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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE
ANMELDUNG
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Der
Anmeldung liegt die am 26. Dezember 2001 eingereichte, japanische
Patentanmeldung 2001–394352
zugrunde, die Ansprüche
der Anmeldung profitieren von deren Priorität.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine,
wie z. B. einen Alternator bzw. Wechselstromgenerator oder einen
Startermotor zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug und ein Verfahren
zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung einen
Aufbau und ein Verfahren zum Isolieren von Leitern, die in einen
Schlitz eines Kerns eingefügt
sind, der einen Rotor oder einen Stator einer rotierenden elektrischen
Maschine ausbildet.
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2. Beschreibung des einschlägigen Stands
der Technik
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Bislang
ist ein Statorkern einer rotierenden elektrischen Maschine mit Leitersegmenten
bekannt, die in Schlitze des Statorkerns in dessen axialer Richtung
eingefügt
sind. Die axialen Enden der Leitersegmente sind miteinander verbunden,
wobei eine Statorwicklung ausgebildet wird. Ein Verfahren zur Herstellung
eines Stators mit einer Statorwicklung, die durch eine Mehrzahl
von U-förmigen
Leitersegmenten ausgebildet ist, ist in der JP-B2-3196738 offenbart.
Das U-förmige
Leitersegment weist ein Paar von Leitern auf, die in die Schlitze
eingefügt
sind, die in einem Statorkern ausgebildet sind. Ein Leiter des U-förmigen Leitersegments
ist in einen Schlitz eingefügt,
während
der andere Leiter in einen anderen Schlitz eingefügt ist,
der von dem einen Schlitz durch eine Polteilung beabstandet ist.
Nachdem mehrere Leitersegmente allesamt in die Schlitze eingefügt worden
sind, werden die axialen Enden der Leiter miteinander verbunden,
um eine Statorwicklung auszubilden.
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Die
JP-A-2001-37131 offenbart einen Stator mit einer Statorwicklung,
die durch mehrere L-förmige
Leitersegmente ausgebildet ist. Die L-förmigen Leitersegmente werden
in Schlitze des Statorkerns von dessen beiden axialen Enden eingefügt. Dann werden
die axialen Enden der L-förmigen
Leitersegmente elektrisch miteinander verbunden, um eine Statorwicklung
auszubilden.
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Bei
solchen Statoren oder Rotoren, bei denen die U-förmigen oder L-förmigen Leitersegmente in
einer axialen Richtung des Statorkerns eingefügt sind (die als rotierende
elektrische Maschine mit axial eingefügten Leitern bezeichnet werden),
kann, im Vergleich zu einem Raumfaktor in Statoren mit einer Statorwicklung,
die durch Wickeln eines kontinuierlichen Drahts ausgebildet ist,
ein Raumfaktor zur Unterbringung der Leiter in einen Schlitz vergrößert werden.
Dies ist darin begründet,
daß die
Leitersegmente mit einem rechteckigen Querschnitt in dem Stator unter
Verwendung der U-förmigen oder
L-förmigen Leitersegmente
verwendet werden können.
Durch Verbessern des Raumfaktors in dem Schlitz kann die rotierende
elektrische Maschine in bezug auf Größe kompakt und in bezug auf
das Gewicht leicht gebaut werden. Ferner kann eine rotierende elektrische
Maschine mit einer hohen Leistungsabgabe in einer kompakten Größe realisiert
werden.
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Bei
der rotierenden elektrischen Maschine mit axial eingefügten Leitern,
wird eine Isolierhülse zum
elektrischen Isolieren der Leiter von dem Kern in jeden Schlitz
eingefügt,
bevor die Leiter eingefügt werden.
Die in den Schlitz eingefügte
Isolierhülse neigt
dazu, in ihrer axialen Richtung durch eine Reibungskraft zwischen
den Leitern und der Isolierhülse zu
gleiten, wenn die Leiter in die Isolierhülse eingefügt werden. Ferner können die
Kanten der Leiter an der inneren Oberfläche der Isolierhülse kratzen
und dadurch kann die Isolierfähigkeit
der Isolierhülse
beschädigt
werden.
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Bei
einer rotierenden elektrischen Maschine, die in der JP-A-58-157349
offenbart ist, wird eine aus einem thermoplastischen Material gefertigte
Isolierhülse
mit einem verbreiterten Ende in einer Trompetenform verwendet. Die
Leiter werden von dem verbreiterten Ende in die Isolierhülse eingefügt. Das
verbreiterte Ende wird durch Erwärmen
und Verformen des Endabschnitts der Isolierhülse ausgebildet. Ein Halsabschnitt
des verbreiterten Endes neigt dazu, sich zu verdünnen, weil der Halsabschnitt
aufgrund einer Schubkraft, die auf die Isolierhülse durch die Leiter ausgeübt wird,
wenn die Leiter in die Isolierhülse
eingefügt
werden, fest gegen die Kanten des Schlitzes gepreßt wird.
Wird der Halsabschnitt dünn, nimmt
die Isolierfähigkeit
der Hülse
ab.
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Um
die Kontaktkraft zwischen dem Halsabschnitt des verbreiterten Endes
und den Kanten des Schlitzes zu mindern, kann die Isolierhülse in einer Richtung
entgegengesetzt zur einer Richtung zurückgezogen werden, in der die
Leiter eingefügt
werden, bevor die Leiter in die Isolierhülse eingefügt werden, wie in der JP-A-2000-308314
offenbart ist. Es bleibt jedoch dahingehend ein Problem bestehen,
daß die Isolierfähigkeit
am Halsabschnitt abnimmt, weil es schwierig ist, die zurückgezogene
Position der Isolierhülse
gegenüber
der durch das Einfügen
der Leiter bewirkten Schubkraft beizubehalten.
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Die
EP-A-0-967 709 offenbart ebenfalls einen Statorkern, der eine Mehrzahl
von Schlitzen, eine Isolierhülse,
die in einen jeweiligen Schlitz eingefügt ist, und Leiter, die in
die Isolierhülse
eingefügt sind,
aufweist.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend angeführten Probleme
erstellt worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte rotierende elektrische Maschine zu schaffen, bei der
eine Isolierfähigkeit
der Isolierhülse nicht
durch Einfügen
von Leitern in die Isolierhülse verringert
wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung einer solchen verbesserten rotierenden
elektrischen Maschine zu schaffen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Stator- oder Rotorkerne von verschiedenen
rotierenden elektrischen Maschinen anwendbar. Die vorliegende Erfindung,
die auf einen Statorkern eines Alternators bzw. eines Wechselstromgenerators
zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug angewendet wird, wird nachstehend
als ein repräsentatives
Beispiel beschrieben. Der Statorkern ist zylindrisch geformt, und
eine Mehrzahl von Schlitzen ist entlang einer inneren Bohrung des
Statorkerns ausgebildet. Eine aus einem thermoplastischen Harzmaterial
gefertigte Isolierhülse
mit einem im wesentlichen rechtwinkeligen Querschnitt ist jeweils
in einen Schlitz eingefügt.
Die eine Statorwicklung ausbildenden Leiter werden in die Isolierhülse eingefügt. In anderen
Worten werden die Leiter durch die Isolierhülse von dem Statorkern elektrisch isoliert.
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Die
Isolierhülse
weist vier Eckabschnitte auf, die jeweils entsprechende Ecken des
Schlitzes und flache Abschnitte berühren, die parallel zu den Seitenwänden des
Schlitzes positioniert sind. Wenn die Isolierhülse in den Schlitz eingefügt wird,
werden die flachen Abschnitte der Isolierhülse von den Seitenwänden des
Schlitzes entfernt positioniert, wodurch zwischen den flachen Abschnitten
und den Seitenwänden
bestimmte Räume
ausgebildet werden. Ein innerer Raum der Isolierhülse wird
durch Einfügen der
Leiter in die Isolierhülse
vergrößert, und
dadurch werden die flachen Abschnitte in Kontakt mit den Seitenwänden des
Schlitzes gebracht, und die Eckabschnitte werden ferner gegen die
Ecken des Schlitzes gepreßt.
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Somit
wird die Isolierhülse
in dem Schlitz festgehalten, wobei durch Einfügen der Leiter verhindert wird,
daß sie
sich in die Längsrichtung
bewegt. Die Isolierhülse
wird dadurch, daß sie
in Längsrichtung
gleitet, vor Beschädigungen
geschützt.
Dementsprechend werden die Leiter durch die in dem Schlitz gehaltene
Isolierhülse
ordnungsgemäß von dem
Statorkern isoliert.
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Die
Isolierhülse
besteht aus einem thermoplastischen Harzband. Biegelinien, die an
den Grenzen zwischen den Eckabschnitten und den flachen Abschnitten
positioniert werden sollen, sind auf dem Harzband entlang dessen
Längsrichtung
ausgebildet. Das Harzband wird dann zur Form der Isolierhülse gefaltet.
Dann wird das gefaltete Harz band zu einer einzelnen Isolierhülse mit
einer vorbestimmten Länge
gefaltet. Die so ausgebildete Isolierhülse wird in jeden Schlitz des
Statorkerns eingefügt.
Bevorzugt wird ein Ende der Isolierhülse, anhand der die Leiter eingefügt werden,
zur einer Trompetenform verbreitert, um für ein vereinfachtes Einführen der
Leiter zu sorgen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird verhindert, daß die
Isolierhülse
während
des Einfügevorgangs
der Leiter in die Isolierhülse
in den Schlitz gleitet, und es wird verhindert, daß die Isolierhülse aufgrund
ihrer Gleitens im Schlitz beschädigt
wird.
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Andere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand eines
besseren Verständnisses
der bevorzugten Ausführungsform besser
verständlich,
die nachstehend unter Bezugnahme auf die nachstehenden Zeichnungen
beschrieben wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Teilschnittansicht, die einen Stator zeigt, in den ein U-förmiges Leitersegment
in einer axialen Richtung des Stators eingefügt werden soll;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Schlitz des Stators zeigt, in
den eine Isolierhülse
eingefügt
ist, die entlang einer Umfangsrichtung des Stators erstellt wurde;
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Schlitz des Stators zeigt, in
den eine Isolierhülse
eingefügt
ist, die entlang einer radialen Richtung des Stators erstellt wurde;
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4 eine
Querschnittsansicht, die einen Schlitz des Stators darstellt, der
eine Isolierhülse
und darin befindliche Leiter aufnimmt, wobei die Ansicht entlang
einer radialen Richtung des Stators erstellt wurde;
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5 eine
Teilseitenansicht eines Stators, in den ein U-förmiges Leitersegment in einer
axialen Richtung des Stators eingefügt werden soll, wobei Isolierhülsen, die
in die Schlitze des Stators eingefügt sind, in einer zurückgezogenen
Position positioniert sind; und
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6 eine ähnliche
Seitenansicht des Stators wie in 5, wobei
auf eine in 5 verwendete Anschlagplatte
verzichtet wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
wird die vorliegende Erfindung auf einen Statorkern eines Alternators
bzw. Wechselstromgenerators zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug
angewendet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf einen Statorkern
oder einen Rotorkern einer anderen rotierenden elektrischen Maschine
angewendet werden. Eine Mehrzahl von Schlitzen 2 ist auf
einem Statorkern 1 entlang dessen Umfangsrichtung ausgebildet.
Eine Isolierhülse 3 ist
in jeweils einen Schlitz 2 in einer axialen Richtung des
Statorkerns 1 eingefügt.
Ein U-förmiges Leitersegment 4 mit
einem Paar von Leitern 4a ist in einen Raum S innerhalb
der Isolierhülse 3 eingefügt. Nachdem
die U-förmigen
Leitersegmente 4 allesamt eingefügt sind, werden die freien
Ende der Leiter 4a auf bekannte Weise miteinander verbunden,
wodurch eine Statorwicklung ausgebildet wird.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, ist ein Ende 5 der
Isolierhülse 3 zu
einer Trompetenform verbreitert, so daß der Leiter 4a ohne
weiteres in die Isolierhülse 3 eingefügt wird.
Das andere Ende der Isolierhülse 3 stößt an einer
Anschlagplatte 6 an, so daß die Isolierhülse 3 durch
Einfügen
des Leiters 4a in die Isolierhülse 3 nicht in axialer
Richtung hinabgleitet. Auf die Anschlagplatte 6 kann jedoch
wie an späterer
Stelle beschrieben verzichtet werden.
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Unter
Bezugnahme auf 3, die eine Querschnittsansicht
des Schlitzes 2 in der radialen Richtung des Statorkerns 1 zeigt,
wird eine Form der Isolierhülse 3,
die in dem Schlitz 2 untergebracht ist, beschrieben. Die
Isolierhülse 3 weist
in ihrem Querschnitt vier Eckabschnitte 31, 32, 33, 34 und
vier flache Abschnitte 35, 36, 37, 38 auf.
Die Eckabschnitte 31–34 kontaktieren
entsprechende Ecken des Schlitzes 2, und die flachen Abschnitte 35, 36 sind
parallel zu den Seitenwänden 2a des
Schlitzes 2 positioniert, die dazwischen bestimmte Räume ausbilden.
Der flache Abschnitt 37, der einen überlappten Abschnitt umfaßt, wird
parallel zu einer oberen Wand des Schlitzes 2 positioniert,
der einen bestimmten Raum dazwischen ausbildet. Der flache Abschnitt 38 ist
in Kontakt mit einer unteren Wand des Schlitzes 2 positioniert.
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Die
Isolierhülse 3 wird
durch Falten eines aus thermoplastischem Harzmaterial gefertigten Harzbands
ausgebildet. Die Biegelinien X, die sich jeweils entlang einer Grenze
zwischen dem Eckabschnitt und dem flachen Abschnitt erstrecken,
werden durch plastisches Verformen des Harzbands in dessen Längsrichtung
ausgebildet. Die Biegelinien X können
durch Pressen einer Rolle mit einem dreieckigen Vorsprung gegen
das Harzband ausgebildet werden. Die Rolle wird bevorzugt in einem
Ausbildevorgang der Biegelinien X erwärmt, und ein Spitzenwinkel
des dreieckigen Vorsprungs wird kleiner 90° gemacht. Nachdem die Biegelinien
X auf dem Harzband ausgebildet worden sind, wird das Harzband gefaltet,
um abgerundete Eckabschnitte 31 – 34 und die flachen
Abschnitte 35 – 38 auszubilden.
Dann wird das gefaltete Harzband mit einem im wesentlichen rechtwinkeligen
Querschnitt zu einer einzelnen Isolierhülse 3 mit einer erforderlichen
Länge zugeschnitten.
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In
jeden Schlitz 2 wird die so gefertigte Isolierhülse 3 eingefügt. Dann
wird das verbreiterte Ende 5 zu einer Trompetenform ausgebildet,
indem eine erwärmte
Kopfvorrichtung gegen ein Ende der Isolierhülse 3 gedrückt wird.
Die Anschlagplatte 6 ist angeordnet, um das andere Endes
der Isolierhülse zu
tragen. Dann werden die Leiter 4a jeweils in eine Isolierhülse 3 eingefügt.
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4 zeigt
einen Querschnitt des Schlitzes 2, in dem die Leiter 4a in
die Isolierhülse 3 eingefügt sind.
Der Leiter 4a weist einen im wesentlichen rechtwinkeligen
Querschnitt mit einer Breite w und einer Höhe h auf. Die Breite w ist
größer ausgelegt
als eine (in 3 gezeigte) innere Breite w' der Isolierhülse 3, so
daß die
flachen Abschnitte 35, 36 durch Einfügen der
Leiter 4a gegen die Seitenwände 35 des Schlitzes 2 gedrückt werden.
Die Höhe
h eines jeden Leiters 4a ist so gefertigt, daß eine Gesamthöhe von allen
Leitern 4a, die in einem Schlitz 3 aufgenommen sind,
größer wird
als eine (in 3 gezeigte) innere Höhe h' der Isolierhülse 3.
Es ist jedoch nicht grundlegend erforderlich, die Gesamthöhe der Leiter 4a größer als
die innere Höhe
h' der Isolierhülse 3 zu machen.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wird der Innenraum S der Isolierhülse 3 durch
Einfügen
der Leiter 4a vergrößert, und
dadurch werden die flachen Abschnitte 35–38 in
engen Kontakt mit den Innenwänden
des Schlitzes 2 gebracht. Die flachen Abschnitte 35 – 38 werden
bei diesem Vorgang komprimiert, weil vier Eckabschnitte 31 – 34 der
Isolierhülse 3 vor
dem Einfügen
der Leiter 4a bereits mit den jeweiligen Ecken des Schlitzes 2 in
Kontakt sind. Die Eckabschnitte 31 – 34 werden weiter
gegen die Ecken des Schlitzes 2 durch die Kompressionskraft
gedrückt,
die auf die flachen Abschnitte 35 – 38 ausgeübt wird.
Dabei wird die Isolierhülse 3 im
Schlitz 2 festgehalten, und es wird verhindert, daß sie in
ihrer axialen Richtung durch eine Schubkraft gleitet, die beim Einfügevorgang
der Leiter 4a ausgeübt
wird. Insbesondere wird der Halsabschnitt des verbreiterten Abschnitts 5 wird beim
Einfügevorgang
der Leiter 4a nicht gegen die Kanten des Schlitzes 2 gedrückt. Die
ursprüngliche Position
der Isolierhülse 3 in
dem Schlitz 2 wird während
des Einfügevorgangs
der Leiter 4a beibehalten, und dadurch wird die Isolierfähigkeit
der Isolierhülse 3 durch
Einfügen
der Leiter 4a nicht beeinträchtigt oder beschädigt.
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5 zeigt
eine geringfügig
modifizierte Form des Einfügevorgangs
der Leiter 4a in die Isolierhülsen 3. Die Isolierhülsen 3 werden
in den Schlitzen 2 positioniert, daß die Halsabschnitte 5a des
verbreiterten Abschnitts 5 so angeordnet sind, daß sie die
oberen Kanten der Schlitze 2 nicht kontaktieren. Die anderen
Enden (unteres Ende) der Isolierhülsen 3 werden durch
die Anschlagplatte 6 getragen. Die Eckabschnitte 31 – 34 der Isolierhülse 3 werden
auch in diesem Fall fest gegen die Ecken des Schlitzes 2 gedrückt. Dementsprechend
wird die ursprüngliche Position
der Isolierhülse
durch das Einfügen
der Leiter 4a nicht geändert.
Wie in 6 gezeigt ist, kann auf die Anschlagplatte 6 verzichtet
werden, weil ohne Verwendung der Anschlagplatte 6 verhindert
wird, daß die
Isolierhülse 3 in
ihrer axialen Richtung gleitet. Indem auf die Anschlagplatte 6 verzichtet
wird, können
die beim Einfügevorgang
der Leiter 4a verwendeten Vorrichtungen vereinfacht werden.
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Bei
der in 3 gezeigten Isolierhülse 3 ist die flache
Oberfläche 38 ursprünglich in
Kontakt mit der Wand des Schlitzes 2 positioniert, ohne
die Biegelinien X entlang der Grenzen zwischen dem flachen Abschnitt 38 und
den Eckabschnitten 32, 33 auszubilden. Es besteht
jedoch die Möglichkeit,
die Biegelinien X in der gleichen Weise wie bei anderen Grenzen
auszubilden. Die Breite w' der
Isolierhülse 3 wird
durch Einfügen
eines jeweiligen Leiters 4a verbreitert, während ihre
Höhe h' verbreitert wird,
nachdem alle Leiter 4a in die Isolierhülse 3 eingefügt worden
sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene
Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann auf unterschiedliche Weise modifiziert werden. Obwohl
der Querschnitt der Isolierhülse 3 in
einer im wesentlichen rechtwinkeligen Form in der vorstehenden Ausführungsform
ausgebildet ist, kann der Querschnitt in anderen Formen ausgebildet
sein, solange der Innenraum durch Einfügen der Leiter 4a verbreitert
wird und die Eckabschnitte 31 – 34 gegen die Ecken
der Schlitze 2 gedrückt
werden. Die Biegelinien X dürfen
nicht als kontinuierliche Linien X, sondern können intermittierend ausgebildet
sein. Es ist zu bevorzugen, den überlappenden
Abschnitt auf dem flachen Abschnitt 37 thermisch zu verbinden,
aber er kann auch einfach überlappt
werden, ohne verbunden zu werden. Auf den überlappenden Abschnitt auf
dem flachen Abschnitt 37 kann verzichtet werden, und die
beiden Enden des Harzbandes können
aneinander angelegt und miteinander verbunden werden. Obwohl es
zu bevorzugen ist, den Endabschnitt 5 der Isolierhülse 3 zu
einer Trompetenform zu verbreitern, kann aber auch auf den Verbreiterungsvorgang
verzichtet werden. Die vorliegende Erfindung wird in der vorstehenden Ausführungsform
auf den Statorkern des Alternators bzw. Wechselstrom generators angewendet,
kann aber auch auf Stator- oder Rotorkerne von verschiedenen rotierenden
elektrischen Maschinen angewendet werden.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorstehende bevorzugte
Ausführungsform
gezeigt und beschrieben worden ist, ist es für Fachleute offensichtlich,
daß Veränderungen
in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den angehängten Ansprüchen definiert
ist.