehe die 3 bis 5). Die Einspannvorrichtungen 51 und 52 vom Auf/Zu-Typ sind auf dem Bewegungsmechanismus 50 für die Vorwärts/Rückwärts-Bewegung des jeweiligen Kernsegments angeordnet und weisen jeweils einen eigenen Antriebsmechanismus zum Vorwärts/Rückwärtsbewegen der Einspannvorrichtung 51, 52 und zum Öffnen/Schließen der Einspannvorrichtung 51, 52 auf.
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Dann wird die Auf/Zu-Einspannvorrichtung 51 rückwärts bewegt, um die Wickelspur für die Düse 60 festzulegen, wie es in der 8 gezeigt ist. Durch das Halten der Orientierung des rechteckigen Drahtes sowohl am Wicklungsbeginn als auch am Wicklungsende bei etwa 90° bleibt die Orientierung des rechteckigen Drahtes am Kernsegment erhalten, wodurch es möglich ist, die Regelmäßigkeit der Ausrichtung des rechteckigen Drahtes zu sichern und den Raumausnutzungsgrad zu verbessern. Nach Beendigung des Wicklungsprozesses wird eine Auf/Zu-Einspannvorrichtung 52 im offenen Zustand vorwärts bewegt und das Drahtstück am Wicklungsende von der Einspannvorrichtung 52 ergriffen und festgehalten, wodurch der Wickelprozeß am zweiten Kernsegment abgeschlossen ist. Zur Herstellung der kontinuierlich gewickelten Spuleneinheit aus vier kontinuierlich gewickelten Spulenelementen für die einzelnen Phasen wird der beschriebene Vorgang insgesamt viermal wiederholt. Bei dem beschriebenen Beispiel wird die Düse 60 gedreht, es wird jedoch die gleiche kontinuierlich gewickelte Spuleneinheit aus vier kontinuierlich gewickelten Spulenelementen erhalten, wenn die bearbeitete Seite (der mit Bezug zu den 7 und 8 beschriebene Gesamtmechanismus ohne die Düse 60) gedreht und die Düse 60 in einer festen Stellung gehalten wird.
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Die 9 zeigt Schnittansichten für die Verbindung der Nullpunkte der drei kontinuierlich gewickelten Spuleneinheiten für jeweils eine der drei Phasen aus jeweils vier kontinuierlich gewickelten Spulenelementen bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch wenn wie in der 9 gezeigt die Überbrückungsdrähte 15W3, 15V3 und 15U3 der Spuleneinheiten für die drei Phasen im wesentlichen alle in der gleichen Höhe liegen und die Seitenflächen des rechteckigen Drahtes, der die Überbrückungsdrähte 15W3, 15V3 und 15U3 bildet, im wesentlichen zueinander ausgerichtet sind (siehe 6), stimmen die Orientierungen der einzelnen Stränge des rechteckigen Drahtes nicht vollständig überein. Das im folgenden beschriebene Verfahren stellt ein Beispiel zur Verbesserung der Kontaktfläche zwischen dem Verbinder und den Überbrückungsdrähten dar, die durch Aufschmelzen verbunden werden. Zuerst werden die Überbrückungsdrähte 15W3, 15V3 und 15U3 in den Verbinder 30 eingesetzt. Dann werden die Überbrückungsdrähte 15W3, 15V3 und 15U3 mit einem in den Verbinder 30 eingeführten Druckkolben 70 in den Verbinder 30 gedrückt. Dadurch kommen die rechteckigen Drähte miteinander in Kontakt. Dann wird Elektroden 71 und 72, die gegen die Oberseite bzw. die Unterseite des Verbinders 30 gedrückt werden, Energie zugeführt. Durch das Zuführen der Energie wird der Verbinder 30 aufgeheizt, so daß die Lackschicht an den Seitenflächen des rechteckigen Drahtes schmilzt. Durch die Wärme und den von den Elektroden 71 und 72 ausgeübten Druck wird der Lack aus dem Verbinder 30 herausgedrückt, und die Verbindungsabschnitte der drei rechteckigen Drähte werden mit den Verbindungsflächen (den inneren Wandflächen) des Verbinders 30 verbunden. Mit diesem Verfahren werden die Seitenflächen der Verbindungsabschnitte der drei rechteckigen Drähte und die Verbindungsflächen am Verbinder 30 alle in die gleiche Richtung orientiert, so daß eine große Kontaktfläche entsteht, über die dem Motor zuverlässig Strom zugeführt werden kann.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform wird ein rechteckiger Draht (mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt) verwendet. Es ist jedoch bei der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, daß der Draht eine genau rechteckige Form hat. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Form des Drahtes zur Berücksichtigung der Besonderheiten der Konstruktion auch etwas abgeändert werden. So kann der Leiter zum Ausbilden der Spulen zum Beispiel eine leicht abgeschrägte Form (eine im wesentlichen oktogonale Form) haben, die durch Abschrägen der Ecken eines Rechtecks entsteht. Die vorliegende Erfindung kann auch mit einem Leiter in einer anderen Form ausgeführt werden, solange es keine Kreisform ist. Auch kann die Spulenwicklung für jede Phase durch Verbinden einer Anzahl von Spulenelementen durch Überbrückungsdrähte ausgebildet werden.
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Die beschriebene Ausführungsform stellt nur ein Beispiel dar, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, solange die Merkmale, die die vorliegende Erfindung kennzeichnen, erhalten bleiben. Jede andere Ausführung innerhalb des technischen Bereichs der vorliegenden Erfindung ist daher als innerhalb des Umfangs der Erfindung liegend zu betrachten.
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Durch Bezugnahme wird der Inhalt der folgenden Prioritätsanmeldung eingeschlossen:
- Japanische Patentanmeldung Nr. 2010-129525 , eingereicht am 7. Juni 2010.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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