DE112012007164T5

DE112012007164T5 - Anker für eine Elektrodrehmaschine

Info

Publication number: DE112012007164T5
Application number: DE112012007164.6T
Authority: DE
Inventors: Hirohisa Yokota; Yutaro Shirai; Shinichiro Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: JPWO2014061101A1; DE112012007164B4; CN104737422B; WO2014061101A1; US20150188372A1; JP5866026B2; US9793774B2; CN104737422A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Anker für eine Elektrodrehmaschine bereit, der eine Verringerung der axialen Abmessung ermöglicht und die Isolation zwischen Wicklungen einer randseitigen Wicklung verbessern kann. Ein Anker für eine Elektrodrehmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Kern, der mehrere Zähne aufweist, die jeweils so angeordnet sind, dass sich diese radial erstrecken, in einer Umfangsrichtung mit einem bestimmten Strukturabstand; und mehrere randseitige Wicklungen, die durch Wickeln eines rechteckigen Leitungsdrahts, der mit einer Isolation beschichtet ist, mit mehreren Windungen in eine randseitige Wicklung aufgebaut sind, wobei die mehreren randseitigen Wicklungen jeweils geradlinige Abschnitte und Wicklungsendabschnitte aufweisen, die radial angeordnet sind und die mittels gebogener Abschnitte verbunden sind, die geradlinigen Abschnitte an umfangsseitigen Abschnitten der Zähne radial angeordnet sind, so dass sich diese von einer Mittelachse der Zähne, ausgehend von einem Vorderende der Zähne zu einer Basis, allmählich entfernen; und radial benachbarte Abschnitte des rechteckförmigen Leitungsdrahts so aufgebaut sind, dass gewölbte Abschnitte, die aufgrund von Kompressionsbelastungen wegen des Biegens an innenumfangsseitigen Abschnitten der gebogenen Abschnitte auftreten, einander nicht zugewandt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anker für eine Elektrodrehmaschine, die eine randseitige Spule aufweist, die durch Wickeln eines rechteckigen Leitungsdrahts in eine randseitige Wicklung hergestellt wird.
HINTERGRUND
Aufgrund der Verwendung eines rechteckförmigen Leitungsdrahts, anstelle eines runden Leitungsdrahts, weisen randseitige Spulen, die durch Wickeln in randseitige Wicklungen hergestellt werden, Vorteile auf, wie etwa im Hinblick auf eine Verbesserung des Raumfaktors und eine Verringerung von Widerstandswerten. Ferner, da diese nicht in mehrere Schichten gewickelt werden, weisen randseitige Spulen auch Vorteile im Hinblick auf eine Verringerung innerer und äußerer Differenzen der Spulentemperatur auf und haben gute Wärmeableitungscharakteristika.
Wenn allerdings ein rechteckiger Leitungsdraht in eine randseitige Wicklung gewickelt wird, dehnen sich äußere Umfangsabschnitte und wirken Kompressionsbelastungen auf die Innenumfangsabschnitte. Die Innenumfangsabschnitte weisen aufgrund der Wirkung der Kompressionsbelastungen eine Tendenz auf, sich zu wölben. Im Allgemeinen wird eine Isolierschicht, wie beispielsweise ein Drahtlack (enamel), auf die Oberfläche des rechteckförmigen Leitungsdrahts aufgebracht.
Bei herkömmlichen randseitigen Spulenkonstruktionen, bei denen eine Biegung an identischen Positionen vorgenommen wird, so dass eine ordnungsgemäße Anordnung vorliegt, überlappen die gewölbten Innenumfangsabschnitte aufgrund der Biegung in einer Richtung der Wicklungslegung, und somit bestand ein Risiko darin, dass die Isolation zwischen dem Draht der Wicklungen beeinträchtigt sein kann.
Im Hinblick auf solche Umstände wurden Elektrodrehmaschinen vorgeschlagen, die aufweisen: einen ersten gebogenen Abschnitt, der einer Biegung ausgesetzt ist und der einen Spulenendabschnitt bildet; und einen zweiten gebogenen Abschnitt, der benachbart zu dem ersten gebogenen Abschnitt in der Richtung der Wicklungslegung angeordnet ist und der einen Spulenendabschnitt bildet, wobei eine Beeinträchtigung der Isolation zwischen Drähten einer Wicklung unterbunden wird, indem Innenumfangsabschnitte des ersten gebogenen Abschnitts und des zweiten gebogenen Abschnitts so angeordnet werden, dass Positionen derselben in einer Richtung der ebenen Fläche des rechteckförmigen Leitungsdrahts lediglich in dem Spulenendabschnitt voneinander verschoben sind, und ferner indem vermieden wird, dass Abschnitte des rechteckigen Leitungsdrahts, in denen gewölbte Abschnitte, die aufgrund von Kompressionsbelastungen durch die Biegung auftreten, benachbart sind, einander in Innenumfangsabschnitten zugewandt sind (vgl. beispielsweise Patentliteratur 1).
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 4583798 (Amtsblatt)
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Bei der Elektrodrehmaschine, die in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, bestand ein Problem darin, dass axiale Abmessungen der Elektrodrehmaschine um einen Betrag vergrößert sind, der proportional zur axialen Verschiebung der benachbarten Wicklungsendabschnitte ist, da die Innenumfangsabschnitte des ersten gebogenen Abschnitts und des zweiten gebogenen Abschnitts so angeordnet sind, dass Positionen derselben in der Richtung der ebenen Fläche des rechteckförmigen Wicklungsdrahts voneinander verschoben sind, das heißt in der axialen Richtung der Elektrodrehmaschine, so dass benachbarte gewölbte Abschnitte des rechteckigen Wicklungsdrahts, die aufgrund von Kompressionsbelastungen wegen der Biegung auftreten, einander nicht zugewandt sind.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die obigen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Anker für eine Elektrodrehmaschine bereitzustellen, bei dem ein Überlappen zwischen Innenumfangsabschnitten von gebogenen Abschnitten unterbunden, Verkleinerungen der axialen Abmessung ermöglicht und eine Isolation zwischen Drähten einer randseitigen Wicklung verbessert werden können, ohne Längsabmessungen der geradlinigen Abschnitte der randseitigen Wicklung zu erhöhen.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Anker für eine Elektrodrehmaschine bereitgestellt, der aufweist: einen Kern, der mehrere Zähne ausweist, die entsprechend so angeordnet sind, dass sie sich radial erstrecken, in einem gewissen Strukturabstand in einer Umfangsrichtung; und mehrere randseitige Wicklungen, die durch Wickeln eines rechteckigen Leitungsdrahts, der mit einer Isolation beschichtet ist, mit mehreren Windungen in eine randseitige Wicklung aufgebaut ist. Die mehreren randseitigen Wicklungen enthalten jeweils geradlinige Abschnitte und Wicklungsendabschnitte, die radial angeordnet sind, und die jeweils durch gebogene Abschnitte verbunden sind. Die geradlinigen Abschnitte sind radial an umfangsseitigen Abschnitten der Zähne angeordnet, um sich von einer Mittelachse der Zähne, ausgehend von einem Vorderende der Zähne zu einer Basis, allmählich zu entfernen, und wobei radial benachbarte Abschnitte des rechteckigen Leitungsdrahts so aufgebaut sind, dass gewölbte Abschnitte, die aufgrund von Kompressionsbelastungen wegen des Biegens an innenumfangsseitigen Abschnitten der gebogenen Abschnitte auftreten, einander nicht zugewandt sind.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die geradlinigen Abschnitte so radial an umfangsseitigen Abschnitten der Zähne angeordnet, dass sich diese von einer Mittellinie der Zähne, ausgehend von einem vorderen Ende der Zähne zu einer Basis, allmählich entfernen, und sind radial benachbarte Abschnitte des rechteckigen Leitungsdrahts so aufgebaut, dass gewölbte Abschnitte einander nicht zugewandt sind, die aufgrund von Kompressionsbelastungen wegen des Biegens an innenumfangsseitigen Abschnitten der gebogenen Abschnitte auftreten. Somit kann eine Beeinträchtigung der Isolation zwischen Wicklungen der randseitigen Spule unterbunden werden, ohne axiale Abmessungen des Ankers zu vergrößern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Endansicht, welche einen Stator einer Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schräge Projektion, welche eine Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet;
3 ist eine auseinandergezogene schräge Projektion, welche die Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet;
4 ist eine Seitenansicht, die eine konzentrierte Wicklungsspule zeigt, die in der Kerneinheit verwendet wird, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet;
5 ist eine Rückansicht, welche die konzentrierte Wicklungsspule zeigt, die in der Kerneinheit verwendet wird, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet;
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Umgebung eines Zahns in der Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet;
7 ist ein Querschnitt, der eine Umgebung von gebogenen Abschnitten in der Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet;
8 ist eine schräge Projektion, die eine Kerneinheit zeigt, welche einen Stator einer Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bildet;
9 ist eine Teilquerschnittsansicht, welche die Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bildet;
10 ist eine schräge Projektion, die einen Kernblock in der Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bildet; und
11 ist eine schräge Projektion, die eine Kerneinheit zeigt, welche einen Stator einer Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bildet.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines Ankers für eine Elektrodrehmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist eine Endansicht, welche einen Stator einer Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine schräge Projektion, die eine Kerneinheit zeigt, welche den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet, 3 ist eine auseinandergezogene schräge Projektion, welche die Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet, 4 ist eine Seitenansicht, welche eine konzentrierte Wicklungsspule zeigt, die in der Kerneinheit verwendet wird, welche den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet, 5 ist eine Rückansicht, welche die konzentrierte Wicklungsspule zeigt, die in der Kerneinheit verwendet wird, welche den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet, 6 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Umgebung eines Zahns in der Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet und 7 ist ein Querschnitt, der eine Umgebung von gebogenen Abschnitten in der Kerneinheit zeigt, welche den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet.
In 1 weist ein Stator 1, der als Anker fungiert, auf: einen ringförmigen Statorkern 3; und eine Statorwicklung 5, die an dem Statorkern 3 angebracht ist. Der Statorkern 3 ist in zwölf gleiche Abschnitte in einer Umfangsrichtung unterteilt, so dass dieser von zwölf Kernblöcken 4 gebildet wird. Die Statorwicklung 5 wird von zwölf konzentrierten Wicklungsspulen 6 gebildet. Der Stator 1 wird durch Aufbauen von Kerneinheiten 2 hergestellt, indem die konzentrierten Wicklungsspulen 6 auf die Kernblöcke 4 angebracht werden, die Kerneinheiten 2 in einer Umfangsrichtung ringförmig angeordnet werden und diese in einen ringförmigen Rahmen 9 eingebracht und an diesem befestigt werden.
Hier weisen die Kerneinheiten 2, wie es in 3 gezeigt ist, auf: einen Kernblock 4; eine konzentrierte Wicklungsspule 6; zwei Spulenkörper 10; und zwei Isolationslagen 15.
Die Kernblöcke 4 werden beispielsweise durch Schichten und Integrieren einer großen Anzahl von elektromagnetischen Stahlplatten hergestellt, die in identische Formen gestanzt wurden, und weisen auf: einen kreisbogenförmigen Kernrückabschnitt 4a; und einen Zahn 4b, der so angeordnet ist, dass sich dieser von einem Zentrum bezüglich der Umfangsrichtung einer Innenumfangsfläche des Kernrückabschnitts 12 radial nach innen erstreckt. Der Zahn 4b ist ein Prisma, das eine Form aufweist, bei der sich eine Umfangsbreite allmählich von einem vorderen Ende des Zahns 4b zu einer Basis aufweitet und bei der eine Endfläche (eine Bodenfläche) ungefähr einen trapezförmige Gestalt aufweist. Hier wird eine Achse, die sich in einer Breitenrichtung durch ein Zentrum des Zahns 4b erstreckt, und eine Mittelachse des Statorkerns 3 als Mittelachse A des Zahns 4b bezeichnet.
Wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, sind die konzentrierten Wicklungsspulen 5 randseitige Wicklungen, die durch Wickeln eines rechteckigen Leitungsdrahts 7 in einer einzigen Schicht mit einer bestimmten Anzahl von Windungen in eine randseitige Wicklung bzw. Spule hergestellt werden. Es wird Kupferdraht oder Aluminiumdraht und so weiter, der mit einer Isolation beschichtet ist, als rechteckförmiger Leitungsdraht 7 verwendet. Jede der Windung der konzentrierten Wicklungsspule 6 wird in einer rennstreckenartigen (racetrack) Form ausgebildet, bei der zwei einander zugewandte parallele geradlinige Abschnitte 6a und zwei einander zugewandte parallele Wicklungsendabschnitte 6b durch gebogene Abschnitte 6c, die so gebogen sind, dass diese eine bestimmte Krümmung aufweisen, verbunden sind. Die konzentrierten Wicklungsspulen 6 werden durch spiralförmiges verbinden der geradlinigen Abschnitte 6a und der Wicklungsendabschnitte 6b unter Verwendung der gebogenen Abschnitte 6c aufgebaut, so dass diese mit einer bestimmten Anzahl von Windungen in einer Richtung, die senkrecht auf der Ebene steht, die von einer langen Seite eines rechteckförmigen Querschnitts des rechteckigen Leitungsdrahts 7 (im Folgenden als ”Richtung der Wicklungslegung” bezeichnet) gebildet wird, lagenförmig angeordnet sind.
Die geradlinigen Abschnitte 6a, die in zwei Spalten angeordnet sind, weisen jeweils eine Länge auf, die gleich einer axialen Länge des Zahns 4b ist, wobei die einander zugewandten geradlinigen Abschnitte 6a so angeordnet sind, dass der Abstand zwischen diesen sich in einer ersten Richtung der Richtung der Wicklungslegung allmählich aufweitet, so dass eine Anpassung an den Zahn 4b, der ein Prisma ist, das eine Bodenfläche aufweist, die eine ungefähr trapezförmige Gestalt hat, vorgenommen werden kann. Die Wicklungsendabschnitte 6b, die in zwei Spalten angeordnet sind, sind in der Richtung der Wicklungslegung angeordnet, so dass der Abstand zwischen einander zugewandten Wicklungsendabschnitten 6b konstant ist. eine Überlappung in einer Umgebung von Innenumfangskanten der gebogenen Abschnitte 6c, die in der Richtung der Wicklungslegung einander benachbart sind, kann dadurch vermieden werden.
Nun tritt eine Dehnung an den Außenumfangsabschnitten der gebogenen Abschnitte 6c auf, die so gebogen werden, dass diese eine bestimmte Krümmung haben. Gleichzeitig, wie es in den Figuren gezeigt ist, wirken Kompressionsbelastungen auf die Innenumfangsabschnitte der gebogenen Abschnitte 6c aufgrund der Biegung, wodurch gewölbte Abschnitte 8 entstehen. Somit treten mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit Unregelmäßigkeiten bezüglich der Dicke der Isolationsschicht aufgrund der Wölbungen, das heißt aufgrund einer Verformung, an den Innenumfangsabschnitten der gebogenen Abschnitte 6c auf.
Die Spulenkörper 10, die als Isolationsendplatten dienen, sind beispielsweise mittels Harz ausgeformte Körper, in denen Polyphenylensulfid-(PPS)-Harz verwendet wird. Die Spulenkörper 10 weisen auf: Stammabschnitte 11, in denen ein Querschnitt parallel zu einer Längsrichtung von trapezförmiger Gestalt ist, wobei ein Querschnitt, der senkrecht auf der Längsrichtung steht, ungefähr rechteckförmig ist, eine Abrundung an zwei Eckabschnitten auf der Seite eines oberen Abschnitts vorgenommen ist, und die so angeordnet sind, dass die Längsrichtungen in einer Vorsprungsrichtung des Zahns 4b (eine radiale Richtung) ausgerichtet sind und Bodenflächen mit zwei axialen Endflächen des Zahns 4b in Kontakt stehen; erste Führungsabschnitte 12, die sich von den Bodenflächen von einem ersten Längsende von oberen Flächen der Stammabschnitte 11 weg erstrecken (vom Zahn 4b weg); und zweite Führungsabschnitte 13, die sich von den Bodenflächen von einem zweiten Längsende der oberen Flächen der Stammabschnitte 11 weg erstrecken, so dass diese den ersten Führungsabschnitten 12 zugewandt sind. Ferner sind die Bodenflächen der Stammabschnitte 11 so ausgebildet, dass diese Formen aufweisen, die im Wesentlichen den Endflächen des Zahns 4b entsprechen, mit Ausnahme davon, dass Höhen der Trapezformen geringer sind, und zwei Eckabschnitte in der Nähe von oberen Abschnitten der Stammabschnitte 11 so ausgebildet sind, dass diese eine Krümmung aufweisen, die gleich einer Krümmung der innenumfangsseitigen Flächen der gebogenen Abschnitte 6c der konzentrierten Wicklungsspule 6 sind.
Die Isolationslagen 15 werden beispielsweise durch Pressformen einer Lage ausgebildet, die durch sandwichartiges Anordnen eines Polyimidfilms zwischen Meta-Aramid-Fasern ausgebildet wird. Die Isolationslagen 15 weisen auf: einen Schlitzisolationsabschnitt 16, der an Innenwandflächen der Kernrückabschnitte 4a und des Zahns 4b des Kernblocks 11 angeordnet ist, welche Schlitze definieren; und erste und zweite Zwischenphasenisolationsabschnitte 17 und 18, die umgefaltet sind, um die Spalten bzw. Säulen der geradlinigen Abschnitte 6a der konzentrierten Wicklungsspule 6 abzudecken.
Als Nächstes werden zur Montage der Kerneinheiten 2 die beiden Spulenkörper 10 in eine Innenumfangsseite der konzentrierten Wicklungsspule 6 eingebracht und so in der Längsrichtung der geradlinigen Abschnitte 6a bewegt, dass diese an der konzentrierten Wicklungsspule 6 angebracht werden. Somit werden die Spalten der Wicklungsendabschnitte 6b, die in der Richtung der Wicklungslegung angeordnet sind, zwischen die ersten Führungsabschnitte 12 und die zweiten Führungsabschnitte 13 eingebracht, und innenumfangsseitigen Flächen der Wicklungsendabschnitte 6b und der gebogenen Abschnitte 6c geraten mit Außenumfangsflächen der Stammabschnitte 11 in Kontakt. Als Nächstes werden die Isolationslagen 15 so angebracht, dass die Schlitzisolationsabschnitte 16 entlang der Seite der innenumfangsseitigen Flächen jeder Spalte der geradlinigen Abschnitte 6a, die in der Richtung der Wicklungslegung gelegt sind, angeordnet werden. Anschließend werden die Zwischenphasenisolationsabschnitte 17 und 18 der Isolationslagen 15 umgefaltet, um den Außenumfang jeder Spalte der geradlinigen Abschnitte 6a, die in der Richtung der Wicklungslegung gelegt sind, einzuhüllen. Als Nächstes wird die konzentrierte Wicklungsspule 6, an welche die Spulenkörper 10 und die Isolationslagen 15 angebracht wurden, über den Zahn 4b des Kernblocks 4 angebracht, um die Kerneinheit 2, die in 3 gezeigt ist, aufzubauen.
Ferner sind zwölf Kerneinheiten 2 in einer Umfangsrichtung ringförmig angeordnet, so dass Seitenflächen der Kernrückabschnitte 4a der Kernblöcke 4 in Umfangsrichtung gesehen gegeneinander angrenzen. Ferner sind die Kerneinheiten 2, die in der Umfangsrichtung ringförmig angeordnet sind, mittels Druck in den ringförmigen Rahmen 9 eingepasst und fixiert oder sind mittels Schrumpfpassung in den Rahmen 9 eingebracht und fixiert, um den Stator 1 aufzubauen, wie er in 1 gezeigt ist. Ferner ist ein Überzug 19 auf die konzentrierten Wicklungsspulen 6 aufgetropft. Der Überzug 19 ist zwischen die rechteckförmigen Leitungsdrähte 7 und zwischen die rechteckförmigen Leitungsdrähte 7 und die Isolationslagen 15 mittels Kapillarwirkung imprägniert und gehärtet. Die zwölf konzentrierten Wicklungsspulen 6 sind AC-verbunden, um die Statorwicklung 5 aufzubauen.
Ferner sind die Kernblöcke 4 in einer Ringform angeordnet, indem Flächen der Umfangsseite der Kernabschnitte 4a gegeneinander in Angrenzung gebracht werden, um den Statorkern 3 aufzubauen. Die Kernrückabschnitte 4a sind in Umfangsrichtung verbunden, um die ringförmige Kernrückseite des Statorkerns 3 aufzubauen, und Zwischenräume, die durch die Kernrückseite und benachbarte Zähne 4b ausgebildet sind, bilden die Schlitze. Die Wicklungsendabschnitte 6b und die gebogenen Abschnitte 6c der konzentrierten Wicklungsspulen 6, welche von dem Statorkern 3 axial nach außen hervorstehen, bilden Wicklungsenden der Statorwicklung 5.
Wenngleich nicht gezeigt, wird der Stator 1, der auf diese Weise aufgebaut ist, von einem Gehäuse gehalten, welches einen Rotor hält, der in dem Gehäuse drehbar angeordnet ist, um eine Elektrodrehmaschine, wie beispielsweise einen Elektromotor oder einen Generator und so weiter, aufzubauen.
Wie es in 6 gezeigt ist, sind die geradlinigen Abschnitte 6a der konzentrierten Wicklungsspulen 6 so angeordnet, dass sich diese von einer Mittelachse A der Zähne 4b auf zwei Umfangsseiten der Zähne 4b vom vorderen Ende der Zähne 4b zur Basis allmählich entfernen. Somit sind die geradlinigen Abschnitte 6a so angeordnet, dass sich diese in einzelnen Spalten in der Richtung der Wicklungslegung (der radialen Richtung) eng nebeneinander entlang zweier Flächen der Umfangsseite der Zähne 4b aufreihen, welche im Wesentlichen trapezförmige Querschnitte aufweisen. Die Isolationslagen 15 sind so angebracht, dass die Schlitzisolationsabschnitte 16 zwischen den Zähnen 4b und den Kernrückabschnitten 4a und den Spalten der geradlinigen Abschnitte 6a, die in einzelnen Spalten angeordnet sind, vorgesehen sind, und die Zwischenphasenisolationsabschnitte 17 und 18 sind so umgefaltet, dass diese den Außenumfang der Spalten der geradlinigen Abschnitte 6a umgeben. Ferner, wenngleich nicht gezeigt, ist der Überzug 19 zwischen die Kernblöcke 4 und die Isolationslagen 15, zwischen die Isolationslagen 15 und die geradlinigen Abschnitten 6a und zwischen die geradlinigen Abschnitte 6a imprägniert und gehärtet.
Die Wicklungsendabschnitte 6b der konzentrierten Wicklungsspulen 6 sind so angeordnet, dass diese in einzelnen Spalten in einer radialen Richtung an zwei axialen Enden der Zähne 4b nebeneinander liegen, so dass Innenumfangsseitenflächen derselben bündig sind. Die Spulenkörper 10 sind an zwei axialen Endflächen der Zähne 4b angeordnet, so dass diese mit den Innenumfangsseitenflächen der Wicklungsendabschnitte 6b, die bündig angeordnet sind, und den Innenumfangsseitenflächen der gebogenen Abschnitte 6c in Kontakt stehen. Ferner, wie es in 7 gezeigt ist, ist der Überzug 19 sowohl zwischen die gebogenen Abschnitte 6c und zwischen die gebogenen Abschnitte 6c und die Spulenkörper 10 als auch zwischen die Wicklungsendabschnitten 6b und zwischen die Wicklungsendabschnitte 6b und die Spulenkörper 10 imprägniert und gehärtet.
Gemäß Ausführungsform 1 sind die entsprechenden Spalten der geradlinigen Abschnitte 6a so angeordnet, dass der Zwischenraum zwischen geradlinigen Abschnitten 6a, die in der Umfangsrichtung des Statorkerns 3 einander zugewandt sind, sich radial nach außen allmählich aufweitet (entlang einer ersten Richtung in der Richtung der Wicklungslegung). Somit sind die gewölbten Abschnitte 8 auf den Innenumfangsabschnitten des radial benachbarten gebogenen Abschnitts 6c in Umfangsrichtung versetzt bzw. verschoben, wodurch eine Überlappung vermieden wird. Die rechteckigen Leitungsdrähte 7 können somit in einem Zustand des engen Kontakts gewickelt werden, wodurch eine Verringerung der radialen Abmessung des Stators 1 ermöglicht wird. Ferner werden eine Beeinträchtigung der Spannungstoleranz zwischen den Wicklungen, die von den gewölbten Abschnitten 8 herrührt, das heißt den Abschnitten, in denen Ungleichmäßigkeiten der Dicke der Isolationsschicht erzeugt werden, und eine Überlappung in der radialen Richtung unterbunden.
Da die entsprechenden Spalten der Wicklungsendabschnitte 6b in der radialen Richtung so angeordnet sind, dass der Abstand zwischen Wicklungsendabschnitten 6b, die in der axialen Richtung des Statorkerns 3 einander zugewandt sind, konstant ist, treten keine Erhöhungen der Abmessungen in Längsrichtung der geradlinigen Abschnitte 6a der konzentrierten Wicklungsspulen 6 auf, wodurch eine Verringerung der axialen Abmessungen des Stators 1 ermöglicht wird.
Da die Zähne 4b der Kernblöcke 4 so hergestellt werden, dass diese einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, bei dem sich eine Breite in Umfangsrichtung derselben von einem Vorderende des Zahns 4b zur Basis allmählich aufweitet, wird die magnetische Sättigung erleichtert, und folglich kann eine Verringerung des Kernverlusts vermieden werden.
Die Zähne 4b sind so ausgebildet, dass diese einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen dem Querschnitt zwischen den Spalten der geradlinigen Abschnitte 6a der konzentrierten Wicklungsspulen 6, die in zwei Spalten angeordnet sind, entspricht. Somit können die konzentrierten Wicklungsspulen 6 auf den Zähnen 4b der Kernblöcke angebracht werden, so dass die geradlinigen Abschnitte 6a, die in der Richtung der Wicklungslegung angeordnet sind, sich eng neben den beiden Umfangsseitenflächen der Zähne 4b befinden. Somit wird die Wärmeübertragung zwischen den geradlinigen Abschnitten 6a und den Zähnen 4b verbessert, wodurch eine effiziente Ableitung der Wärme, die in den konzentrierten Wicklungsspulen 6 erzeugt wird, mittels der Kernblöcke 4 ermöglicht wird.
Da die Spulenkörper 10 an zwei axialen Endflächen der Zähne 4b angeordnet sind, so dass diese mit den Innenumfangsseitenflächen der Wicklungsendabschnitte 6b und den gebogenen Abschnitten 6c der konzentrierten Wicklungsspulen 6 in Kontakt stehen, wird die Positionierung der konzentrierten Wicklungsspulen 6, die auf den Zähnen 4b angebracht sind, vereinfacht.
Da die Schlitzisolationsabschnitte 16 der Isolationslagen 15 zwischen den geradlinigen Abschnitten 6a und den Kernblöcken 4 vorgesehen sind, erhöht sich die Spannungstoleranz zwischen den konzentrierten Wicklungsspulen 6 und den Kernblöcken 4. Da die Zwischenphasenisolationsabschnitte 17 und 18 der Isolationslagen 15 so angeordnet sind, dass diese den Außenumfang der Spalten der geradlinigen Abschnitte 6a umhüllen, erhöht sich die Spannungstoleranz zwischen den konzentrierten Wicklungsspulen 6.
Da der Überzug 19 in die konzentrierten Wicklungsspulen 6 imprägniert und gehärtet ist, sind die konzentrierten Wicklungsspulen 6 fest an die Kernblöcke 4 fixiert. Die Wärme, die in den konzentrierten Wicklungsspulen 6 erzeugt wird, wird ferner einfach über die Kernblöcke 4 abgeleitet, wodurch eine übermäßige Temperaturerhöhung in den konzentrierten Wicklungsspulen 6 unterbunden wird.
Da die Wicklungsendabschnitte 6b, die einander in der axialen Richtung zugewandt sind, so angeordnet sind, dass der Zwischenraum zwischen diesen konstant ist, sind die Innenumfangsseitenflächen der Wicklungsendabschnitte 6b, die radial angeordnet sind, bündig vorgesehen. Somit erhöht sich der Flächenbereich zugewandter Oberflächen der radial benachbarten Wicklungsendabschnitte 6b, wodurch der Flächenbereich erhöht wird, der durch den Überzug 19 gebunden ist, und die konzentrierten Wicklungsspulen 6 fest fixiert werden.
Ausführungsform 2
8 ist eine schräge Projektion, die eine Kerneinheit zeigt, welche einen Stator für eine Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, 9 ist eine Teilquerschnittsansicht, welche die Kerneinheit zeigt, die den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bildet, und 10 ist eine schräge Projektion, welche einen Kernblock in der Kerneinheit zeigt, welche den Stator der Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bildet.
In 8 weist eine Kerneinheit 2A auf: einen Kernblock 21; zwei Spulenkörper 10A, die an zwei axialen Enden des Kernblocks 21 angeordnet sind; eine konzentrierte Wicklungsspule 6; und zwei Isolationslagen 15. Wenngleich nicht gezeigt, ist auch ein Überzug in die konzentrierte Wicklungsspule 6 imprägniert.
Wie es in 9 gezeigt ist, ist eine ausgesparte Nut 20 in eine Bodenfläche der Spulenkörper 10A eingebracht, wobei sich diese von einem ersten Ende in Längsrichtung zu einem zweiten Ende in Längsrichtung mit einer konstanten Nuttiefe erstreckt, so dass sich eine Nutbreite allmählich von dem ersten Ende in Längsrichtung zum zweiten Ende in Längsrichtung aufweitet. Wie es in 10 gezeigt ist, ist der Kernblock 21 durch Fixieren von Hilfskernen 22 integral an zwei axialen Endflächen des Kernblocks 4 aufgebaut. Die Hilfskerne weisen auf: einen kreisbogenförmigen Kernrückabschnitt 22a; und einen Zahn 22b, der so angeordnet ist, dass sich dieser von einem Zentrum bezüglich der Umfangsrichtung einer Innenumfangsfläche des Kernrückabschnitts 22a radial nach innen erstreckt. Der Kernrückabschnitt 22a ist so hergestellt, dass dieser eine Kreisbogenform aufweist, die identisch zu denen der Kernrückabschnitte 4a des Kernblocks 4 ist, mit einer Dicke, die gleich der Nuttiefe der ausgesparten Nut 20 ist. Der Zahn 22b ist prismaförmig hergestellt, mit einer Dicke, die gleich der Nuttiefe der ausgesparten Nut 20 ist, wobei dieser eine Bodenfläche aufweist, die ein Trapez ist, bei dem sich eine Umfangsbreite allmählich von dem Vorderende des Zahns 22b zu einer Basis aufweitet, und aufgebaut ist, um in der ausgesparten Nut 20 aufgenommen werden zu können.
In der Kerneinheit 2A gemäß Ausführungsform 2 sind die Hilfskerne 22 integral auf zwei axialen Endflächen des Kernblocks 4 fixiert, und die Zähne 22b sind in den ausgesparten Nuten 20 der Spulenkörper 10a aufgenommen.
Ferner ist die Ausführungsform 2 auf ähnliche oder identische Weise wie die Ausführungsform 1 oben aufgebaut, mit Ausnahme, dass die Kerneinheit 2A anstelle der Kerneinheit 2 verwendet wird.
Da die Hilfskerne 22 integral an den beiden axialen Endflächen des Kernblocks 4 fixiert sind, erhöht sich gemäß Ausführungsform 2 das Volumen der Kerne, die aus einem magnetischem Material gefertigt sind, wodurch die gesättigte Magnetflussdichte verringert wird und wodurch ein Kernverlust weiter verringert werden kann.
Ausführungsform 3
11 ist eine schräge Projektion, welche eine Kerneinheit zeigt, die einen Stator einer Elektrodrehmaschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bildet.
In 11 wird eine Kerneinheit 2B hergestellt, indem eine konzentrierte Wicklungsspule 6, an die zwei Spulenkörper 10 und zwei Isolationslagen 15 angebracht wurden, an einem Kernblock 4 angebracht wird, und anschließend diese integral ausgeformt werden, unter Verwendung eines Isolationsharzes, wie beispielsweise Epoxidharz und so weiter.
Ferner ist die Ausführungsform 3 auf ähnliche oder identische Weise wie die Ausführungsform 1 oben aufgebaut, mit Ausnahme dass die Kerneinheit 2B anstelle der Kerneinheit 2 verwendet wird.
Da die konzentrierte Wicklungsspule 6, die Spulenkörper 10 und die Isolationslagen 15 mit dem Zahn 4b durch einen ausgeformten Harzabschnitt 23 gemäß Ausführungsform 3 integriert sind, wird die Handhabung der Kerneinheiten 2B vereinfacht, wodurch die Montage des Stators verbessert wird. Ferner, da die konzentrierte Wicklungsspule 6 in den ausgeformten Harzabschnitt 23 eingebettet ist, wird eine ausgezeichnete Isolation erzielt.
Ferner wird in jeder der obigen Ausführungsformen ein Statorkern verwendet, bei dem die Anzahl der Schlitze zwölf ist, aber die Anzahl der Schlitze in dem Statorkern ist nicht auf zwölf beschränkt.
Bei jeder der obigen Ausführungsformen sind die konzentrierten Wicklungsspulen in einem Statorkern angebracht, bei dem Schlitze auf einer radialen Innenseite Öffnungen aufweisen, aber vergleichbare oder identische Wirkungen werden auch dann erzielt, wenn die konzentrierten Wicklungsspulen in einem Statorkern angebracht sind, bei dem Schlitze auf einer radialen Außenseite Öffnungen aufweisen.
In jeder der obigen Ausführungsformen sind die konzentrierten Wicklungsspulen an einem Statorkern angebracht, aber der Anker ist nicht auf einen Stator beschränkt und kann etwa ein Rotor sein. Mit anderen Worten werden vergleichbare oder identische Wirkungen auch erzielt, wenn die konzentrierten Wicklungsspulen an einem Rotorkern angebracht bzw. vorgesehen sind.
Es wurden konzentrierte Wicklungsspulen, die durch Wickeln eines rechteckigen Leitungsdrahts mit mehreren Windungen in eine randseitige Wicklung an einem einzigen Zahn aufgebaut werden, dargelegt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die konzentrierten Wicklungsspulen beschränkt, sofern die Wicklungen randseitige Wicklungen sind. Beispielsweise können die Wicklungen verteilte bzw. aufgeteilte Wicklungsspulen sein, die durch Wickeln eines rechteckigen Leitungsdrahts mit mehreren Windungen in eine randseitige Wicklung, so dass diese mehrere Zähne überspannt, aufgebaut werden.

Claims

Anker für eine Elektrodrehmaschine, der aufweist: einen Kern, der mehrere Zähne aufweist, die jeweils so angeordnet sind, dass sich diese radial erstrecken, in einer Umfangsrichtung mit einem bestimmten Strukturabstand; und mehrere randseitige Wicklungen, die durch Wickeln eines rechteckigen Leitungsdrahts, der mit einer Isolation beschichtet ist, mit mehreren Windungen in eine randseitige Wicklung aufgebaut sind, bei dem: die mehreren randseitigen Wicklungen jeweils geradlinige Abschnitte und Wicklungsendabschnitte aufweisen, die radial angeordnet sind und die mittels gebogener Abschnitte verbunden sind; die geradlinigen Abschnitte radial an umfangsseitigen Abschnitten der Zähne angeordnet sind, so dass sich diese von einer Mittelachse der Zähne, ausgehend von einem Vorderende der Zähne zu einer Basis, allmählich entfernen; und radial benachbarte Abschnitte des rechteckförmigen Leitungsdrahts so aufgebaut sind, dass gewölbte Abschnitte, die aufgrund von Kompressionsbelastungen wegen des Biegens an innenumfangsseitigen Abschnitten der gebogenen Abschnitte auftreten, einander nicht zugewandt sind.
Anker für eine Elektrodrehmaschine nach Anspruch 1, bei dem die Zähne so hergestellt sind, dass diese einen trapezförmigen Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung aufweisen, bei dem sich eine Umfangsbreite von dem Vorderende der Zähne zur Basis allmählich aufweitet, und die geradlinigen Abschnitte radial entlang umfangsseitiger Flächen der Zähne angeordnet sind.
Anker für eine Elektrodrehmaschine nach Anspruch 2, bei dem isolierende Endplatten an zwei axialen Endflächen der Zähne angeordnet und so ausgebildet sind, dass diese eine Außenumfangsflächenform aufweisen, die mit innenumfangsseitigen Flächen der Wicklungsendabschnitte und der gebogenen Abschnitte, die radial angeordnet sind, in Kontakt stehen.
Anker für eine Elektrodrehmaschine nach Anspruch 2 oder 3, bei dem ausgesparte Nuten, die eine Nutrichtung in einer radialen Richtung aufweisen, so eingebracht sind, dass sich diese von einem ersten radialen Ende zu einem zweiten radialen Ende einer Bodenfläche der isolierenden Endplatten erstrecken, und Hilfskerne so angeordnet sind, dass diese von zwei axialen Endflächen des Kerns vorstehen, um in den ausgesparten Nuten aufgenommen zu sein.
Anker für eine Elektrodrehmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem Isolationslagen so angeordnet sind, dass diese einen Außenumfang von Spalten der geradlinigen Abschnitte, die radial entlang der Umfangsseitenflächen der Zähne angeordnet sind, umgeben.
Anker für eine Elektrodrehmaschine nach Anspruch 5, bei dem ein Überzug in die randseitigen Wicklungen imprägniert ist.
Anker für eine Elektrodrehmaschine nach Anspruch 5, bei dem die randseitigen Wicklungen konzentrierte Wicklungsspulen sind und unter Verwendung eines Isolationsharzes integral zusammen mit den Isolationsendplatten und den Isolationslagen auf den Zähnen ausgeformt sind.