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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehende elektrische Maschine und ein Herstellungsverfahren dafür.
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Stand der Technik
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Drehende elektrische Maschinen erzeugen ein magnetisches Drehfeld unter Zuführung von Wechselstrom zu einer Statorspule und lassen es zu, dass das magnetische Drehfeld einen Rotor dreht. Die drehenden elektrischen Maschinen wandeln weiter mechanische Energie, mit der der Rotor beaufschlagt wird, in elektrische Energie um und geben von der Spule Wechselstrom ab. Daher kann die drehende elektrische Maschine als elektrischer Motor oder als Generator fungieren.
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Bei einem Beispiel für eine solche Statorspule der drehenden, oben beschriebenen elektrischen Maschine werden die Anschlüsse von Segmentspulen gebildet, die geschweißt und angeschlossen werden (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
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Dokument des Standes der Technik
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: JP-2011-151975-A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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In dem Fall, in dem eine derartige drehende elektrische Maschine in ein Kraftfahrzeug eingebaut wird, wird sie in einem engen, begrenzten Raum montiert. Die drehende elektrische Maschine ist daher kleiner auszulegen. Es wird auch notwendig sein, einen Freiraum zwischen dem oberen Abschnitt eines Spulenendes und einem Übertragungsabschnitt sicherzustellen. Es ist deshalb bevorzugt, die Höhe des Spulenendes im geschweißten Abschnitt der Segmentspule zu verringern. Allerdings besteht bei einer derartigen drehenden elektrischen Maschine ein Problem dahingehend, dass das Spulenende größenmäßig zunimmt und axial oder radial vorsteht.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Um das obige Problem zu lösen, wird zum Beispiel der in einem Anspruch beschriebene Aufbau übernommen. Die vorliegende Anmeldung umfasst mehrere Mittel zum Lösen des obigen Problems, wobei ein Beispiel für das Mittel nachfolgend angegeben ist. Eine drehende elektrische Maschine umfasst: einen Stator mit einem Statorkern, der mit mehreren Schlitzen ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung aufgereiht sind, und einer Statorspule, die in die Schlitze des Statorkerns eingesetzt ist; sowie einen Rotor, der drehbar in Bezug auf den Statorkern mit einem Freiraum dazwischen angeordnet ist. Die drehende elektrische Maschine ist so aufgebaut, dass die Statorspule ausgebildet wird, indem mehrere Segmentspulen miteinander verbunden werden, wobei die Segmentspulen aus einem Leiter bestehen, der zu einer ungefähren U-Form ausgestaltet ist und einen rechteckigen Querschnitt hat, die Segmentspule an einem Ende einen Verbindungsabschnitt hat, der mit einer anderen Segmentspule verbunden ist, und der Verbindungsabschnitt einen Eckabschnitt aufweist.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann die drehende elektrische Maschine mit verkleinerten Spulenenden zur Verfügung stellen. Probleme, Konfigurationen und Wirkungen, die nicht in der obigen Beschreibung angegeben sind, werden nachstehend in der Beschreibung der Ausführungsformen erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht, die den Gesamtaufbau einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine perspektivische Ansicht eines Statorkerns 132.
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4 veranschaulicht ein elektromagnetisches Stahlblech 133.
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5 ist eine Querschnittsansicht eines Rotors 150 und eines Stators 130.
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6 ist eine perspektivische Ansicht einer Statorspule 138.
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7 veranschaulicht eine Sternverbindung.
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8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Statorspule 138U veranschaulicht.
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9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Statorspule 138U1 veranschaulicht.
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10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Statorspule 138U2 veranschaulicht.
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11 ist eine erläuternde Ansicht in Bezug auf die Verbindungsabschnitte 800 von Segmentspulen.
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12 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Verbindungsabschnitte 800 der in 11 gezeigten Segmentspulen veranschaulicht.
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13 veranschaulicht einen Verbindungsabschnitt 800.
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14 veranschaulicht den Verbindungsabschnitt 800.
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15 veranschaulicht den Verbindungsabschnitt 800.
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16 veranschaulicht den Verbindungsabschnitt 800.
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17 veranschaulicht den Verbindungsabschnitt 800.
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18 veranschaulicht den Verbindungsabschnitt 800.
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Methode zum Durchführen der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Gesamtaufbau einer drehenden elektrischen Maschine
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Bei einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine solche Maschine, die zur Verwendung beim Antreiben eines Kraftfahrzeugs geeignet ist. Die so genannten elektrischen Fahrzeuge, die eine drehende elektrische Maschine verwenden, umfassen ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), das sowohl einen Verbrennungsmotor als auch eine drehende elektrische Maschine aufweist, und ein reines elektrisches Fahrzeug (EV), das nur mittels einer drehenden elektrischen Maschine ohne Verwendung eines Verbrennungsmotors betrieben wird. Die nachfolgend beschriebene, drehende elektrische Maschine kann für beide Arten verwendet werden. In Bezug auf die beiden Arten erfolgt hier eine Beschreibung einer drehenden elektrischen Maschine, die für das Hybridfahrzeug verwendet wird.
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1 ist eine schematische Ansicht, die den Gesamtaufbau einer drehenden elektrischen Maschine 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht der drehenden elektrischen Maschine 100, die das Innere der drehenden elektrischen Maschine 100 veranschaulicht. Die drehende elektrische Maschine 100 befindet sich in einer Ummantelung 10, wie in 1 gezeigt, und umfasst ein Gehäuse 112, einen Stator 130 mit einem Statorkern 132, der an dem Gehäuse 112 befestigt ist, und einen Rotor 150, der drehbar im Stator angeordnet ist. Die Ummantelung 10 umfasst eine Ummantelung für einen Verbrennungsmotor oder eine andere Ummantelung für ein Getriebe.
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Bei dieser drehenden elektrischen Maschine 100 handelt es sich um einen Dreiphasen-Synchronmotor mit einem eingebauten Permanentmagneten. Die drehende elektrische Maschine 100 fungiert als Elektromotor, bei dem ein Dreiphasenwechselstrom der Statorspule 138 zugeführt wird, die um den Statorkern 132 gewickelt ist, um den Rotor 150 zu drehen. Der drehende Elektromotor 100 wird von einem Verbrennungsmotor als Generator zum Ausgeben eines erzeugten Dreiphasenwechselstroms angetrieben. Insbesondere erfüllt die drehende elektrische Maschine 100 beide Funktionen, einmal als Elektromotor, der ein Drehmoment auf der Grundlage von elektrischer Energie erzeugt, und als Generator, der elektrischen Strom auf der Grundlage von mechanischer Energie erzeugt. Darüber hinaus können beide Funktionen selektiv abhängig vom Fahrzustand eines Fahrzeugs verwendet werden.
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Der Stator 130 ist an dem Gehäuse 112 befestigt. Der Stator 130 wird fest im Inneren der Ummantelung 10 gehalten, indem ein Flansch 115, der an dem Gehäuse 112 vorgesehen ist, an der Ummantelung 10 mittels Schrauben 12 angebracht ist. Der Rotor 150 ist an einer Welle 118 der Ummantelung 10 mittels Lager 14A, 14B befestigt und wird drehbar im Inneren des Statorkerns 132 gehalten.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des Stators 130, der an dem Gehäuse 112 angebracht ist. Das Gehäuse 112 wird zu einer zylindrischen Form ausgebildet, indem ein Stahlblech (wie beispielsweise ein Stahlblech mit guten Zugcharakteristika) mit einer Dicke von etwa 2 bis 5 mm gezogen wird. Der Flansch 115 ist an einem axialen Ende des Gehäuses 112 vorgesehen und ist an der Ummantelung 10 mittels der Schrauben befestigt, wie oben beschrieben (siehe 1). Es ist zu beachten, dass der Stator 130 direkt an der Ummantelung 10 befestigt sein kann, ohne dass das Gehäuse 112 vorgesehen wird.
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Der Stator 130 ist an der inneren Umfangsseite des Gehäuses 112 befestigt. Der Stator 130 umfasst den zylindrischen Statorkern 132 und die Statorspule 138, die am Statorkern 132 angebracht ist. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Statorkerns 132. Der Statorkern 132 wird durch mehrere elektromagnetische Stahlbleche 113 gebildet, die laminiert sind, wie in 4 veranschaulicht. Das elektromagnetische Stahlblech 133 hat eine Dicke von etwa 0,05 bis 1,0 mm und ist durch Stanzen oder Ätzen ausgebildet. Die laminierten elektromagnetischen Stahlbleche 133 sind mittels Schweißen aneinander befestigt. Die befestigten Abschnitte der laminierten elektromagnetischen Stahlbleche 133 sind als geschweißte Abschnitte 200 in einem in 3 gezeigten Beispiel veranschaulicht. Durch dieses Schweißen werden die laminierten elektromagnetischen Stahlbleche 133 miteinander verbunden und wird auch die Deformation der elektromagnetischen Stahlbleche 133 beschränkt, die sich durch die Anzugskraft ergibt, die auftritt, wenn die elektromagnetischen Stahlbleche 133 in das Gehäuse 112 mittels Presspassung eingebracht werden.
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Der Statorkern 132 wird mit mehreren, sich axial erstreckenden Schlitzen 420 gebildet, die in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Anzahl der Schlitze 420 beträgt in der vorliegenden Erfindung zum Beispiel 72. Die Statorspulen 138 sind in den Schlitzen 420 aufgenommen, wie in 2 veranschaulicht ist. In einem in 3 veranschaulichten Beispiel ist der Schlitz 420 ein offener Schlitz und seine Öffnung ist auf der Innenumfangsseite des Statorkerns ausgebildet. Diese Öffnung hat eine Umfangsbreite, die ungefähr gleich oder etwas kleiner als ein Spulenanbringungsabschnitt von jedem der Schlitze 420 ist, an denen die Statorspule 138 angebracht ist.
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Es ist zu beachten, dass sich in jedem der Schlitze 420 ein Isolierpapier 300 befindet. Das Isolierpapier 300 ist in jedem der Schlitze 420 und an jedem der Spulenenden 140a, 140b angeordnet. Das Isolierpapier 300 (d. h. eine Schlitzauskleidung) befindet sich im Schlitz 420, d. h. befindet sich zwischen den Spulen, die in die Schlitze 420 eingesetzt sind, sowie zwischen der Spule und der Innenfläche der Schlitze 420. Auf diese Weise soll die dielektrische Spannungsfestigkeit zwischen den Spulen und zwischen der Spule und der Innenfläche des Schlitzes 420 erhöht werden.
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Das Isolierpapier 300, das sich an jedem der Spulenenden 140a, 140b befindet, ist ringförmig zwischen den Spulen für die Zwischenphasenisolierung und für die Zwischenleiterisolierung an den Spulenenden 140a, 140b angeordnet. Wie oben beschrieben, ist die drehende elektrische Maschine 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein solche, bei der sich das Isolierpapier 300 auf der Innenseite des Schlitzes 420 und an den Spulenenden 140a, 140b befindet. Selbst wenn ein isolierender Überzug 600 für die Spule beschädigt ist oder schlechter wird, könnte daher die notwendige Durchschlagsfestigkeitsspannung aufrechterhalten werden. Es ist zu beachten, dass das Isolierpapier 300 zum Beispiel ein Isolierpapier ist, das aus einem wärmebeständigen Polyamidpapier hergestellt wird und eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 mm hat.
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Ein Zahn 430 ist zwischen den Schlitzen 420 ausgebildet und besteht aus einem Stück mit einer ringförmigen Kernrückseite 440. Der Statorkern 132 ist als einstückiger Kern ausgebildet, bei dem die Zähne 430 und die Kernrückseite 440 einstückig miteinander ausgebildet sind. Die Zähne 430 wirken so, dass sie das magnetische Drehfeld, das durch die Statorspule 130 erzeugt wird, zum Rotor 150 führen, damit der Rotor 150 ein Rotationsdrehmoment erzeugen kann.
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Der in 3 veranschaulichte Statorkern 132 ist fest in das Innere des oben erwähnten zylindrischen Gehäuses 112 mittels eines Wärmeeinsatzes eingepasst. Ein spezielles Zusammenbauverfahren umfasst zum Beispiel das anfängliche Anordnen des Statorkerns 132 und das Anpassen des Gehäuses 112 an den Statorkern 132, das zuvor erwärmt wurde, um seinen Innendurchmesser durch Wärmeausdehnung zu erhöhen. Als Nächstes wird das Gehäuse 112 gekühlt, um seinen Innendurchmesser zu verringern, wodurch der äußere Umfangsabschnitt des Statorkerns 132 durch eine solche Wärmeschrumpfung gespannt wird.
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Der Innendurchmesser des Gehäuses 112 wird so eingestellt, dass er um einen vorbestimmten Betrag kleiner als der Außendurchmesser des Statorkerns 132 ist, so dass der Statorkern 132 im Hinblick auf das Gehäuse 112 aufgrund einer Reaktion, die sich aus dem Drehmoment des Rotors 150 ergibt, während des Betriebs nicht leer läuft. Im Ergebnis ist der Statorkern 132 durch den Wärmeeinsatz fest an der Innenseite des Gehäuses befestigt. Ein Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Statorkerns 132 und dem Innendurchmesser des Gehäuses 112 bei Raumtemperatur wird als Festspannrand bezeichnet. Dieser Festspannrand wird unter Übernahme des maximalen Drehmoments der drehenden elektrischen Maschine 100 eingestellt. Auf diese Weise kann das Gehäuse 112 den Statorkern 132 mit einer vorbestimmten Festspannkraft halten. Es ist zu beachten, dass der Statorkern 132 nicht darauf beschränkt ist, dass er durch den Wärmeeinatz fest an das Gehäuse 112 angepasst ist. Der Statorkern 132 kann mittels Einpressen fest an dem Gehäuse 112 befestigt sein.
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5 ist eine erläuternde Ansicht des Rotors 150, die die Querschnitte des Rotors 150 und des Stators 130 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass zur Vermeidung von Komplikationen die Welle 118 und die Statorspulen 138 sowie die isolierenden Papiere 300, die im Inneren der Schlitze 420 aufgenommen sind, weggelassen werden. Wie in 5 veranschaulicht ist, umfasst der Stator 150 den Statorkern 152 und die Permanentmagneten 154, die in Magneteinführöffnungen gehalten werden, die in dem Rotorkern 152 ausgebildet sind.
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Der Statorkern 152 ist mit den Magneteinführöffnungen ausgebildet, die jeweils als rechteckiges Parallelepiped in regelmäßig auf dem Umfang verteilten Abständen gestaltet werden. Die Permanentmagneten 154 werden in die entsprechenden Magneteinführöffnungen eingebettet und daran mit einem Klebstoff oder dergleichen befestigt. Die Magneteinführöffnung ist so ausgebildet, dass sie eine Umfangsbreite aufweist, die größer als die des Permanentmagneten 154 ist. Ein Magnetluftspalt 156 ist auf beiden Seiten des Permanentmagneten 154 festgelegt. Der Magnetluftspalt 156 kann mit einem Klebstoff gefüllt werden. Alternativ kann der Magnetluftspalt 154 mit einem Kunststoff gefüllt sein, der mit dem Permanentmagneten 154 in einem Stück vorliegt.
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Die Permanentmagnete 154 sind so eingerichtet, dass sie die Feldpole des Rotors 150 erzeugen. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Ausführungsform so aufgebaut ist, dass ein Permanentmagnet 154 einen Magnetpol erzeugt. Allerdings können mehrere Permanentmagnete einen Magnetpol erzeugen. Das Erhöhen der Anzahl des Permanentmagneten zum Erzeugen jedes Magnetpols erhöht die Magnetflussdichte jedes Magnetpols, die vom Permanentmagneten abgegeben wird, wodurch es möglich wird, das Magnetdrehmoment zu erhöhen.
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Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten 154 ist in radialer Richtung ausgerichtet. Die Ausrichtung der Magnetisierungsrichtung ist für jeden Feldpol umgekehrt. Insbesondere würde in einem Fall, in dem davon ausgegangen wird, dass eine statorseitige Oberfläche des Permanentmagneten 154 zum Erzeugen eines bestimmten Magnetpols zu einem N-Pol magnetisiert wird und dessen wellenseitige Oberfläche zu einem S-Pol magnetisiert wird, eine statorseitige Oberfläche eines Permanentmagneten 154, die einen benachbarten Magnetpol erzeugt, zu einem S-Pol magnetisiert werden und eine wellenseitige Oberfläche zu einem N-Pol magnetisiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden zwölf Permanentmagnete 154 in regelmäßig auf dem Umfang verteilten Abständen angeordnet und so magnetisiert, dass ihre Magnetisierungsrichtungen abwechselnd für jeden Magnetpol geändert werden. Demgemäß erzeugt der Rotor 150 zwölf Magnetpole.
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Es ist zu beachten, dass der Permanentmagnet 154, der magnetisiert wurde, in die Magneteinführöffnung des Rotorkerns 152 eingebettet werden kann. Alternativ kann der Permanentmagnet 154 vor seiner Magnetisierung in die Magneteinführöffnung eingeführt und dann magnetisiert werden, indem er einem starken Magnetfeld ausgesetzt wird.
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Allerdings hat der Permanentmagnet 154, der magnetisiert wurde, eine starke Magnetkraft. In einem Fall, in dem ein Magnet magnetisiert wird, bevor der Permanentmagnet 154 an dem Rotor 150 befestigt ist, würde zwischen dem Rotorkern 154 und den Permanentmagneten eine starke Anziehungskraft auftreten 154, wenn der Permanentmagnet 154 befestigt wird. Diese Anziehungskraft würde die Arbeit behindern. Darüber hinaus ist es wahrscheinlich, dass aufgrund der starken Anziehungskraft Staub, wie beispielsweise Eisenpulver, an dem Permanentmagneten 154 anhaften kann. Es ist daher im Hinblick auf eine Verbesserung der Produktivität der drehenden elektrischen Maschine 100 besonders bevorzugt, den Permanentmagneten 154 zu magnetisieren, der bereits in die Magneteinführöffnung des Rotorkerns 152 eingeführt ist. Es ist hier zu beachten, dass ein Sintermagnet auf Neodym- oder Samarium-Basis, ein Ferritmagnet, ein Magnet auf Neodym-Basis oder dergleichen für den Permanentmagneten 154 verwendet werden kann. Vorzugsweise sollte der Permanentmagnet 154 eine Restflussdichte von ungefähr 0,4 bis 1,3 T aufweisen. Ein Magnet auf Neodym-Basis ist für den Permanentmagneten 154 besser geeignet.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird ein zusätzlicher Magnetpol 160 zwischen den jeweiligen Permanentmagneten 154 gebildet, die Magnetpole erzeugen. Der zusätzliche Magnetpol 160 wird so betrieben, dass er den Magnetwiderstand des q-Achsen-Magnetflusses reduziert, der von der Statorspule 138 erzeugt wird. Dieser zusätzliche Magnetpol 160 macht den magnetischen Widerstand des q-Achsen-Magnetflusses signifikant kleiner als den des d-Achsen-Magnetflusses. Es wird folglich ein großes Reluktanzdrehmoment auftreten.
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Wenn ein dreiphasiger Wechselstrom der Statorspule 138 zugeführt wird, tritt ein magnetisches Drehfeld im Stator 130 auf. Dieses magnetische Drehfeld wirkt auf den Permanentmagneten 154 des Rotors 150, um ein Magnetdrehmoment zu erzeugen. Zusätzlich zu diesem Magnetdrehmoment tritt das oben erwähnte Reluktanzdrehmoment im Rotor 150 auf. Beide Drehmomente, das oben erwähnte Magnetdrehmoment und Reluktanzdrehmoment, dienen als Rotationsdrehmoment auf den Rotor 150. Daher kann ein großes Rotationsdrehmoment erhalten werden.
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Erläuterung der Statorspule
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6 ist eine perspektivische Ansicht der Statorspule 138 für drei Phasen. Die Statorspule 138 ist so angeschlossen, dass sie den Aufbau einer Sternverbindung hat, wie in 7 veranschaulicht ist. Die vorliegende Ausführungsform verwendet die Statorspule 138 mit einer Zwei-Stern-Verbindung, bei der Zwei-Stern-Verbindungen parallel angeschlossen sind. Insbesondere umfasst die Statorspule 138 eine Sternverbindung mit einer U1-Phase, einer V1-Phase und einer W1-Phase und eine andere Sternverbindung mit einer U2-Phase, einer V2-Phase und einer W2-Phase. Führungsleitungen der U1- und U2-Phase werden zu einer Führungsleitung mit einem Wechselstromanschluss 41U kombiniert. Führungsleitungen von V1 und V2 werden zu einer Führungsleitung mit einem Wechselstromanschluss 41V kombiniert. Führungsleitungen von W1 und W2 werden zu einer Führungsleitung mit einem Wechselstromanschluss 41W kombiniert. Die Symbole N1 und N2 bezeichnen jeweilige neutrale Punkte der Sternverbindungen.
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Für die Statorspule 138 wird sauerstofffreies Kupfer oder aerobes Kupfer verwendet. Das aerobe Kupfer hat beispielsweise einen Sauerstoffgehalt von etwa 10 ppm bis 1.000 ppm.
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Die Statorspule 138 wird mit einer verteilten Wicklungsmethode gewickelt. Bei der verteilten Wicklung handelt es sich um ein Wicklungsverfahren, bei dem Phasenwicklungsspulen so um den Statorkern 132 gewickelt werden, dass sie in zwei Schlitzen 420 aufgenommen werden können, die voneinander mit mehreren, dazwischen vorgesehenen Schlitzen 420 beabstandet sind. Wenn die verteilte Wicklung als Wicklungsverfahren übernommen wird, weist die vorliegende Ausführungsform ein Merkmal auf, bei dem die so gebildete Magnetflussverteilung näher an einer Sinuskurve als eine konzentrierte Wicklung liegt, so dass daher tendenziell ein Reluktanzdrehmoment auftritt. Daher verbessert die drehende elektrische Maschine 100 die Steuerbarkeit der feldschwächenden Steuerung und der Steuerung, die das Reluktanzdrehmoment verwendet. Darüber hinaus kann die drehende elektrische Maschine 100 in einem breiten Drehzahlbereich von einer niedrigen Drehzahl bis zu einer hohen Drehzahl verwendet werden. Daher kann die drehende elektrische Maschine 100 überragende Motormerkmale zur Verfügung stellen, die für elektrische Fahrzeuge geeignet sind.
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Die Statorspule 138 kann eine kreisförmige oder viereckige Querschnittsform aufweisen. Allerdings wird der Wirkungsgrad tendenziell verbessert, indem der Querschnitt der Innenseite des Schlitzes 420 so weit wie möglich wirksam verwendet wird und ein solcher Aufbau vorliegt, dass der Raum im Inneren des Schlitzes reduziert wird. Die im Querschnitt viereckige Form ist daher in Bezug auf einen höheren Wirkungsgrad bevorzugt. Es ist zu beachten, dass die im Querschnitt viereckige Form der Statorspule 138 in der Umfangrichtung des Statorkerns 132 kurz sein kann und in der Radialrichtung lang sein kann. Alternativ kann die viereckige Form in der Umfangsrichtung lang sein und in der Radialrichtung kurz sein. Die vorliegende Ausführungsform verwendet eine rechteckige Spule als Statorspule 138, bei der ein rechteckiger Querschnitt in jedem Schlitz 420 in der Umfangsrichtung der Statorspule 132 lang ist und in der Radialrichtung kurz ist. Darüber hinaus hat die rechteckige Spule einen Außenumfang, der mit einem Isolierüberzug 600 bedeckt ist.
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Die Statorspule 138, die in 6 veranschaulicht ist, ist so aufgebaut, dass sich Spulen aus insgesamt sechs Systemen (U1, U2, V1, V2, W1 und W2) in engem Kontakt mit dem Statorkern 132 befinden und an diesem angebracht sind, wie in 2 veranschaulicht ist. Die Spulen von sechs Systemen, die die Statorspule 138 bilden, sind mittels der Schlitze 420 in beiderseitig geeigneten Abständen angeordnet. Wie in 6 veranschaulicht ist, sind die Wechselstromanschlüsse 41U, 41V und 41W, die jeweils Eingangs-Ausgangs-Anschlüsse für drei U-, V- und W-Phasen sind, und ein Neutralleitungsverbindungsabschnitt 40 auf der Seite des Spulenendes 140a der Statorspule 138 angeordnet.
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Es ist zu beachten, dass zum Verbessern der Ausführbarkeit beim Zusammenbau der drehenden elektrischen Maschine 100 die Wechselstromanschlüsse 41U, 41V und 41W zum Aufnehmen des dreiphasen-Wechselstroms so angeordnet werden, dass sie vom Spulenende 140a nach außen in der axialen Richtung des Statorkerns 132 vorstehen. Der Stator 130 ist mit einem Stromrichter (nicht gezeigt) über die Wechselstromanschlüsse 41U, 41V und 41W verbunden. Demgemäß wird der Wechselstrom dem Stator 130 zugeführt.
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Wie in 2 und 6 veranschaulicht ist, sind die Spulenenden 140a, 140b, die vom Statorkern 132 nach außen in axialer Richtung vorstehen, planmäßig als Ganzes angeordnet. Diese Anordnung führt zu einer Verkleinerung der gesamten drehenden elektrischen Maschine. Darüber hinaus ist die planmäßige Anordnung der Spulenenden 140a, 140b in Anbetracht einer höheren Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Isolierungsmerkmale erwünscht.
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8 ist eine perspektivische Ansicht einer U-Phasenstatorspule 138U, die um den Statorkern 132 gewickelt ist. 9 und 10 sind perspektivische Ansichten, die jeweils eine U1-Phasenstatorspule 138U1 und eine U2-Phasenstatorspule 138U2 veranschaulichen, die die Statorspule 138U bilden. Wie aus 9 und 10 zu sehen ist, handelt es sich bei der Statorspule 138 um eine Segmentspule, die durch mehrere U-förmige, miteinander verbundene Segmentspulen 28 gebildet wird. Die Segmentspule 28 hat einen oberen Abschnitt 28c, der sich an einem Spulenende 140a befindet, und die beiden Endabschnitte 28E, 28E, die mit anderen zugehörigen Segmentspulen 28 am anderen Spulenende 140b verbunden sind.
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11 veranschaulicht die Verbindungsabschnitte 800 der Segmentspulen. Die vorliegende Ausführungsform besitzt Verbindungsabschnitte 800, die an 144 Stellen angeordnet sind. Die Verbindungsabschnitte sind in beiderseitig geeigneten Abständen angeordnet. Ein Verbindungsverfahren verwendet das TIG-Schweißen, wie beispielsweise das Lichtbogenschweißen oder Plasmaschweißen, zum Verbinden. Das Basismaterial eines Kupferdrahts wird zur Verbindung geschmolzen. Argon, Helium, ein Mischgas aus Argon und Helium oder dergleichen wird als Schutzgas verwendet.
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12 ist eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsabschnitts 800 der in 11 veranschaulichten Segmentspule, wie von der radialen Richtung aus gesehen. Der Verbindungsabschnitt 800 weist Eckabschnitte 810 auf, die nach dem Schweißen übrig bleiben. Insbesondere hat aerobes Kupfer eine geringe Oberflächenspannung; daher können die Eckabschnitte 810 die Größe des Spulenendes 140b reduzieren.
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13 ist eine Detailansicht des Verbindungsabschnitts 800 der 12, wie von der Umfangsrichtung aus gesehen (in ähnlicher Weise handelt es sich bei 14 bis 16 um Zeichnungen, die auch von der Umfangsrichtung aus gesehen werden). In der vorliegenden Ausführungsform sind, da der geschweißte Abschnitt eine geringe Oberflächenspannung hat, die Eckabschnitte 810 auf beiden Seiten des Verbindungsabschnitts in radialer Richtung ausgebildet. Mit anderen Worten ist der geschweißte Abschnitt wie ein Berg ausgebildet, wobei die Eckabschnitte 810 verbleiben. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Eckabschnitt 810 so ausgebildet, dass er von einem Fuß 830 des bergförmigen geschweißten Abschnitts zur axialen Richtung hin vorsteht. Aufgrund einer solchen Form kann das Spulenende 140b kleiner werden.
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14 ist eine Detailansicht einer anderen Ausführungsform des Verbindungsabschnitts 800 in 12. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verbindungsbereich groß ausgelegt; daher ist ein geschweißter Abschnitt groß. Mit anderen Worten ist der Fuß 830 des bergförmigen geschweißten Abschnitts größer als das Beispiel von 13, und der Eckabschnitt 810 ist so aufgebaut, dass er mit dem Fuß 830 des bergförmigen geschweißten Abschnitts in Verbindung steht (rechte Seite in 14). Da der geschweißte Abschnitt eine geringe Oberflächenspannung hat, sind weiterhin in der vorliegenden Ausführungsform die Eckabschnitte 810 auf beiden Seiten ausgebildet. Daher kann das Spulenende 140b weiter verkleinert werden. Es ist zu beachten, dass, um den Verbindungsbereich groß auszulegen, das Spulenende 140b beim Schweißen nur der Rückseite zugewandt sein braucht (Richtung der Gravitationskraft).
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15 ist eine Detailansicht einer anderen Ausführungsform des Verbindungsabschnitts 800 in 12. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Verbindungsbereich groß ausgelegt; daher ist der geschweißte Abschnitt noch größer als der von 14. Insbesondere ist der Verbindungsabschnitt 800 so aufgebaut, dass ein Eckabschnitt 810 mit einem Fuß 830 des bergförmigen geschweißten Abschnitts auf einer Seite in der radialen Richtung in Verbindung steht. Darüber hinaus steht der geschweißte Abschnitt in radialer Richtung eines Basismaterials auf der anderen Seite der radialen Richtung nach außen vor. Um allerdings die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform zu erzeugen, muss der Eckabschnitt 810 auf einer Seite der radialen Richtung ausgebildet sein. Darüber hinaus kann der Eckabschnitt 810 so gestaltet sein, dass er vom Fuß 830 zur axialen Richtung vorsteht, wie in 13 veranschaulicht ist.
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Wie zuvor beschrieben, hat in der vorliegenden Ausführungsform der geschweißte Abschnitt eine geringe Oberflächenspannung und wird der Eckabschnitt 810 auf einer Seite ausgebildet. Daher kann das Spulenende 140b klein ausgelegt sein. Es ist zu beachten, dass, um den Verbindungsbereich groß auszulegen, das Spulenende 140b beim Schweißen der Unterseite zugewandt sein muss (Richtung der Gravitationskraft).
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16 ist eine Detailansicht einer anderen Ausführungsform des Verbindungsabschnitts 800 in 12. In der vorliegenden Ausführungsform hat der Verbindungsabschnitt 800 Eckabschnitte 810 und ist so aufgebaut, dass ein Fuß 830 eines bergförmigen geschweißten Abschnitts in axialer Richtung nach unten durchhängt. Aufgrund eines solchen Aufbaus kann die axiale Höhe des Verbindungsabschnitts 800 gesteuert werden, obwohl der Verbindungsbereich groß ausgelegt ist. In diesem Fall kann der Eckabschnitt 810 so gestaltet sein, dass er wie in 13 in axialer Richtung vorsteht. Alternativ kann der Eckabschnitt 810 so gestaltet sein, dass er mit dem Fuß 830 des bergförmigen geschweißten Abschnitts verbunden ist. Wenn allerdings der Eckabschnitt 810 so gestaltet ist, dass er mit dem Fuß 803 verbunden ist, wird der Verbindungsbereich größer. Wie oben beschrieben, hat in der vorliegenden Ausführungsform der geschweißte Abschnitt eine geringe Oberflächenspannung und sind die Eckabschnitte 810 für diesen Zweck ausgebildet. Daher kann das Spulenende 140b klein ausgelegt sein. Es ist zu beachten, dass, um den Verbindungsbereich groß auszulegen, das Spulenende 140b beim Schweißen der Unterseite zugewandt sein muss (Richtung der Gravitationskraft).
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17 ist eine Detailansicht einer anderen Ausführungsform des Verbindungsabschnitts 800 in 12, wie von der radialen Richtung aus gesehen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Eckabschnitt 810 an einem Abschnitt einer radialen Endfläche des Verbindungsabschnitts 800 ausgebildet. Wie oben beschrieben, hat der Verbindungsabschnitt 800 eine geringe Oberflächenspannung und ist der Eckabschnitt an einem Abschnitt der radialen Endfläche des Verbindungsabschnitts ausgebildet. Daher kann das Spulenende 140b klein ausgelegt sein.
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18 ist eine Detailansicht einer anderen Ausführungsform des Verbindungsabschnitts 800 in 12. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verbindungsabschnitt mit einem Eckabschnitt 810 an einem Abschnitt des Spulenendes ausgebildet. Weiterhin hat in einer solchen Ausführungsform der Verbindungsabschnitt 800 eine geringe Oberflächenspannung, so dass der Eckabschnitt an einem Abschnitt des Verbindungsabschnitts ausgebildet ist. Daher kann das Spulenende 140b klein ausgelegt sein.
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Es ist zu beachten, dass die obige Beschreibung nur ein Beispiel darstellt. Im Falle einer Interpretation ist die vorliegende Erfindung weder auf die Analogiebeziehung zwischen der Beschreibung der obigen Ausführungsformen und der Beschreibung der Ansprüche beschränkt noch daran gebunden. Die obigen Ausführungsformen beschreiben zum Beispiel die drehende elektrische Maschine, deren Rotor die Permanentmagnete aufweist. Allerdings kann die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise auf den Stator einer drehenden elektrischen Maschine, wie beispielsweise einem Induktionsmotor, übertragen werden. Die vorliegende Erfindung kann auch auf elektrische, drehende Maschinen übertragen werden, die keine elektrischen drehenden Maschinen zum Antreiben von Fahrzeugen sind. Der Aufbau einer bestimmten Ausführungsform kann teilweise durch den einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Darüber hinaus kann der Aufbau einer Ausführungsform dem einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 28
- Segmentspule
- 28c
- oberer Abschnitt
- 41U, 41V, 41W
- Wechselstromanschluss
- 100
- drehende elektrische Maschine
- 130
- Stator
- 132
- Statorkern
- 138, 138U, 238U1, 138U2
- Statorspule
- 140a, 140b
- Spulenende
- 150
- Rotor
- 420
- Schlitz
- 800
- Verbindungsabschnitt
- 810
- Eckabschnitt
