DE4343025C2 - Rotor und Verfahren zum Ausbilden der Wicklung dieses Rotors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor eines Elektromotors und auf ein Verfahren zum Ausbilden der Wicklung dieses Rotors und insbesondere auf einen Rotor, auf den eine mehrlagige Wicklung aufgebracht wird.

Als eine mehrlagige Wicklung, die in eine Nut eines Rotors eines Elektromotors gewickelt ist, ist eine Wicklung mit einer kreisförmigen Querschnittsform, z. B. in der japani­ schen offengelegten Patentanmeldung Nr. 121,452/1988, der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 265,534/1988 und der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 305,737/1988 offenbart. Des weiteren ist eine Wicklung mit einer flachen trapezoidalförmigen Querschnittsform bekannt geworden, und außerdem ist ein isolierter Überzugsdraht mit einer flachen trapezoidalförmigen Querschnittsform durch Bilden eines isolierten Überzugsdrahtes mit einer kreisförmigen Querschnittsform durch einen Preßprozeß unter Druck bekannt geworden, z. B. in der japanischen offengelegten Patentanmeldung 240,832/1986. In den oben aufgeführten Dokumenten des Standes der Technik ist zur Verbesserung des Raumfak­ tors, indem die mehrlagige Wicklung in der Nut gewickelt ist, ein zentraler Leiterabschnitt (ein Nuteinfügungs- Leiterabschnitt) von dem isolierten Überzugsdraht mit der kreisförmigen Querschnittsform zu dem isolierten Überzugsdraht mit der flachen trape­ zoidalförmigen Querschnittsform geschaffen. Demgemäß trägt es zum Erniedrigen eines Totraumes an der inneren peripheren Wandoberfläche der Nut oder des Leiters bei.

Es wird jedoch nicht das Problem berücksichtigt, daß der Raumfaktor mit dem Nachteil verbunden ist, die Dicke des isolierenden Überzugsfilms der Wicklung genügend zu verringern.

Es ist jedoch durch das Ausbilden des zentralen Leiterabschnittes in einer vorbestimmten Querschnittsform im Fall, daß der zentrale Leiter­ abschnitt mit dem isolierenden Überzugsfilm überzogen ist, da die Dicke des isolierenden Überzugsfilms gleichmäßig an der gesamten Peripherie ausgebildet ist, unmöglich, den Totraum an der inneren peripheren Wandoberfläche der Nut oder des Leiters zu verringern.

Des weiteren ist es in dem Fall, daß die Wicklung die flache trapezoi­ dalförmige Querschnittsform hat, insbesondere im Fall des Ankerkerns, in den der isolierte Überzugsdraht in die Nut aus einer axialen Richtung eingefügt wird, so daß ein isoliertes Überzugsteil an einem Einlaßabschnitt oder einem Mittelabschnitt der Nut nicht abgelöst bzw. nicht abgeschabt wird, möglich, den magnetischen Kern bei der Anwendung eines isolierenden Blattes bzw. einer isolierenden Folie (Dicke des isolierenden Blattes gewöhnlich 0,3-0,5 mm Graduierung) zu isolieren.

Demgemäß ist es, selbst im Fall, daß das isolierende Blatt eingefügt wird, unvermeidbar, den Raumfaktor ausreichend um die Dicke eines Paares isolierender Überzugsfolien zu reduzieren, die die flache trapezoidal­ förmige Querschnittsform haben und gegenüber zueinander angeordnet sind.

Außerdem ist in dem Fall, daß die Wicklung, in der der zentrale Leiter­ abschnitt die kreisförmige Querschnittsform aufweist, durch die isolierende Überzugsfolie überzogen ist, diese Wicklung so ausgebildet, daß sie die flache trapezoidalförmige Querschnittsform gemäß dem Preßprozeß unter Druck nur von einer oberen Richtung und einer unteren Richtung aufweist.

In der verarbeiteten Wicklung, die auf der gedachten Form an der flachen trapezoidalförmigen Querschnittsform ausgebildet ist, ist jedoch der zentrale Leiterabschnitt im wesentlichen in einer mehrlagigen Wicklung ausgebildet. Demgemäß ändert sich die Dicke der isolierenden Überzugsfolie kaum, wodurch sich in diesem Fall der Raumfaktor bzw. der Füllfaktor der Nut nicht erhöht. Dieser Raumfaktor der Nut hat einen großen Einfluß auf den Elektromotor, für den eine geringe Größe und eine hohe Leistung des Elektromotors benötigt werden; im Ergebnis ist es empfehlenswert, den Füllfaktor der Nut zu verbessern.

Aus der DE-A-38 03 752 ist ein Ständer für einen Kraftfahrzeug-Drehstromgenerator bekannt, bei dem sich die Wicklungsabschnitte an den abgeflachten Seiten berühren, die, falls von einem Wicklungsdraht mit einer isolierenden Überzugsfolie ausgegangen wird, eine dünnere Ausbildung der Überzugsfolie aufweisen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rotor für einen Elektromotor mit einem kleinen Totraum in der Nut, d. h. einem hohen Füllfaktor der mehrlagigen Wicklung in der Nut und einem geringen Magnetwiderstand des Magnetkerns zu schaffen, dessen Lagen gut gegeneinander und gegen den Magnetkern isoliert sind und mit dem ein Elektromotor mit geringer Größe und hoher Leistung geschaffen werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ausbilden der Wicklung eines solchen Rotors zu schaffen.

Dies wird erfindungsgemäß durch einen Rotor gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angeführt.

Da die Querschnittsform der mehrlagigen Wicklung an die Form der Nut angepaßt ist, wird bei der Wicklung in der kannen­ bauchförmigen Querschnittsform die Wicklung in die Nut des Magnet­ kernes eingefügt und ein Totraum kann verringert werden, da die Dicke der flach ausgeführten Fläche der isolierenden Überzugsfolie dünner als die Dicke der bogenförmigen Fläche der isolierenden Überzugsfolie ausgeführt ist.

Um die bogenförmige Fläche der isolierenden Überzugsfolie der Wicklung zu kontaktieren, kann dann die Struktur an der kannenbauchförmigen Querschnittsform der Wicklung gesichert werden. Die Breite in der Seitenrichtung des zentralen Leiterabschnittes kann in Richtung auf die Seite der flach ausgeführten Fläche der isolierenden Überzugsfolie groß bzw. lang ausgeführt werden, wodurch die Leitfähigkeit der Wicklung erhöht werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Totraum in der Nut klein ausgeführt werden, und der Magnetwiderstand des Magnetkerns kann verringert werden, wodurch der Elektromotor mit einer geringen Größe und einer hohen Leistung erhalten werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Ausbilden der Wicklung eines Rotors mit einem hohen Füllfaktor der Nut leicht erhalten werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen­ den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungsseiten.

Fig. 1 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Nutumgebungs­ abschnitt eines Rotors eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Ansicht, die erklärend den Walzprozeß zeigt, die eine Wicklung mit einer kannenbauchförmigen Querschnittsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 4 ist eine teil- und vergrößerte Querschnittsansicht, die einen nutumgebenden Abschnitt eines Rotors eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Zunächst wird ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 erklärt.

Zunächst wird ein Rotor des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf Fig. 1 und 2 erklärt.

An einer äußeren Peripherie eines Magnetkerns 1, der durch Laminieren eines dünnen Stahlbleches ausgebildet ist, ist eine Vielzahl von gleich unterteilten Nuten 2 in radialer Richtung ausgebildet. In einer Vielzahl von Nuten 2 ist eine Wicklung 3 des flachen Typs mit einer kannenbauchförmigen Querschnittsform als mehrlagige Wicklung und ein isolierendes Material (Blatt 5) angeordnet. Dieses isolierende Blatt 5 hat gewöhnlich eine Dicke von 0,3-0,5 mm.

Dieser Magnetkern 1 ist auf einer Welle (in der Figur nicht gezeigt) befestigt, und diese Welle wird an beiden Enden davon gelagert.

Ein zentraler Leiterabschnitt 3a der Wicklung 3 mit kannenbauchförmiger Querschnittsform ist durch eine isolierende Überzugsfolie 4 auf Basis eines Polyestersystems oder eine isolierende Überzugsfolie 4 auf Basis von Emaille usw. überzogen. Die isolierende Überzugsfolie 4 weist ein Paar flach ausgebildeter, flächenisolierender Überzugsfolien 4a, die sich einander gegenüberliegen, und ein Paar bogenförmiger, flächenisolierender Überzugs­ folien 4b auf, die sich einander gegenüberliegen.

Die flach ausgebildete flächenisolierende Überzugsfolie 4a der Wicklung 3 der kannenbauchförmigen Querschnittsform hat eine dünnere Foliendicke von etwa 30 µm als die Foliendicke der bogenförmigen flächenisolierenden Überzugsfolie 4b (etwa 48 µm).

In der oben aufgeführten Nut 2 kontaktiert die Wicklung 3 der kannenbauchförmigen Querschnittsform jeweils die bogenförmigen flächen­ isolierenden Überzugsfolien 4b, und zwei äußere Oberflächen der gegenüber­ liegenden, flach ausgebildeten flächenisolierenden Überzugsfolien 4a kon­ taktieren das Isolierblatt 5. Das Isolierblatt 5 ist nämlich durch den Magnetkern 1 und die flach ausgebildeten flächenisolierenden Überzugs­ folien 4a sandwichartig eingeschlossen.

Ein Totraum 8 ist zwischen einer inneren Wandoberfläche des isolieren­ den Blattes 5 und zwei äußeren Oberflächen der entgegengesetzt an­ geordneten bogenförmigen flächenisolierenden Überzugsfolien 4b.

Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren der Wicklung 3 der kannen­ bauchförmigen Querschnittsform unter Bezug auf Fig. 3 erklärt.

Ein isolierter Überzugsdraht 6 mit einer kreisförmigen Querschnittsform weist die isolierende Überzugsfolie 4 (4a, 4b) mit einer gleichmäßigen Foliendicke auf. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird dieser isolierte Überzugsdraht 6 unter Druck bei einer normalen Temperatur von einer oberen Rich­ tung und einer unteren Richtung gedrückt, indem zwei Walzen 7a und 7b verwendet werden.

Wenn z. B. der isolierte Überzugsdraht 6 mit einem Durchmesser von 2,4 mm in Richtung A gezogen und walzverarbeitet wird, um sich in eine flache Form bis zu einem Durchmesser von 1,7 mm in der Höhenrichtung zu verformen, erleiden die isolierenden Überzugsfolien 4a an dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt eine Walzver­ arbeitung. Im Ergebnis wird die flach ausgebildete flächenisolierende Über­ zugsfolie 4a des isolierten Überzugsdrahtes 6 dünner gemacht als die bogenförmige flächenisolierende Überzugsfolie 4b des isolierten Überzugs­ drahtes 6.

Jedoch erleidet je eine gegenüberliegende Seite der isolierenden Überzugs­ folie 4 des isolierten Überzugsdrahtes 6 keinen Walzprozeß, nämlich die bogenförmigen flächenisolierenden Überzugsfolien 4b bleiben als die isolierende Überzugsfolie unter Beibehaltung der Foliendicke der kreisförmigen Querschnittsform des isolierten Überzugsdrahtes 6. Im Ergebnis wird die Wicklung der kannenbauchförmigen Querschnittsform in eine Form ausgebildet, in der die Foliendicke der flach ausgebildeten flächenisolierenden Überzugsfolie 4a dünner ist als die Foliendicke der bogenförmigen flächenisolierenden Überzugsfolie 4b.

Zum Beispiel ist in einem Fall des isolierten Überzugsdrahtes 6, der die kreisförmige Querschnittsform aufweist, der aus emaillesystem-isolierenden Überzugsfolien 4a und 4b mit der Foliendicke von etwa 48 µm aufge­ baut ist, die Wicklung 3 der kannenbauchförmigen Querschnittsform in einer Form ausgebildet, in der die bogenförmige flächenisolierende Über­ zugsfolie 4b eine Foliendicke von etwa 48 µm aufweist, bzw. die flach ausgebildete flächenisolierende Überzugsfolie 4a weist die Foliendicke von etwa 30 µm auf.

Dementsprechend ist die flach ausgebildete flächenisolierende Überzugsfolie 4a extrem dünn ausgebildet, es gibt jedoch kein Problem bei der prakti­ schen Anwendung bezüglich der Isolierungsstruktur, weil die Kompensa­ tion durch das Vorhandensein des isolierenden Blattes 5 ausgeführt wird.

Gemäß den oben genannten ersten Ausführungsbeispielen können die folgenden Effekte erzielt werden.

Da die Wicklung 3 in der kannenbauchförmigen Querschnittsform ausge­ bildet ist und da die Querschnittsform bei der mehrlagigen Wicklung der Form der Nut 2 angepaßt ist und danach die Wicklung 3 in der kannenbauchförmigen Querschnittsform des Magnetkerns 1 eingefügt wird, kann der Totraum 8 klein ausgeführt werden, und der Magnetwiderstand des Magnetkerns 1 kann verringert werden. Demgemäß kann der Elektromotor in kleiner Größe ausgeführt werden, und die Leistung des Elektromotors kann verbessert werden.

Da die Foliendicke der flach ausgeführten flächenisolierenden Überzugsfolie 4a dünner als die Foliendicke der bogenförmigen flächenisolierenden Überzugsfolie 4b in der Nut 2 ausgeführt ist, wird die Wicklung 3 der kannenbauchförmigen Querschnittsform an der bogenförmigen flächeniso­ lierenden Überzugsfolie 4b zueinander in Kontakt gebracht, wodurch die Isolierungsstruktur an der Wicklung 3 der kannenbauchförmigen Quer­ schnittsform sichergestellt werden kann.

Die Breite des zentralen Leiterabschnittes 3a in der Seitenrichtung kann in Richtung auf die Seite der flach ausgeführten Fläche lang bzw. groß ausgeführt werden, und die Leitfähigkeit der Wicklung 3 in der kannenbauchförmigen Querschnittsform kann erhöht werden. Demgemäß kann der Füllfaktor der Nut 2 erhöht werden.

Da der isolierte Überzugsdraht 6 in der kreisförmigen Querschnittsform zu der Wicklung 3 in der kannbauchförmigen Querschnittsform durch den einfachen Normaltemperatur-Walzprozeß geformt wird, kann die Wicklung 3 der kannenbauchförmigen Querschnittsform bei niedrigen Kosten hergestellt werden.

Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfin­ dung.

Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist das für einen Walzpreßprozeß des isolierten Überzugsdrahtes mit der trapezoidalförmigen Querschnittsform, wobei eine Wicklung 3 in einer gleichmäßigen Form mit der isolierenden Überzugsfolie 4 in der flachen trapezoidalförmigen Querschnittsform ausgebildet wird, und dieses zweite Ausführungsbeispiel die ähnlichen Effekte aufweist, die in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt sind.

Claims (7)

1. Rotor für einen Elektromotor, insbesondere für einen elektrischen Anlasser eines Kraftfahrzeuges, mit

• a) einem Magnetkern (1), der an seinem Umfang eine Vielzahl von Nuten (2) aufweist,
• b) einer mehrlagigen Wicklung in jeweils einer Nut aus abgeflachtem Wicklungsdraht (3, 3a), der von einer isolierenden Über­ zugsfolie (4) umgeben ist, die an zwei ersten sich gegenüber­ liegenden Seiten (4a) des abgeflachten Wicklungsdrahtes dünner und an zwei zweiten sich gegenüberliegenden Seiten (4b) dicker ausgebildet ist,
• c) wobei sich die einzelnen Lagen der Wicklung in jeweils einer Nut an den zweiten Seiten (4b) mit dicker ausgebildeter Über­ zugsfolie (4) berühren,
• d) einem isolierenden Material (5) in der Nut (2) zwischen der mehrlagigen Wicklung und dem Magnetkern (1).

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeflachte Wicklungsdraht (3) eine kannenbauchförmige Querschnittsform aufweist, wobei die flach ausgebildeten Flächen der isolierenden Überzugsfolie (4) dünner ausgeführt sind als die bogenförmigen Flächen der isolierenden Überzugsfolie.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeflachte Wicklungsdraht (3) mit kannenbauchförmiger Querschnittsform durch einen Walzprozeß aus einem kreisförmigen oder viereckigen Draht mit isolierender Überzugsfolie hergestellt ist.

4. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrlagige Wicklung in eine Nut des Kerns (1) eines Rotors eines elektrischen Anlassers eingefügt ist.

5. Verfahren zum Ausbilden der Wicklung eines Rotors nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - Walzen eines isolierten Überzugsdrahtes (6) mit einer kreis­ förmigen Querschnittsform, der eine isolierende Überzugsfolie (4) mit einer gleichmäßigen Dicke aufweist;
• - Ausbilden eines flach ausgebildeten Abschnittes des isolierten Überzugsdrahtes und eines bogenförmigen Abschnittes des isolierten Überzugsdrahtes im Anschluß an den flach ausgebildeten Abschnitt des isolierten Überzugsdrahtes; und
• - dünner Ausführen des flach ausgeführten Abschnittes (4a) der isolierenden Überzugsfolie (4) als des bogenförmigen Abschnitts (4b) der isolierenden Überzugsfolie (4).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die iso­ lierende Überzugsfolie (4) eine Folie ist, die aus einem Emaillesystem oder einem Polyestersystem ausgewählt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzschritt des isolierten Überzugsdrahtes (6) bei einer normalen Temperatur ausgeführt wird.