DE112015000717T5

DE112015000717T5 - Rotierende elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112015000717T5
Application number: DE112015000717.2T
Authority: DE
Inventors: Tatsuro Hino; Kazunori Muto; Kohei Egashira; Atsushi Sakaue; Hironori TSUIKI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-11-03
Also published as: US10170952B2; WO2015119105A1; JP6153143B2; CN105981266B; CN105981266A; JPWO2015119105A1; US20160352169A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine rotierende elektrische Maschine sowie ein Herstellungsverfahren für eine Spule dafür, die eine Größenreduzierung ermöglichen, indem Querschnittsformen der Spule als rechteckige Form ausgebildet werden und indem eine Querschnittsfläche von Wölbungsbereichen in Kopfbereichen der Spulenendbereiche kleiner ausgebildet wird als eine Querschnittsfläche von schräg verlaufenden Bereichen, so dass sich Verbesserungen in der Ausgangsleistung und der Produktivität erzielen lassen. Bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung werden Spulen, die eine Ankerwicklung bilden, durch Wickeln eines Leitungsdrahts mit einem rechteckigen Querschnitt gebildet, wobei die Spulen jeweils Folgendes aufweisen: vier geradlinige Bereiche, die in ein Paar von Schlitzen eingesetzt sind; sowie drei Spulenendbereiche, die die vier geradlinigen Bereiche nacheinander verbinden, indem sie jeweils Endbereiche von zwei ausgewählten geradlinigen Bereichen miteinander verbinden, wobei die Spulen in dem Ankerkern derart angebracht sind, dass sie mit einer Beabstandung von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei die Spulenendbereiche Folgendes aufweisen: einen Wölbungsbereich, der mit einer konvexen Formgebung axial nach außen vorsteht; und schräg verlaufende Bereiche, die die beiden anschließenden geradlinigen Bereiche und den Wölbungsbereich miteinander verbinden, wobei der Wölbungsbereich einen Kröpfungsbereich aufweist, der radiale Positionen der beiden anschließenden geradlinigen Bereiche um ein vorgegebenes Ausmaß versetzt, und wobei eine Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs kleiner ist als eine Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine, wie z. B. einen Elektromotor oder einen Generator, sowie auf ein Herstellungsverfahren für eine Spule dafür und betrifft insbesondere eine Spulenkonstruktion, die eine Ankerwicklung bildet.
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren sind eine kompakte Ausbildung, eine hohe Ausgangsleistung sowie hohe Qualität bei rotierenden elektrischen Maschinen verlangt worden, die als Elektromotoren oder Generatoren verwendet werden. Bei rotierenden elektrischen Maschinen mit hoher Ausgangsleistung dieser Art sind aufgrund hoher anliegender Spannungen die elektrischen Potentialdifferenzen gestiegen, die zwischen Spulen entstehen, die in einem Ankerkern angebracht sind, und es ist erforderlich geworden, elektrische Isolierungsdistanzen vorzusehen, die diesen Potentialdifferenzen standhalten können. Wenn jedoch elektrische Isolierungsdistanzen vergrößert werden, dann steigen die Höhen von Spulenenden proportional an, und dadurch wird die rotierende elektrische Maschine insgesamt größer.
Im Hinblick auf derartige Bedingungen sind herkömmliche rotierende elektrische Maschinen vorgeschlagen worden, bei denen Größenreduzierungen erzielt werden, indem eine Querschnittsform von geradlinigen Spulenbereichen, die in Schlitze eingesetzt werden, als rechteckige Form ausgebildet wird, um den Füllfaktor zu erhöhen und Steigerungen bei der Ausgangsleistung zu ermöglichen, während gleichzeitig eine Querschnittsform von Spulenendbereichen, die die geradlinigen Bereiche miteinander verbinden, als kreisförmige Form ausgebildet wird, um Interferenzen oder Störungen bei den Spulenendbereichen zu unterdrücken und die Spulenendhöhe zu vermindern (siehe z. B. Patentliteratur 1).
LISTE ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2002-125 338 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Bei herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschinen, wie z. B. der in der Patentliteratur 1 beschriebenen, besteht jedoch ein Problem darin, dass bei der Verwendung eines Leitungsdrahts mit rechteckigem Querschnitt ein Schritt zum Bilden von den Spulenendbereichen entsprechenden Bereichen des Leitungsdrahts mit einem kreisförmigen Querschnitt sowie ein Spulenherstellungsschritt zum Formen des Leitungsdrahts in das Spulenmuster separat erforderlich sind und dadurch die Produktivität vermindert wird. Bei Verwendung eines Leitungsdrahts mit kreisförmigen Querschnitt sind ferner ein Schritt zum Bilden von Bereichen des Leitungsdrahts, die den geradlinigen Bereichen entsprechen, in einen rechteckigen Querschnitt sowie ein Spulenherstellungsschritt zum Formen des Leitungsdrahts in das Spulenmuster separat erforderlich.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Lösung der vorstehend geschilderten Probleme ab, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer rotierenden elektrischen Maschine und eines Herstellungsverfahrens für eine Spule dafür, mit denen sich Größenreduzierungen erzielen lassen, indem Querschnittsformen von geradlinigen Bereichen und Spulenendbereichen der Spule als rechteckige Form vorgesehen werden und dadurch eine Notwendigkeit für einen Schritt zum Bilden eines Leitungsdrahts zu einem kreisförmigen Querschnitt eliminiert wird, so dass Verbesserungen bei der Ausgangsleistung und der Produktivität ermöglicht werden, und indem eine Querschnittsfläche von Wölbungsbereichen an oberen Bereichen bzw. Kopfbereichen der Spulenendbereiche kleiner ausgebildet wird als eine Querschnittsfläche von schräg verlaufenden Bereichen, um Interferenzen bei den Spulenendbereichen zu unterdrücken.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt einen Anker, der Folgendes aufweist: einen ringförmigen Ankerkern, in dem eine Vielzahl von Zähnen in Umfangsrichtung angeordnet ist und in dem Schlitze zwischen den Zähnen gebildet sind; sowie eine Ankerwicklung, die an dem Ankerkern angebracht ist. Die Ankerwicklung ist durch eine Vielzahl von verteilt gewickelten Spulen gebildet, die jeweils durch Wickeln eines Leitungsdrahts hergestellt sind, der isoliert ist, der nahtlos und kontinuierlich ist und der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Spulen jeweils Folgendes aufweisen: 2m geradlinige Bereiche, die in ein Paar von Schlitzen, die zwei der Schlitze beinhalten, derart eingesetzt sind, dass ihre Längsrichtung in Axialrichtung ausgerichtet ist, wobei m eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich 1 ist; und (2m – 1) Spulenendbereiche, die die 2m geradlinigen Bereiche aufeinander folgend verbinden, indem sie jeweils Endbereiche von zwei ausgewählten geradlinigen Bereichen unter den 2m geradlinigen Bereichen miteinander verbinden, wobei die Spulen in einer oder mehreren Lagen in Radialrichtung in dem Ankerkern derart angebracht sind, dass sie mit einer Beabstandung von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Die Spulenendbereiche weisen Folgendes auf: einen Wölbungsbereich, der mit einer konvexen Formgebung axial nach außen ragt; sowie schräg verlaufende Bereiche, die die beiden anschließenden geradlinigen Bereiche und den Wölbungsbereich miteinander verbinden, wobei der Wölbungsbereich einen Kröpfungsbereich bzw. Winkelbereich aufweist, in dem radiale Positionen der beiden anschließenden geradlinigen Bereiche um einen vorgegebenen Betrag versetzt sind; und wobei eine Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs kleiner ist als eine Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ankerwicklung durch eine Vielzahl von verteilt gewickelten Spulen gebildet, die jeweils durch Wickeln eines Leitungsdrahts gebildet sind, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Somit weisen die geradlinigen Bereiche, die in die Schlitze eingesetzt sind, einen rechteckigen Querschnitt auf, so dass der Füllfaktor erhöht ist und dadurch eine höhere Ausgangsleistung erzielt werden kann. Ein Schritt zum Formen des Leitungsdrahts in einen kreisförmigen Querschnitt ist nicht mehr erforderlich, so dass die Produktivität erhöht wird.
Da in den Spulenendbereichen die Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs kleiner ist als die Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche, werden Interferenzen bei den Spulenendbereichen unterdrückt, so dass die axiale Höhe der Spulenendbereiche vermindert werden kann und dadurch Größenreduzierungen möglich sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine halbe Schnittdarstellung zur Erläuterung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schrägprojektion zur Erläuterung eines Teils der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
3 eine Schrägprojektion zur Erläuterung eines Ankers, der bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
4 eine Schrägprojektion zur Erläuterung eines Kernblocks, der einen Bestandteil eines Ankerkerns bildet, der bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
5 eine Schrägprojektion zur Erläuterung einer Spule, die einen Bestandteil einer Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
6 eine Endaufrissansicht zur Erläuterung der Spule, die einen Bestandteil der Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
7 eine Frontaufrissansicht zur Erläuterung der Spule, die einen Bestandteil der Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
8A eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines schräg verlaufenden Bereichs eines Spulenendbereichs der Spule, die einen Bestandteil der Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
8B eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Kopfbereichs des Spulenendbereichs der Spule, die einen Bestandteil der Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
9 eine Schrägprojektion zur Erläuterung einer Ankerwicklung, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für einen Anker, der bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
11 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für den Anker, der bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
12 eine Draufsicht zur Erläuterung eines Leitungsdrahts, der bei einer Spule für eine Ankerwicklung zum Einsatz kommt, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
13A eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands vor dem Bilden eines Wölbungsbereichs in einem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt bei einem Herstellungsverfahren für eine Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
13B eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands nach dem Bilden des Wölbungsbereichs in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
14A eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands vor dem Bilden eines Kröpfungsbereichs in einem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
14B eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands nach dem Bilden des Kröpfungsbereichs in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
15A eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands vor dem Bilden eines Wölbungsbereichs in einem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt bei einem Herstellungsverfahren für eine Ankerwicklungsspule, die bei einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
15B eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands nach dem Bilden des Wölbungsbereichs in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
16A eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands vor dem Bilden eines Kröpfungsbereichs in einem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt bei einem Herstellungsverfahren für eine Ankerwicklungsspule, die bei einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
16B eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands nach dem Bilden des Kröpfungsbereichs in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele einer rotierenden elektrischen Maschine sowie eines Herstellungsverfahrens dafür gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
1 zeigt eine halbe Schnittdarstellung zur Erläuterung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, 2 zeigt eine Schrägprojektion zur Erläuterung eines Teils der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, 3 zeigt eine Schrägprojektion zur Erläuterung eines Ankers, der bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 4 zeigt eine Schrägprojektion zur Erläuterung eines Kernblocks, der einen Bestandteil eines Ankerkerns bildet, der bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
5 zeigt eine Schrägprojektion zur Erläuterung einer Spule, die einen Bestandteil einer Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 6 zeigt eine Endaufrissansicht zur Erläuterung der Spule, die einen Bestandteil der Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 7 zeigt eine Frontaufrissansicht zur Erläuterung der Spule, die einen Bestandteil der Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
8A zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines schräg verlaufenden Bereichs eines Spulenendbereichs der Spule, die einen Bestandteil der Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und 8B zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines oberen Bereichs bzw. Kopfbereichs des Spulenendbereichs der Spule, die einen Bestandteil der Ankerwicklung bildet, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
9 zeigt eine Schrägprojektion zur Erläuterung einer Ankerwicklung, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und die 10 und 11 zeigen jeweils eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für einen Anker, der bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
In den 1 und 2 weist eine rotierende elektrische Maschine 100 Folgendes auf: ein Gehäuse 1 mit einem mit Boden versehenen zylindrischen Rahmen 2 und mit einer Endplatte 3, die eine Öffnung des Rahmens 2 schließt; einen Anker 10, der in einen zylindrischen Bereich des Rahmens 2 eingesetzt und an diesem befestigt ist; und einen Rotor 5, der auf einer Drehwelle 6 befestigt ist, die in dem Bodenbereich des Rahmens 2 und der Endplatte 3 mittels Lagern 4 drehbar gelagert ist, so dass er auf einer Innenumfangsseite des Ankers 10 drehbar angeordnet ist.
Bei dem Rotor 5 handelt es sich um einen Permanentmagnet-Rotor, der Folgendes aufweist: einen Rotorkern 7, der auf der Drehwelle 6 befestigt ist, die durch eine zentrale Position desselben eingesetzt ist; und Permanentmagneten 8, die in der Nähe einer Außenumfangsfläche des Rotorkerns 7 derart eingebettet sind, dass sie mit einer vorbestimmten Beabstandung voneinander umfangsmäßig angeordnet sind und Magnetpole bilden.
Ferner ist der Rotor 5 nicht auf einen Permanentmagnet-Rotor beschränkt, und es kann auch ein Kurzschlussläufer, bei dem nicht isolierte Rotorleiter in Schlitzen eines Rotorkerns derart angebracht sind, dass zwei Seiten durch einen Kurzschlussring kurzgeschlossen sind, oder ein gewickelter Rotor verwendet werden, bei dem isolierte Leitungsdrähte in Schlitzen oder Nuten eines Rotorkerns angebracht sind, usw.
Als nächstes wird eine Konfiguration des Ankers 10 unter Bezugnahme auf die 3 bis 8B ausführlich erläutert.
Wie in 3 gezeigt, weist der Anker 10 Folgendes auf: einen Ankerkern 11; eine Ankerwicklung 20, die auf dem Ankerkern 11 angebracht ist; und Schlitzzellen 14, die die Ankerwicklung 20 und den Ankerkern 11 elektrisch isolieren. Im vorliegenden Fall beträgt zur Erleichterung der Erläuterung die Anzahl der Pole in dem Rotor 5 zehn, die Anzahl der Schlitze in dem Ankerkern 11 beträgt sechzig, und bei der Ankerwicklung 20 handelt es sich um eine Dreiphasenwicklung. Mit anderen Worten, die Anzahl der Schlitze pro Phase beträgt pro Pol Zwei.
Wie in 4 gezeigt, sind Kernblöcke 12 gebildet, indem der ringförmige Ankerkern 11 umfangsmäßig in dreißig gleiche Abschnitte geteilt ist, wobei die Kernblöcke 12 Folgendes aufweisen: einen Kernrückenbereich 12a, der einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweist und durch Laminieren und integrierendes Ausbilden einer vorbestimmten Anzahl von elektromagnetischen Stahlblechen gebildet ist; und zwei Zähne 12b, die derart angeordnet sind, dass sie sich von einer inneren Umfangswandfläche des Kernrückenbereichs 12a radial nach innen erstrecken.
Der Ankerkern 11 ist in einer Ringform ausgebildet, indem dreißig Kernblöcke 12 in Umfangsrichtung derart angeordnet und integriert ausgebildet sind, dass in Umfangsrichtung seitliche Flächen der Kernrückenbereiche 12a derart aneinander anstoßend angeordnet sind, dass die Zähne 12b radial nach innen ausgerichtet sind. Schlitze 13, die durch die Kernrückenbereiche 12a und zwei in Umfangsrichtung benachbarte Zähne 12b gebildet sind, sind mit einer gleichmäßigen winkelmäßigen Beabstandung voneinander in Umfangsrichtung derart angeordnet, dass sie auf einer Innenumfangsseite offen sind. Die Zähne 12b sind derart ausgebildet, dass sie eine sich verjüngende Formgebung aufweisen, wobei die Umfangsbreite in Richtung radial nach innen allmählich schmäler wird und der Querschnitt der Schlitze 13, der zu einer zentralen Achse des Ankerkerns 11 rechtwinklig ist, länglich ausgebildet ist.
Die Ankerwicklung 20 ist durch sechzig Spulen 200 gebildet. Bei den Spulen 200 handelt es sich um sechseckige Spulen, die zu einem Spulenmuster ausgebildet sind, bei dem ein Leitungsdraht 19 in zwei Windungen schraubenlinienförmig bzw. wendelförmig zu einer in etwa sechseckigen Form gewickelt ist, wobei der Leitungsdraht 19 aus nahtlosem kontinuierlichen Kupferdraht oder Aluminiumdraht gebildet ist, der z. B. unter Verwendung von Kunstharzlack isoliert ist und im Querschnitt länglich ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall ist der Leitungsdraht 19 derart ausgebildet, dass er einen rechteckigen Querschnitt mit einer langen Seitenlänge t und einer kurzen Seitenlänge w aufweist.
Wie insbesondere in den 5 bis 7 gezeigt ist, weisen die Spulen 200 Folgendes auf: einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten geradlinigen Bereich 201, 202, 203 und 204, die in die Schlitze 13 des Ankerkerns 11 eingesetzt sind; einen ersten Spulenendbereich 211, der erste Endbereiche des ersten und des zweiten geradlinigen Bereichs 201 und 202 miteinander verbindet; einen zweiten Spulenendbereich 212, der zweite Endbereiche des zweiten und des dritten geradlinigen Bereichs 202 und 203 miteinander verbindet; sowie einen dritten Spulenendbereich 213, der erste Endbereiche des dritten und des vierten geradlinigen Bereichs 203 und 204 miteinander verbindet.
Auf diese Weise sind die Spulen 200 derart ausgebildet, dass der erste, der zweite, der dritte und der vierte geradlinige Bereich 201 bis 204 durch den ersten, den zweiten und den dritten Spulenendbereich 211 bis 213 in kontinuierlicher Weise miteinander verbunden sind.
Die drei Spulenendbereiche 211 bis 213 weisen Folgendes auf: schräg verlaufende Bereiche 211A, 212A und 213A, die jeweils von den vier geradlinigen Bereichen 201 bis 204 schräg ansteigen; sowie Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B, die sich von Kopfbereichen derselben in Axialrichtung (in Längsrichtung der geradlinigen Bereiche) nach außen wölben.
Ferner ist ein Kröpfungsbereich 221, der eine radiale Versetzung um die kurze Seitenlänge w des Leitungsdrahts 19 aufweist, an jedem der Wölbungsbereiche 211B bis 213B gebildet. Weiterhin behalten die schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A radiale Positionen bei, die ähnlich oder identisch zu denen der vier geradlinigen Bereiche 201 bis 204 an deren Anstiegsstelle sind.
Mit anderen Worten, es besitzen die schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A eine Kreisbogenform, bei deren Radius es sich bei Betrachtung axial von außen um eine Distanz zwischen den vier geradlinigen Bereichen 201 bis 204 an deren Anstiegsstelle sowie einer zentralen Achse des Ankerkerns 11 handelt, wenn die Ankerwicklung 20 an dem Ankerkern 11 angebracht ist.
Der erste und der dritte geradlinige Bereich 201 und 203 sind in Form einer einzigen Spalte bzw. Kolonne derart angeordnet, dass die Richtungen der langen Seitenlänge der länglichen Querschnitte in einer Umfangsrichtung derart ausgerichtet sind, dass ein Spalt w in der Richtung der kurzen Seitenlänge der länglichen Querschnitte verbleibt.
Der zweite und der vierte geradlinige Bereich 202 und 204 sind in Form einer einzigen Kolonne derart angeordnet, dass sie mit einer Beabstandung von sechs Schlitzen in einer ersten Umfangsrichtung von der Kolonne des ersten und des dritten geradlinigen Bereichs 201 und 203 getrennt sind, so dass die Richtungen der langen Seitenlänge der länglichen Querschnitte in Umfangsrichtung derart ausgerichtet sind, dass ein Spalt w in der Richtung der kurzen Seitenlänge der länglichen Querschnitte verbleibt.
Somit handelt es sich bei den Spulen 200 um verteilt gewickelte Spulen. Ferner handelt es sich bei einer Beabstandung von sechs Schlitzen um eine Beabstandung zwischen Schlitzzentren von Schlitzen 13 auf zwei Seiten von sechs aufeinander folgenden Zähnen 12b. Dabei entspricht eine Beabstandung von sechs Schlitzen einer Beabstandung von einem Magnetpol. Bei einer verteilt gewickelten Spule handelt es sich um eine Spule, die erzeugt wird durch Wickeln eines Leitungsdrahts in Schlitze 13, die auf zwei Seiten von zwei oder mehr in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Schlitzen 12b positioniert sind.
Wie in 8A gezeigt, besitzen im vorliegenden Fall die länglichen Bereiche 211A, 212A und 213A eine rechteckige Querschnittsform, bei der eine lange Seitenlänge mit t bezeichnet ist und eine kurze Seitenlänge mit w bezeichnet ist, d. h. eine Querschnittsform, die identisch mit der der vier geradlinigen Bereiche 201, 202, 203 und 204 ist.
Wie in 8B gezeigt, weisen die Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B eine rechteckige Querschnittsform auf, bei der die lange Seitenlänge mit t'' bezeichnet ist und die kurze Seitenlänge mit w'' bezeichnet ist. Da t > t'' ist und w > w'' ist, ist die Querschnittsfläche der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B kleiner als die Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A.
Ferner weisen Oberflächen der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B, die vor dem Bilden eines Winkelbereichs bzw. Kröpfungsbereichs axial nach innen weisen, auch nach dem Bilden des Kröpfungsbereichs axial nach innen, und Oberflächen der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B, die vor dem Bilden des Kröpfungsbereichs axial nach außen weisen, weisen auch nach dem Bilden des Kröpfungsbereichs axial nach außen.
Sechzig Spulen 200, die in dieser Weise ausgebildet sind, sind mit einer Beabstandung von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet, um dadurch die Ankerwicklung 20 aufzubauen, die in 9 gezeigt ist. Bei der Ankerwicklung 20 sind sechzig Kolonnen aus jeweils vier in einer einzelnen Kolonne radial aufgereihten geradlinigen Bereichen 201 bis 204 in Umfangsrichtung mit einer Beabstandung von einem Schlitz angeordnet. Eine Gruppe von ersten Spulenendbereichen 211, in der die ersten Spulenendbereiche 211 in Umfangsrichtung mit einer Beabstandung von einem Schlitz angeordnet sind, sowie eine Gruppe von dritten Spulenendbereichen 213, in der die dritten Spulenendbereiche 213 in Umfangsrichtung mit einer Beabstandung von einem Schlitz angeordnet sind, sind in zwei Lagen in Radialrichtung an einem ersten axialen Ende der Ankerwicklung 20 angeordnet und bilden erste Spulenenden 20a.
Eine Gruppe von zweiten Spulenendbereichen 212, in der die zweiten Spulenendbereiche 212 in Umfangsrichtung mit einer Beabstandung von einem Schlitz angeordnet sind, ist in einer einzigen Lage in Radialrichtung an einem zweiten axialen Ende der Ankerwicklung 20 angeordnet und bildet zweite Spulenenden 20b.
Die Schlitzzellen 14, die durch Biegen in eine U-Form gebracht sind, werden an jeder der Kolonnen aus dem ersten bis vierten geradlinigen Bereich 201 bis 204 angebracht. Als nächstes werden, wie in 10 gezeigt, die dreißig Kernblöcke 12 mit einer in etwa gleichmäßigen winkelmäßigen Beabstandung in Umfangsrichtung derart angeordnet, dass die jeweiligen Zähne auf einer radial äußeren Seite zwischen benachbarten Kolonnen der ersten bis vierten geradlinigen Bereiche 201 bis 204 der Ankerwicklung 20 angeordnet sind. Als nächstes werden die in Umfangsrichtung angeordneten Kernblöcke 12 radial nach innen bewegt, um die jeweiligen Zähne 12b der Kernblöcke 12 zwischen den benachbarten Kolonnen der ersten bis vierten geradlinigen Bereiche 201 bis 204 einzusetzen.
Wie in 11 gezeigt, sind in Umfangsrichtung gelegene Seitenflächen der einander benachbarten Kernblöcke 12 aneinander anliegend angeordnet, um die dreißig Kernblöcke 12 zu der Ankerwicklung 20 zusammenzubauen. Als nächstes werden die ringförmig angeordneten Kernblöcke 12 integriert ausgebildet, indem sie in den Rahmen 2 gepresst und an diesem befestigt werden, um den Ankerkern 11 herzustellen. Die Ankerwicklung 20 ist somit an dem Ankerkern 11 angebracht, so dass der in 3 dargestellte Anker 10 montiert ist.
Vier (ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter) geradlinige Bereiche 201 bis 204 sind in jedem der Schlitze 13 derart aufgenommen, dass die Längsrichtungen der langen Seiten der länglichen Querschnitte in Umfangsrichtung derart ausgerichtet sind, dass sie in Radialrichtung in einer einzigen Kolonne angeordnet sind. Ferner wird ein Verbindungsvorgang an der Ankerwicklung 20 angewendet, um eine Dreiphasen-Wechselstromwicklung zu bilden. Eine rotierende elektrische Maschine, die in dieser Weise aufgebaut ist, arbeitet als 10-poliger Innenrotor-Elektromotor mit 60 Schlitzen.
Da bei dem Ausführungsbeispiel 1 die vier in die Schlitze 13 eingesetzten geradlinigen Bereiche 201, 202, 203 und 204 derart ausgebildet sind, dass sie einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, ist der Füllfaktor gesteigert, so dass eine höhere Ausgangsleistung bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 erzielt werden kann.
Die Querschnittsfläche der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B ist kleiner als die Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A. Somit ist die Höhe der Spulenenden reduziert, so dass sich auch die Größe der rotierenden elektrischen Maschine 100 reduzieren lässt. Ferner sind Spalte zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Wölbungsbereichen 211B, 212B und 213B breiter, so dass sich Wärmeabstrahlungseigenschaften der Ankerwicklung 20 verbessern lassen.
Da die Länge w'' der kurzen Seite (die radiale Breite) der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B kürzer ist als die Länge w der kurzen Seite von den schräg verlaufenden Bereichen 211A, 212A und 213B, sind Spalte zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Wölbungsbereichen 211B, 212B und 213B breiter, so dass sich die Wärmeabstrahlungseigenschaften der Ankerwicklung 20 noch weiter verbessern lassen.
Da die Länge t'' der langen Seite (die axiale Breite) der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B kürzer ist als die Länge t der langen Seite der schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A, sind die axialen Abmessungen der Spulenenden reduziert, so dass die Größe der rotierenden elektrischen Maschine 100 reduziert werden kann.
Da die jeweiligen Bereiche der Spulen 200 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, ist ein Schritt zum Bilden eines kreisförmigen Querschnitts an dem Leitungsdraht 19 beim Bilden der Spulen 200 unter Verwendung eines Leitungsdrahts 19 mit rechteckigem Querschnitt nicht mehr erforderlich, so dass die Produktivität gesteigert wird.
Da die Reduzierung der Querschnittsfläche der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B in einem Schritt zum Bilden der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B oder in einem Schritt zum Bilden der Kröpfungsbereiche 221 gleichzeitig implementiert werden kann, können die Spulen 200 ohne Erhöhung der Anzahl der Schritte gebildet werden, so dass die Produktivität gesteigert wird.
Da der erste, der zweite und der dritte Spulenendbereich 211, 212 und 213 in Umfangsrichtung mit einer Beabstandung von einem Schlitz angeordnet sind, ist bei den drei Spulenendbereichen 211, 212 und 213 ein hohes Maß an dimensionsmäßiger Genauigkeit erforderlich, um Interferenz unter den drei Spulenendbereichen 211, 212 und 213 zu vermeiden. Da die schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A durch Biegen von Wurzelbereichen gebildet sind, ist eine hohe dimensionsmäßige Genauigkeit gewährleistet.
Da jedoch die Kopfbereiche der drei Spulenendbereiche 211, 212 und 213 durch Biegen in eine Winkelform bzw. Kröpfungsform gebracht werden, nachdem der Leitungsdraht 19 durch Biegen in eine konvexe Form gebracht worden ist, wird es schwierig, eine hohe dimensionsmäßige Genauigkeit zu gewährleisten.
Da bei dem Ausführungsbeispiel 1 die Querschnittsfläche der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B kleiner ist als die Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A, können selbst bei einer hypothetischen Beeinträchtigung der dimensionsmäßigen Genauigkeit der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B und des Kröpfungsbereichs 321 Spalte zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Kröpfungsbereichen 221 ausreichend sichergestellt werden, so dass Interferenz unter dem ersten, zweiten und dritten Spulenendbereich 211, 212 und 213 vermieden werden kann.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für die Spulen 200 unter Bezugnahme auf die 12 bis 14B erläutert. 12 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung eines Leitungsdrahts, der bei einer Spule für eine Ankerwicklung zum Einsatz kommt, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
13A zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands vor dem Bilden eines Wölbungsbereichs in einem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt bei einem Herstellungsverfahren für eine Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 13B zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands nach dem Bilden des Wölbungsbereichs in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
14A zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands vor dem Bilden eines Kröpfungsbereichs in einem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und 14B zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands nach dem Bilden des Kröpfungsbereichs in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Als erstes wird, wie in 12 gezeigt, ein Leitungsdraht 19 bereitgestellt, der einen rechteckigen Querschnitt mit einer langen Seitenlänge t und einer kurzen Seitenlänge w aufweist.
Wie in 13A gezeigt, wird als nächstes eine Position zum Bilden des Wölbungsbereichs 211B an dem Leitungsdraht 19 zwischen Wölbungsbereich-Herstellungswerkzeugen 70 und 70 angeordnet. Anschließend wird, wie in 13B gezeigt, der Wölbungsbereich 211B, der konvex gekrümmt ist, durch die Wölbungsbereich-Herstellungswerkzeuge 70 und 70 gebildet, indem eine Quetschkraft aus der Richtung der langen Seitenlänge auf den Leitungsdraht 19 aufgebracht wird (Wölbungsbereich-Herstellungsschritt).
Dabei wird der Wölbungsbereich 211B durch die Wölbungsbereich-Herstellungswerkzeuge 70 und 70 mit Druck beaufschlagt, und zwar mit einer Last, die ausreichend ist, um den Wölbungsbereich 211B derart zu quetschen, dass dieser in einen Querschnitt plastisch verformt wird, der eine lange Seitenlänge t'' und eine kurze Seitenlänge w'' aufweist, wobei die Querschnittsfläche reduziert wird von S (= t × w) auf S'' (= t'' × w''). Wölbungsbereiche 212B und 213B mit reduzierter Querschnittsfläche werden an Ausbildungspositionen der Wölbungsbereiche 212B und 213B an dem Leitungsdraht 19 in ähnlicher Weise gebildet.
Als nächstes werden, wie in 14A dargestellt, Bereiche des Leitungsdrahts 19 an zwei Enden des Wölbungsbereichs 211B jeweils durch ein erstes und ein zweites Stufenherstellungswerkzeug 74 und 75 aus der Richtung der kurzen Seitenlänge gegriffen. Wie in 14B gezeigt, wird als nächstes das zweite Stufenherstellungswerkzeug 75 in Richtung der kurzen Seitenlänge des Leitungsdrahts 19 relativ zu dem ersten Stufenherstellungswerkzeug 74 verlagert, um einen Winkelbereich bzw. Kröpfungsbereich 221 an dem Wölbungsbereich 211B zu bilden (Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt).
Hierbei wird dem ersten Stufenherstellungswerkzeug 74 eine Bewegung nur in der Längsrichtung des Leitungsdrahts 19 gestattet, und dieses bewegt sich in Richtung zu dem zweiten Stufenherstellungswerkzeug 75, während der Wölbungsbereich 211B in eine Kröpfungsform gebogen wird. Kröpfungsbereiche 221 werden in ähnlicher Weise an jedem der Wölbungsbereiche 212B und 213B gebildet.
Als nächstes werden zwei Wurzelbereiche des Wölbungsbereichs 211B derart gebogen, dass kurze Seiten desselben radial innere Flächen sind, um dadurch die schräg verlaufenden Bereiche 211A zu bilden (Schritt zum Herstellen der schräg verlaufenden Bereiche). Anschließend werden Wurzelbereiche der schräg verlaufenden Bereiche 211A derart gebogen, dass kurze Seiten derselben radial innere Flächen sind, um dadurch den ersten und den zweiten geradlinigen Bereich 201 und 202 zu bilden (Schritt zum Herstellen der geradlinigen Bereiche).
Danach werden zwei Wurzelbereiche des Wölbungsbereichs 212B derart gebogen, dass kurze Seiten desselben radial innere Flächen sind, um dadurch die schräg verlaufenden Bereiche 212A zu bilden. Danach werden Wurzelbereiche der schräg verlaufenden Bereiche 211A derart gebogen, dass kurze Seiten derselben radial innere Flächen sind, um dadurch den zweiten und den dritten geradlinigen Bereich 202 und 203 zu bilden.
Anschließend werden zwei Wurzelbereiche des Wölbungsbereichs 213B derart gebogen, dass kurze Seiten desselben radial innere Flächen sind, um dadurch die schräg verlaufenden Bereiche 213A zu bilden. Danach werden Wurzelbereiche der schräg verlaufenden Bereiche 213A derart gebogen, dass kurze Seiten derselben radial innere Flächen sind, um dadurch den dritten und den vierten geradlinigen Bereich 203 und 204 zu bilden. Auf diese Weise wird ein ungefähr sechseckiger Spulenkörper gebildet, bei dem der Leitungsdraht 19 in zwei Windungen zu einer sechseckigen Form gewickelt ist.
Als nächstes wird jeder der schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A in eine kreisbogenförmige Form gebracht, die eine vorbestimmte Krümmung aufweist (Kreisbogen-Herstellungsschritt), so dass eine Spule 200 hergestellt wird.
Da die Reduzierung der Querschnittsfläche sowie die Herstellung der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B auf diese Weise in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt gleichzeitig ausgeführt werden, ist ein spezieller Schritt zum Reduzieren der Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs 211B, 212B und 213B nicht mehr erforderlich, so dass sich die Spulen 200 ohne Steigerung der Maschinenzeit herstellen lassen.
Da die Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B mit reduzierter Querschnittsfläche in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt durch Quetschen bzw. Druckbeaufschlagung von Ausbildungsstellen der Wölbungsbereiche an dem Leitungsdraht 19 unter Verwendung der Wölbungsbereich-Herstellungswerkzeuge 70 gebildet werden, während der jeweilige Wölbungsbereich in eine konvexe Form gebogen wird, können die Längen der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B gesteuert werden, indem das Druckbeaufschlagungsausmaß eingestellt wird, so dass sich die dimensionsmäßige Genauigkeit der Spulen 200 verbessern lässt.
Bei dem vorliegenden Herstellungsverfahren weisen Oberflächen der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B, die vor der Herstellung des Kröpfungsbereichs axial nach innen weisen, auch nach der Herstellung des Kröpfungsbereichs axial nach innen, und Oberflächen der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B, die vor der Herstellung des Kröpfungsbereichs axial nach außen weisen, weisen auch nach der Herstellung des Kröpfungsbereichs axial nach außen.
Ferner ist bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 die Querschnittsfläche der vier geradlinigen Bereiche 201, 202, 203 und 204 sowie der schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A ähnlich oder identisch, jedoch kann die Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche 211A, 212A und 213A auch kleiner ausgebildet werden als die Querschnittsfläche der vier geradlinigen Bereiche 201, 202, 203 und 204.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 sind die schräg verlaufenden Bereiche an den beiden Enden der Wölbungsbereiche derart ausgebildet, dass sie identische Querschnittsformen aufweisen, jedoch können die schräg verlaufenden Bereiche an den beiden Enden der Wölbungsbereiche auch mit unterschiedlichen Querschnittsformen ausgebildet sein.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 werden die Spulen 200, die durch Wickeln eines Leitungsdrahts in zwei Windungen gebildet sind, an einem Ankerkern 11 derart angebracht, dass sie mit einer Beabstandung von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet sind, jedoch können auch Spulengruppen, bei denen Spulen 200 mit einer Beabstandung von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet sind, an dem Ankerkern 11 derart angebracht werden, dass sie in Radialrichtung in zwei Lagen angeordnet sind. Eine Ankerwicklung, die in dieser Weise ausgebildet ist, bildet eine Wicklung, die äquivalent ist zu einer Ankerwicklung mit einer derartigen Ausbildung, dass Spulen, die durch Wickeln des Leitungsdrahts in vier Windungen hergestellt sind, mit einer Beabstandung von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Ausführungsbeispiel 2
15A zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands vor dem Bilden eines Wölbungsbereichs in einem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt bei einem Herstellungsverfahren für eine Ankerwicklungsspule, die bei einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und 15B zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands nach dem Bilden des Wölbungsbereichs in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Bei einem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt gemäß Ausführungsbeispiel 2 werden, wie in 15A gezeigt, zwei Endbereiche einer Position zum Bilden eines Wölbungsbereichs 211B an einem Leitungsdraht 19 jeweils von einem ersten Ziehwerkzeug 71 und einem zweiten Ziehwerkzeug 72 gegriffen. Dann werden, wie in 15B gezeigt, das erste Ziehwerkzeug 71 und das zweite Ziehwerkzeug 72 in Längsrichtung des Leitungsdrahts 19 voneinander weg bewegt, während eine Position zum Bilden des Wölbungsbereichs 211B an dem Leitungsdraht 19 von Werkzeugen 70 zum Bilden eines expandierten Bereichs mit Druck beaufschlagt und gebogen wird.
Die Region, in der der Wölbungsbereich 211B gebildet wird, wird dadurch in ihrer Querschnittsfläche von S (= t × w) auf S'' (= t'' × w'') reduziert, indem sie in Längsrichtung gedehnt wird, und wird durch die Werkzeuge 70 zum Bilden des Wölbungsbereichs in eine konvexe Form gebogen, um dadurch einen Wölbungsbereich 211B zu bilden, der eine reduzierte Querschnittsfläche aufweist. Wölbungsbereiche 212B und 213B mit reduzierter Querschnittsfläche werden ebenfalls in ähnlicher Weise an dem Leitungsdraht 19 gebildet.
Die übrigen Schritte sind ähnlich oder identisch zu denen von Ausführungsbeispiel 1.
Da somit bei dem Ausführungsbeispiel 2 die Reduzierung der Querschnittsfläche sowie das Bilden der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt gleichzeitig ausgeführt werden, ist ein spezieller Schritt zum Reduzieren der Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs 211B, 212B und 213B nicht mehr erforderlich, so dass wiederum eine Herstellung der Spulen 200 ohne Erhöhung der Maschinenzeit ermöglicht ist.
Da die Querschnittsfläche der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B durch Ziehen an dem Leitungsdraht 19 vermindert wird, können die Längen der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B durch Einstellen des Ziehausmaßes gesteuert werden, so dass die dimensionsmäßige Genauigkeit der Spulen 200 verbessert werden kann.
Ausführungsbeispiel 3
16A zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands vor dem Bilden eines Kröpfungsbereichs in einem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt bei einem Herstellungsverfahren für eine Ankerwicklungsspule, die bei einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und 16B zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands nach dem Bilden des Kröpfungsbereichs in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt bei dem Herstellungsverfahren für die Ankerwicklungsspule, die bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Bei einem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt gemäß Ausführungsbeispiel 3 werden Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B unter Verwendung von Wölbungsbereich-Herstellungswerkzeugen 70 und 70 durch Biegen in eine konvexe Formgebung gebracht, ohne dass die Querschnittsfläche des Leitungsdrahts 19 vermindert wird. Wie in 16A gezeigt, wird dann der Wölbungsbereich 211B zwischen einem Paar von Kröpfungsbereich-Herstellungswerkzeugen 76 positioniert.
Wie in 16B dargestellt, wird der Wölbungsbereich 211B als nächstes aus den Richtungen der kurzen Seitenlänge durch das Paar der Kröpfungsbereich-Herstellungswerkzeuge 76 gequetscht. Der Wölbungsbereich 211B wird dadurch in eine Kröpfungsform gebogen, und zwar zur selben Zeit, zu der die Querschnittsfläche von S (= t × w) auf S'' (= t'' × w'') reduziert wird, so dass ein Kröpfungsbereich 221 gebildet wird. Die Wölbungsbereiche 212B und 213B werden in ähnlicher Weise gleichzeitig mit einer Reduzierung der Querschnittsfläche in eine Kröpfungsform gebogen, so dass Kröpfungsbereiche 221 gebildet werden.
Die übrigen Schritte sind ähnlich oder identisch mit denen gemäß Ausführungsbeispiel 1.
Da somit bei dem Ausführungsbeispiel 3 das Bilden der Kröpfungsbereiche 221 und die Reduzierung der Querschnittsfläche der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt gleichzeitig ausgeführt werden, ist ein spezieller Schritt zum Reduzieren der Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs 211B, 212B und 213B nicht mehr erforderlich, so dass wiederum eine Herstellung der Spulen 200 ohne Erhöhung der Maschinenzeit möglich ist.
Da die Kröpfungsbereiche 221 und die Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B mit reduzierter Querschnittsfläche in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt durch Quetschen der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B unter Verwendung der Kröpfungsbereich-Herstellungswerkzeuge 76 gebildet werden, während diese in eine Kröpfungsform gebogen werden, können die Längen der Wölbungsbereiche 211B, 212B und 213B durch Einstellen des Quetschausmaßes gesteuert werden, so dass die dimensionsmäßige Genauigkeit der Spulen 200 verbessert werden kann.
Dabei können in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt Bereiche des Leitungsdrahts 19 an den beiden Enden des Wölbungsbereichs 211B jeweils durch ein Ziehwerkzeug gegriffen werden, und die Ziehwerkzeuge können in Längsrichtung des Leitungsdrahts 19 voneinander weg bewegt werden, während der Wölbungsbereich 211B des Leitungsdrahts 19 durch das Kröpfungsbereich-Herstellungswerkzeug 76 in die Kröpfungsform gebogen wird, um dadurch einen Kröpfungsbereich 221 zu bilden.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen sind jeweils Fälle erläutert worden, in denen die vorliegende Erfindung bei einem Elektromotor angewendet wird, jedoch zeigen sich ähnliche oder identische Wirkungen auch, wenn die vorliegende Erfindung bei einem Generator angewendet wird.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen sind die Schlitze jeweils in einem Verhältnis von pro Phase zwei Schlitzen pro Pol gebildet, jedoch können Schlitze auch in einem Verhältnis von pro Phase einem Schlitz pro Pol gebildet sein, oder in einem Verhältnis von pro Phase drei oder mehr Schlitzen pro Pol.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen sind jeweils Fälle erläutert worden, in denen es sich bei der Beabstandung zwischen geradlinigen Bereichen, die durch Spulenendbereiche verbunden sind, um eine Beabstandung von sechs Schlitzen (eine Beabstandung von einem Magnetpol) handelt, jedoch ist die Beabstandung zwischen den geradlinigen Bereichen, die durch die Spulenendbereiche verbunden sind, nicht auf eine Beabstandung von sechs Schlitzen beschränkt, vorausgesetzt es handelt sich bei den Spulen um verteilt gewickelte Spulen, wobei diese eine Beabstandung von z. B. fünf Schlitzen aufweisen können.
Bei jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele werden Spulen verwendet, die durch Wickeln eines Leitungsdrahts in zwei Windungen gebildet sind, jedoch ist die Anzahl der Windungen in den Spulen nicht auf zwei Windungen begrenzt, vorausgesetzt, es handelt sich um 2n Windungen, wobei n eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich 1 ist.
Bei jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele sind Fälle erläutert worden, in denen eine Ankerwicklung unter Verwendung von sechseckigen Spulen gebildet ist, wobei jedoch die Spulen nicht auf sechseckige Spulen beschränkt sind, vorausgesetzt, die Spulen können in Form einer verteilt gewickelten Ankerwicklung ausgebildet werden, bei der geradlinige Bereiche verbindende Spulenendbereiche schräg verlaufende Bereiche und einen Wölbungsbereich beinhalten, wobei an dem Wölbungsbereich ein Kröpfungsbereich gebildet ist, der eine radiale Position der geradlinigen Bereiche versetzt, und wobei eine Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs kleiner ist als eine Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche, wobei es sich bei den Spulen beispielsweise auch um U-förmige Spulen oder in Wellen gewickelte Spulen handeln kann.

Claims

Rotierende elektrische Maschine mit einem Anker, der Folgendes aufweist: – – einen ringförmigen Ankerkern, bei dem eine Vielzahl von Zähnen in Umfangsrichtung angeordnet ist und bei dem Schlitze zwischen den Zähnen gebildet sind; und – eine Ankerwicklung, die an dem Ankerkern angebracht ist, wobei die Ankerwicklung durch eine Vielzahl von verteilt gewickelten Spulen gebildet ist, die jeweils durch Wickeln eines Leitungsdrahts hergestellt sind, der isoliert ist, der nahtlos und kontinuierlich ist und der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Spulen jeweils aufweisen: 2m geradlinige Bereiche, die in ein Paar von Schlitzen, die zwei der Schlitze beinhalten, derart eingesetzt sind, dass ihre Längsrichtung in Axialrichtung ausgerichtet ist, wobei m eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich 1 ist; und (2m – 1) Spulenendbereiche, die die 2m geradlinigen Bereiche aufeinander folgend verbinden, indem sie jeweils Endbereiche von zwei ausgewählten geradlinigen Bereichen unter den 2m geradlinigen Bereichen miteinander verbinden, wobei die Spulen in einer oder mehreren Lagen in Radialrichtung in dem Ankerkern derart angebracht sind, dass sie mit einer Beabstandung von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet sind; wobei die Spulenendbereiche Folgendes aufweisen: einen Wölbungsbereich, der mit einer konvexen Formgebung axial nach außen ragt; und schräg verlaufende Bereiche, die die beiden anschließenden geradlinigen Bereiche und den Wölbungsbereich miteinander verbinden; wobei der Wölbungsbereich einen Kröpfungsbereich aufweist, in dem radiale Positionen der beiden anschließenden geradlinigen Bereiche um einen vorgegebenen Betrag versetzt sind; und wobei eine Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs kleiner ist als eine Querschnittsfläche der schräg verlaufenden Bereiche.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die radiale Breite des Wölbungsbereichs schmaler ist als die radiale Breite der schräg verlaufenden Bereiche.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die axiale Breite des Wölbungsbereichs schmaler ist als die axiale Breite der schräg verlaufenden Bereiche.
Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen Wölbungsbereich-Herstellungsschritt zum Bilden des Wölbungsbereichs, indem ein Bereich zum Bilden des Wölbungsbereichs von dem Leitungsdraht durch Biegen und Formen in eine konvexe Form gebracht wird; einen Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt zum Bilden des Kröpfungsbereichs, indem der Wölbungsbereich durch Biegen und Formen in eine Kröpfungsform gebracht wird; einen Schritt zum Herstellen von schräg verlaufenden Bereichen zum Bilden der schräg verlaufenden Bereiche, indem der Leitungsdraht an Wurzelbereichen des Wölbungsbereichs gebogen wird; und einen Schritt zum Herstellen von geradlinigen Bereichen zum Bilden der geradlinigen Bereiche, indem der Leitungsdraht an Wurzelbereichen der schräg verlaufenden Bereiche gebogen wird, wobei eine Querschnittsfläche des den Wölbungsbereich bildenden Bereichs des Leitungsdrahts vermindert wird, während der den Wölbungsbereich bildende Bereich in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt durch Biegen und Formen in die konvexe Form gebracht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei der den Wölbungsbereich bildende Bereich des Leitungsdrahts durch ein Werkzeug zum Herstellen eines expandierten Bereichs eingeklemmt wird und der den Wölbungsbereich bildende Bereich gequetscht wird, während er in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt durch Biegen und Formen in die konvexe Form gebracht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei zwei Enden des den Wölbungsbereich bildenden Bereichs des Leitungsdrahts durch Ziehwerkzeuge gegriffen werden und die Ziehwerkzeuge in Längsrichtung des Leitungsdrahts voneinander getrennt werden, um den den expandierten Bereich bildenden Bereich zu dehnen, während der den Wölbungsbereich bildende Bereich durch das Werkzeug zum Herstellen des expandierten Bereichs in dem Wölbungsbereich-Herstellungsschritt durch Biegen und Formen in die konvexe Form gebracht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen Wölbungsbereich-Herstellungsschritt zum Bilden des Wölbungsbereichs, indem ein Bereich zum Bilden des Wölbungsbereichs von dem Leitungsdraht durch Biegen und Formen in eine konvexe Form gebracht wird; einen Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt zum Bilden des Kröpfungsbereichs, indem der Wölbungsbereich durch Biegen und Formen in eine Kröpfungsform gebracht wird; einen Schritt zum Herstellen von schräg verlaufenden Bereichen zum Bilden der schräg verlaufenden Bereiche, indem der Leitungsdraht an Wurzelbereichen des Wölbungsbereichs gebogen wird; und einen Schritt zum Herstellen von geradlinigen Bereichen zum Bilden der geradlinigen Bereiche, indem der Leitungsdraht an Wurzelbereichen der schräg verlaufenden Bereiche gebogen wird, wobei eine Querschnittsfläche des Wölbungsbereichs vermindert wird, während der Wölbungsbereich in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt durch Biegen und Formen in die Kröpfungsform gebracht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei der Wölbungsbereich durch ein Wölbungsbereich-Herstellungswerkzeug eingeklemmt wird und der Wölbungsbereich gequetscht wird, indem er während des Kröpfungsbereich-Herstellungsschritts durch Biegen und Formen in die Kröpfungsform gebracht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Spule für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei zwei Enden des Wölbungsbereichs des Leitungsdrahts durch Ziehwerkzeuge gegriffen werden und die Ziehwerkzeuge in Längsrichtung des Leitungsdrahts voneinander getrennt werden, um den expandierten Bereich zu dehnen, während der Wölbungsbereich durch das Kröpfungsbereich-Herstellungswerkzeug in dem Kröpfungsbereich-Herstellungsschritt durch Biegen und Formen in die Kröpfungsform gebracht wird.