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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Isolator, einen Anker und eine
rotierende elektrische Maschine, und betrifft im Besonderen einen
Isolator, einen Anker und eine rotierende elektrische Maschine, die
für ein
Gebläse
für ein
Kraftfahrzeug geeignet sind.
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EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
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Ein
herkömmliches
Gebläse
für ein
Kraftfahrzeug umfasst eine rotierende elektrische Maschine, die
einen Ventilator dreht. Die rotierende elektrische Maschine weist
einen Anker mit einem Ankerkern vom Blechpakettyp und auf den Ankerkern
gewickelten Windungen auf. Dieser Anker ist auf einer Oberfläche des
Ankerkerns mit einem Isolator versehen, um den Ankerkern von den
Windungen zu isolieren (s. z. B.
JP-2002-272045-A (Seiten
4 bis 6,
2) und
JP-07-245896-A (Seiten
4 bis 6,
1)).
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Dieser
herkömmliche
Isolator weist jedoch die folgenden Nachteile auf. 11 ist
ein Schaubild zur Erläuterung
der Nachteile des herkömmlichen Isolators
und stellt Windungsmuster der Windung dar, die in unterschiedlichen
Windungsmustern auf den herkömmlichen
Isolator gewickelt ist.
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Bei
den Windungsmustern in 11 bezeichnet das Bezugszeichen 320 jeweils
einen herkömmlichen
Isolator, der auf einem Ankerkern angeordnet ist, welcher eine Mehrzahl
von radial ausgebildeten, wegragenden Polen aufweist. Der Isolator 320 hat
in regelmäßigen Abständen ausgebildete
Schlitze 321. Ausserdem hat der Schlitz 321 einen
Bogenabschnitt 322 an einem inneren Abschnitt in der Radialrichtung
des Isolators 320. Mehrlagige Windungen 314 sind
in einem verteilten Wickelverfahren gewickelt und in dem Schlitz 321 angeordnet.
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Bei
einem Windungsmuster 1 ist eine Windung 314a in einer ersten
Lage so gewickelt, dass sie auf einer Mittelachse Lc' des Schlitzes 321 an
einem Bogenabschnitt 322 anliegt. Daraufhin werden Windungen 314b-1, 314b-2 einer
zweiten Lage so gewickelt, dass sie eng an Innenwänden 321a, 321b des Schlitzes 321 und
an der Windung 314a in der ersten Lage anliegen. In diesem
Fall sind die Windungen 314c, 314d einer dritten
und weiterer Lagen gleichmäßig ausgerichtet.
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Bei
einem Windungsmuster 2 wird die Windung 314a in der ersten
Lage so gewickelt, dass sie auf der Mittelachse Lc' des Schlitzes 321 an
dem Bogenabschnitt 322 anliegt. Daraufhin wird die erste Windung 314b-1 der
zweiten Lage so gewickelt, dass sie eng an der Innenwand 321b des
Schlitzes 321 und an der Windung 314a der ersten
Lage anliegt. Weiterhin wird die zweite Windung 314b-2 so
gewickelt, dass sie eng an der Windung 314a in der ersten Lage
und an der ersten Windung 314b-1 in der zweiten Lage anliegt.
In diesem Fall bilden die zweite Windung 314b-2 in der
zweiten Lage und die Innenwand 321a des Schlitzes 321 einen
dazwischen liegenden Freiraum C2. Die Breite des Freiraums C2 ist jedoch
geringer als der Durchmesser einer zweiten Windung 314c-2 in
der dritten Lage, sofern diese verformt ist, so dass die Windung 314c-2 nicht
in den Freiraum C2 gelangt.
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Bei
einem Windungsmuster 4 ist die Windung 314a in der ersten
Lage so gewickelt, dass sie auf der Mittelachse Lc' des Schlitzes 321 an
dem Bogenabschnitt 322 anliegt. Daraufhin werden eine Windung 314b der
zweiten Lage und eine Windung 314c der dritten Lage gewickelt.
Ferner wird eine zweite Windung 314d-2 der vierten Lage
so gewickelt, dass sie eng an der Windung 314c in der dritten Lage
und an der ersten Windung 314d-1 in der vierten Lage anliegt.
In diesem Fall bilden die zweite Windung 314d-2 in der
vierten Lage und die Innenwand 321a des Schlitzes 321 einen
dazwischen liegenden Freiraum C4. Die Breite des Freiraums C4 ist jedoch
größer als
ein Durchmesser der zweiten Windung 314b-2 in der zweiten
Lage in deren ursprünglichen
Zustand, so dass sich die Windung 314b-2 nicht in den Freiraum
C4 hineinzwängt.
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Bei
einem Windungsmuster 3 ist die Windung 314a in der ersten
Lage so gewickelt, dass sie in einer von der Mittelachse Lc' des Schlitzes 321 abweichenden
Position an dem Bogenabschnitt 322 anliegt. Daraufhin wird
die zweite Windung 314c-2 in der
dritten Lage so gewickelt, dass sie eng an der Windung 314b-1 in
der zweiten Lage und an der ersten Windung 314c-1 in der
dritten Lage anliegt. In diesem Fall bilden die zweite Windung 314c-2 in
der dritten Lage und die Innenwand 321a des Schlitzes 321 einen
dazwischen liegenden Freiraum C3. Die Breite des Freiraums C3 ist
größer als
ein Durchmesser der zweiten Windung 314b-2 in der zweiten
Lage, sofern diese verformt ist, so dass sich die Windung 314b-2 in
den Freiraum C3 hineinzwängen
kann.
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Kurz
gesagt ist es ein Nachteil des Ankers, der den Isolator 320 mit
dem vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, dass die Windung 314 nicht gleichmäßig in dem
Schlitz 321 gewickelt ist, wenn die Windung 314a in
der ersten Lage so gewickelt wird, dass sie in einer von der Mittelachse
Lc' abweichenden
Position an dem Bogenabschnitt 322 anliegt.
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Falls
die Windung 314 nicht gleichmäßig in dem Schlitz 321 gewickelt
ist, können
die Windungen 314 sich daher gemäß der vorstehenden Beschreibung
durchzwängen
und somit beschädigt
werden. Insbesondere, wie bei dem Windungsmuster 3, wird die in
den Freiraum C3 eingezwängte
Windung 314b-2 von anderen Windungen, die in Radialrichtung
ausserhalb von der Windung 314b-2 gewickelt werden, in
Radialrichtung nach innen gepresst. In diesem Fall wird die Windung 314b-2 stark
in den Freiraum C3 eingepresst, und eine Isolierung der Windung 314b-2 kann
schadhaft werden.
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Aus
der
FR-A-2 778 283 und
weiterhin aus der
DE
44 03 820 A1 sowie auch aus Patent Abstracts of Japan,
Bd. 2002, Nr. 02, April 2002 &
JP 2001286085 ist es
bekannt, den Drehanker einer rotierenden elektrischen Maschine mit
einem Isolator zu versehen, der eine vorgegebene Anzahl von Schlitzen
in axialer Ausrichtung mit den Schlitzen des Ankerkerns aufweist.
Der Ankerkern weist bei den vorstehend erwähnten, bekannten rotierenden
elektrischen Maschinen eine Mehrzahl von radial ausgebildeten, wegragenden
Polen auf.
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Die
Schlitze des Isolators gemäß
FR-A-2 778 283 sind
sämtlich
keilförmig.
Die Schlitze des Isolators gemäß dem bekannten
Aufbau von
DE 44 03 820
A1 haben radial innere Enden, die gerundet sind. Die zuletzt
genannte Veröffentlichung
von Patent Abstracts of Japan zeigt schließlich die Form der Schlitze
des Isolators mit einem abgeflachten oder konvex gerundeten, radial
inneren Ende des Schlitzprofils.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Isolator, einen
Anker und eine rotierende elektrische Maschine zur Verfügung zu
stellen, die in der Lage sind, eine unzureichende Isolierung der Windungen
zu verhindern.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Isolator,
einen Anker und eine rotierende elektrische Maschine zur Verfügung zu
stellen, bei denen auch mit einer Konfiguration, die eine unzureichende
Isolierung der Windungen zu verhindern vermag, eine ausreichende
Anzahl von Schlitzen verfügbar
ist.
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Eine
wieder andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine rotierende
elektrische Maschine zur Verfügung
zu stellen, die in der Lage ist, ihre Widerstandsfähigkeit
im Vergleich mit herkömmlichen
rotierenden elektrischen Maschinen zu verbessern.
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Diese
Aufgaben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung durch einen Isolator mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis
5. Anspruch 6 ist auf einen Anker mit den erfindungsgemäßen Merkmalen
gerichtet. Anspruch 7 ist auf eine rotierende elektrische Maschine
gerichtet, welche den Anker verwendet.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Isolator gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist daher ein Isolator, welcher in einem Ankerkern angeordnet ist,
welcher so ausgebildet ist, dass eine Mehrzahl von wegragenden Polen
radial angeordnet ist. Der Isolator ist so ausgebildet, dass er
eine Windung, welche sich in einer ersten Lage befindet, die am
meisten innen in der Radialrichtung des Ankerkerns liegt, annähernd auf
die Mitte zwischen den aufragenden Polen zwischen den Windungen
ausrichtet, welche auf die wegragenden Pole gewickelt werden, wobei
ein Zentrumswinkel des Schlitzes in dem Isolator größer als
ein Winkel ist, unter welchem sich zwei Schrägflächen des Windungsausrichtungsabschnitts
treffen, in Fällen,
in welchen eine Anzahl der Schlitze des Isolators kleiner als oder gleich
groß wie
sechs ist, und der Zentrumswinkel kleiner als der Winkel ist, unter
welchem sich die beiden Schrägflächen des
Windungsausrichtungsabschnitts treffen, in Fällen, in denen die Anzahl von Schlitzen
des Isolators größer als
sechs ist, so dass der Winkel, unter dem sich die zwei Schrägflächen des
Windungsausrichtungsabschnitts treffen, die Anzahl der Schlitze
nicht einschränkt.
Dadurch ist es möglich,
eine ausreichende Anzahl von Schlitzen auch dann zur Verfügung zu
stellen, wenn der Isolator so ausgebildet ist, dass eine unzureichende
Isolierung der Windung verhindert ist.
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Indem
der Isolator so ausgebildet ist, dass er eine Windung, welche sich
in einer ersten Lage befindet, die am meisten innen in der Radialrichtung
des Ankerkerns liegt, annähernd
bei der Mitte zwischen den wegragenden Polen zwischen den Windungen positioniert,
welche auf die aufragenden Pole gewickelt werden, ist es möglich, die
Windungen der zweiten Lage und darauf folgender Lagen so zu wickeln, dass
sie sich in einem gleichmäßig ausgerichteten Zustand
befinden. Dadurch ist es möglich,
ein Einzwängen
und eine unzureichende Isolierung der Windungen zu verhindern.
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Genauer
gesagt ist der Isolator so ausgebildet, dass er einen annähernd V-förmigen Windungsausrichtungsabschnitt
aufweist, welcher von der Aussenseite zur Innenseite in radialer
Richtung des Ankerkernes annähernd
bei der Mitte zwischen den wegragenden Polen schmäler wird.
Hierdurch ist es möglich,
die Windung in der ersten Lage annähernd bei der Mitte zwischen
den wegragenden Polen zu positionieren, indem die Windung der ersten
Lage einfach in den Windungsausrichtungsabschnitt eingelegt wird.
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Es
ist wünschenswert,
wenn der annähernd V-förmige Windungsausrichtungsabschnitt
so ausgebildet ist, dass sich zwei Schrägflächen unter einem Winkel von
annähernd
45° bis
annähernd
75° treffen. Ferner
ist es wünschenswert,
wenn der Windungsausrichtungsabschnitt so ausgebildet ist, dass
er die Windungen auf mindestens zwei Lagen auf der am meisten innen
liegenden Seite mit Bezug auf die Radialrichtung des Ankerkerns
auszurichten vermag. Darüber
hinaus ist es wünschenswert,
wenn der Windungsausrichtungsabschnitt so ausgebildet ist, dass er
Windungen mit Durchmessern von annähernd 0,9 mm auszurichten vermag.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Isolator
ist es am meisten wünschenswert,
dass sich die zwei Schrägflächen annähernd unter
einem Winkel von 60° in
dem Windungsausrichtungsabschnitt treffen. Hierdurch ist es möglich, die
Windungen in der zweiten Lage und in darauf folgenden Lagen symmetrisch in
Bezug auf eine Mittelachse des Windungsausrichtungsabschnitts auszurichten.
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Ein
erfindungsgemäßer Anker
ist mit dem vorstehend beschriebenen Isolator versehen, so dass
der Anker eine unzureichende Isolierung der Windungen verhindern
kann.
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Eine
erfindungsgemäße rotierende
elektrische Maschine ist mit dem soeben erwähnten Anker versehen, so dass
die Maschine eine unzureichende Isolierung der Windungen verhindern
und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit mit Vergleich mit herkömmlichen
Maschinen aufweisen kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Aufbaus eines Ankers, der einen
Isolator gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist. 2 ist eine
auseinander gezogene perspektivische Ansicht des Ankers, der den
Isolator gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist. 3 ist eine
Vorderansicht des Isolators gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine
vergrößerte Ansicht
eines Hauptabschnitts des Isolators gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. 5 ist ein Diagramm zur Erläuterung
eines Ausrichtungszustands von Windungen mittels eines Windungsausrichtungsabschnitts
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine
Querschnitt- bzw.
Seitenansicht eines Aufbaus einer rotierenden elektrischen Maschine
gemäß der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung
eines Windungsausrichtungsabschnitts gemäß einer ersten modifizierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 8 ist ein Diagramm
zur Erläuterung
eines Windungsausrichtungsabschnitts gemäß einer zweiten modifizierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 9 ist ein
Diagramm zur Erläuterung
eines Windungsausrichtungsabschnitts gemäß einer dritten modifizierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 10 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
eines Windungsausrichtungsabschnitts gemäß einer vierten modifizierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 11 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
von Windungsmustern unter Verwendung eines herkömmlichen Isolators.
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BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
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Im
Nachfolgenden wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
In der nachfolgenden Beschreibung wird der Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung nicht durch Einzelteile, Anordnungen und dergleichen eingeschränkt, sondern
diese können
gemäß dem Grundgedanken
der vorliegenden Erfindung modifiziert werden.
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Die 1 bis 6 stellen
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. 1 ist eine
perspektivische Ansicht eines Aufbaus eines Ankers mit einem Isolator. 2 ist
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht des Ankers, der den
Isolator aufweist. 3 ist eine Vorderansicht des
Isolators. 4 ist eine vergrößerte Ansicht
eines Hauptabschnitts des Isolators. 5 ist ein
Diagramm zur Erläuterung
eines Ausrichtungszustands der Windungen unter Verwendung eines
Windungsausrichtungsabschnitts. 6 ist eine
Querschnitt- bzw. Seitenansicht eines Aufbaus einer rotierenden elektrischen
Maschine. 4 zeigt den Isolator 40 bei
Betrachtung von einer Seite, die zu dem in 1 gezeigten
Kollektor 13 entgegengesetzt ist.
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Das
Bezugszeichen 10 in 1 bezeichnet den
Anker, der den Isolator gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist. Der Anker 10 ist beispielsweise
in einer rotierenden elektrischen Gleichstrommaschine für ein Gebläse in einem
Kraftfahrzeug angeordnet.
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Der
Anker 10 ist mit einer Drehwelle 11 versehen.
Die Drehwelle 11 ist mit einem Ankerkern 12 vom
Blechpakettyp versehen, der eine Mehrzahl von wegragenden Polen 12a und
einen Kollektor 13 aufweist. Jedes Segment 13a des
Kollektors 13 ist mit einer Windung 14 versehen,
die jeweils mittels eines Verteilungswickelverfahrens in einer Mehrzahl
von Lagen auf eine Mehrzahl von wegragenden Polen 12a gewickelt
sind. Hierbei beträgt
ein Durchmesser der Windung 14 annähernd 0,9 mm.
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Der
Ankerkern 12 ist mit Isolatoren 20 versehen, die
aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, um die Isolierung
zwischen den Windungen 14 und dem Ankerkern 12 sicher
zu stellen. Gemäß der Darstellung
in 2 sind die Isolatoren 20 mit einer Form
ausgebildet, die derjenigen des Ankerkerns 12 annähernd ähnlich und
geringfügig
größer als
eine äussere
Form des Ankerkerns 12 ist. Ein Paar der Isolatoren 20 ist
in einer Axialrichtung des Ankerkerns 12 angeordnet, so
dass der Ankerkern 12 zwischen ihnen liegt, und sind am
Ankerkern 12 befestigt.
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Gemäß der Darstellung
in 3 weist der Isolator 20 eine Mehrzahl
von Schlitzen 21 zwischen den wegragenden Polen 12a des
in 1 gezeigten Ankerkerns 12 auf. Viele
Lagen der Windungen sind in den Schlitz 21 eingelegt und
dort angeordnet. Der Windungsausrichtungsabschnitt 22 ist
in jedem Schlitz 21 in einem inneren Abschnitt in der Radialrichtung
des Isolators 20 ausgebildet. Gemäß der Darstellung in 4 besitzt
der Windungsausrichtungsabschnitt 22 annähernd eine
V-Form, die von zwei Schrägflächen 22a, 22b gebildet
wird, die an einem inneren Abschnitt in der Radialrichtung des Isolators 20 miteinander
verbunden sind, so dass er von der Aussenseite zur Innenseite in
radialer Richtung in der Radialrichtung des Ankerkerns 12 schmäler wird.
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Der
annähernd
V-förmige
Windungsausrichtungsabschnitt 22 ist so ausgebildet, dass
seine Symmetrieachse L1 annähernd
bei der Mitte zwischen den wegragenden Polen 12a liegt,
und dass sich die zwei Schrägflächen 22a, 22b,
welche den Windungsausrichtungsabschnitt 22 bilden, unter
einem Winkel von 60° treffen.
Wie ferner in 5 gezeigt ist, ist der Windungsausrichtungsabschnitt 22 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
so ausgerichtet, dass er die Windungen 14 von zumindest zwei
Lagen an der in der Radialrichtung am weitesten innen liegenden
Position auszurichten vermag. Durch die vorstehend beschriebene
Ausgestaltung des Windungsausrichtungsabschnitts 22 in
dem Schlitz 21 kann die Windung 14a in der ersten
Lage sicher in einem Mittelabschnitt der wegragenden Pole 12a positioniert
werden, indem die Windung 14a der ersten Lage einfach in
den Windungsausrichtungsabschnitt 22 eingesetzt wird. Ferner
ist es durch den Windungsausrichtungsabschnitt 22 möglich, die Windungen 14b-1, 14b-2, 14c-1, 14c-2 und 14c-3 in der
zweiten Lage und in weiteren Lagen symmetrisch in Bezug auf die
Mittelachse Lc des Windungsausrichtungsabschnitts 22 auszurichten.
Hierdurch ist es möglich,
die Windungen 14 so zu wickeln, dass sie ausgerichtet sind.
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Im
Nachfolgenden wird der Wicklungszustand der Windungen 14 in
dem Schlitz 21, welcher den Windungsausrichtungsabschnitt 22 aufweist, ausführlich beschrieben.
Hierbei wird die mit dem Kollektor 13 (siehe 1)
verbundene Windung 14a als die Windung der ersten Lage
in den Schlitz 21 eingesetzt und so auf einer Mittelachse
Lc des Schlitzes 21 positioniert, dass sie an den Schrägflächen 22a, 22b des
Windungsausrichtungsabschnitts 22 ausgerichtet ist. Des
Weiteren wird die Windung 14b-1, die als eine erste Windung
in der zweiten Lage in den Schlitz 21 eingesetzt wird,
so gewickelt, dass sie eng an der Windung 14a der ersten
Lage und an der Schrägfläche 22b anliegt.
Die Windung 14b-2, die als eine zweite Windung in der zweiten Lage
in den Schlitz 21 eingesetzt wird, wird so gewickelt, dass
sie eng an den Windungen 14a, 14b-1 und an der
Schrägfläche 22a anliegt.
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Die
Windung 14c-1 wiederum, die als eine erste Windung in der
dritten Lage in den Schlitz 21 eingesetzt wird, wird so
gewickelt, dass sie eng an der Windung 14b-1 und an der
Innenwand 21b des Schlitzes 21 anliegt. Die Windung 14c-2,
die als eine zweite Windung in der dritten Lage in den Schlitz 21 eingesetzt
wird, wird so gewickelt, dass sie eng an den Windungen 14b-1, 14b-2, 14c-1 anliegt
und auf der Mittelachse Lc des Schlitzes 21 positioniert
ist. Die Windung 14c-3, die als eine dritte Windung in
der dritten Lage in den Schlitz 21 eingesetzt wird, wird
so gewickelt, dass sie eng an den Windungen 14b-2, 14c-2 und
an der Innenwand 21a des Schlitzes 21 anliegt.
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Somit
positioniert der Windungsausrichtungsabschnitt 22 die Windung 14a der
ersten Lage in der Mitte des Schlitzes 21, so dass die
Windungen 14b-1, 14b-2, 14c-1, 14c-2, 14c-3 in
gleichmäßiger Ausrichtung
in dem Schlitz 21 gewickelt werden.
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Wie
vorausgehend beschrieben wurde, ist es durch die Verwendung des
Isolators 20 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
möglich,
die Windungen 14 gleichmäßig auf eine ausgerichtete
Weise zu wickeln, wodurch ein Einzwängen und dergleichen der Windungen 14 vermieden
wird. Hierdurch wird eine fehlerhafte Isolierung der Windungen 14 vermieden.
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Gemäß der Darstellung
in 5 ist der Isolator 20 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform so
ausgebildet, dass ein Zentrumswinkel * des Schlitzes 21 (bei
der vorliegenden Ausführungsform
30°) kleiner
als ein Winkel * (im Nachfolgenden als Zentrumswinkel * bezeichnet;
bei der vorliegenden Ausführungsform
60°) ist,
unter dem sich die zwei Schrägflächen 22a, 22b in
dem Windungsausrichtungsabschnitt 22 treffen. Infolge der
Ausbildung des Isolators 20 gemäß der vorstehenden Beschreibung wird
die Anzahl der Schlitze 21 nicht durch den Zentrumswinkel
* des Windungsausrichtungsabschnitts 22 eingeschränkt. Mit
anderen Worten, wenn der Zentrumswinkel * des Schlitzes 21 mit
der gleichen Größe wie der
Zentrumswinkel * des Windungsausrichtungsabschnitts 22 ausgebildet
ist, wird die Anzahl der Schlitze (d. h. die Anzahl der wegragenden Pole
des Ankerkerns) übermäßig stark
eingeschränkt.
Falls die rotierende elektrische Maschine beispielsweise gemäß der Darstellung
in 3 mit zwölf
Schlitzen versehen ist und der Zentrumswinkel des Schlitzes 21 mit
60° gleich
groß wie
der Zentrumswinkel des Windungsausrichtungsabschnitts 22 eingestellt
ist, werden nur sechs Schlitze gebildet, wie durch die zusätzlichen
Linien L gezeigt ist.
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Bei
dem in 5 gezeigten Isolator 20 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist der Zentrumswinkel * des Schlitzes 21 jedoch kleiner
als der Zentrumswinkel * des Windungsausrichtungsabschnitts 22 ausgebildet,
so dass die Anzahl der Schlitze nicht übermäßig eingeschränkt ist.
Somit kann der Isolator 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
auch dann eine ausreichende Anzahl von Schlitzen sicher stellen,
wenn er einen Aufbau besitzt, mit dem eine unzureichende Isolierung
in den Windungen 14 verhindert werden soll.
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Wie
vorausgehend beschrieben wurde, ist der Zentrumswinkel * der Schlitze 21 des
Isolators 20 in Fällen,
in denen die Anzahl der Schlitze 21 in dem Isolator 20 größer als
sechs ist, kleiner als der Zentrumswinkel * des Windungsausrichtungsabschnitts 22 ausgebildet.
In Fällen,
in denen die Anzahl der Schlitze 21 des Isolators 20 kleiner
als oder gleich groß wie
sechs ist, ist der Zentrumswinkel * der Schlitze 21 größer als
der Zentrumswinkel * des Windungsausrichtungsabschnitts 22 ausgebildet.
Infolge der vorstehend beschriebenen Ausbildung des Isolators 20 wird
eine Einschränkung
der Anzahl der Schlitze 21 durch den Zentrumswinkel * des
Windungsausrichtungsabschnitts 22 verhindert. Dadurch ist
es möglich,
eine ausreichende Anzahl der Schlitze 21 auch dann sicher
zu stellen, wenn der Isolator 20 einen Aufbau besitzt,
mit dem eine unzureichende Isolierung in den Windungen 14 verhindert
werden soll.
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Als
Nächstes
wird eine rotierende elektrische Maschine beschrieben, die den vorstehend
beschriebenen Isolator enthält.
Das Bezugszeichen 30 in 6 bezeichnet
eine rotierende elektrische Gleichstrommaschine, die beispielsweise
für ein
Gebläse
in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.
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Der
Aufbau der rotierenden elektrischen Maschine 30 umfasst
den vorstehend beschriebenen Anker 10, eine Bürste 31 in
Gleitkontakt mit dem Anker 10, und eine Bürstenträgervorrichtung 32,
welche die Bürste 31 trägt und der
Bürste 31 elektrische
Energie von einer externen Stromquelle zuführt. Der Anker 10 ist
von einem Jochgehäuse 33 umfasst.
Ein Magnet 34 ist auf einer Innenumfangsseite des Jochgehäuses 33 angeordnet.
Die rotierende elektrische Maschine 30 ist mit dem Anker 10 versehen,
der den Isolator 20 gemäß der vorstehenden
Beschreibung aufweist, und kann daher eine unzureichende Isolierung
in den Windungen 14 verhindern. Die Widerstandsfähigkeit
der rotierenden elektrischen Maschine 30 ist im Vergleich
mit herkömmlichen
rotierenden elektrischen Maschinen verbessert. Ferner ist es durch
die Verhinderung einer unzureichenden Isolierung in den Windungen 14 möglich, einen
Nachteil wie etwa einen plötzlichen
Stillstand des Ankers 10 während eines drehenden Betriebs
zu verhindern.
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Wie
vorausgehend beschrieben wurde, weist die vorliegende Erfindung
die nachfolgenden Vorteile auf.
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Gemäß der Darstellung
in 5 ist der Isolator 20 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform so
ausgebildet, dass er die Windung 14a der ersten Lage annähernd bei
der Mitte zwischen den wegragenden Polen 12a zwischen den
Windungen 14a zu positionieren vermag, welche auf die wegragenden Pole 12a gewickelt
sind. Dadurch ist es möglich,
die Windungen 14b-1, 14b-2, 14c-1, 14c-2, 14c-3 der zweiten
Lage und weiterer Lagen in einem gleichmäßig ausgerichteten Zustand
zu wickeln. Entsprechend ist es möglich, ein Einzwängen der
Windungen 14 und somit eine unzureichende Isolierung der
Windungen 14 zu verhindern.
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Der
Isolator 20 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist so ausgebildet, dass er einen annähernd V-förmigen Windungsausrichtungsabschnitt 22 aufweist,
der von der Aussenseite zur Innenseite in radialer Richtung in der
Radialrichtung des Ankerkerns 12 annähernd bei der Mitte zwischen
den wegragenden Polen 12a schmäler wird. Dadurch ist es möglich, die
Windung 14a der ersten Lage annähernd bei der Mitte zwischen
den wegragenden Polen 12a sicher zu positionieren, indem
die Windung 14a der ersten Lage einfach in den Windungsausrichtungsabschnitt 22 eingelegt
wird.
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Ferner
ist der Windungsausrichtungsabschnitt 22 so ausgebildet,
dass die zwei Schrägflächen 22a, 22b sich
unter einem Winkel von annähernd
60° treffen.
Dadurch ist es möglich,
die Windungen 14b-1, 14b-2, 14c-1, 14c-2, 14c-3 der
zweiten Lage und weiterer Lagen symmetrisch in Bezug auf die Mittelachse
des Windungsausrichtungsabschnitts 22 als die Symmetrieachse
auszurichten.
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Gemäß der Darstellung
in 5 ist bei dem Isolator 20 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Zentrumswinkel * (bei der vorliegenden Ausführungsform 30°) des Schlitzes 21 kleiner
als der Zentrumswinkel * (bei der vorliegenden Ausführungsform
60°) des
Windungsausrichtungsabschnitts ausgebildet. Aufgrund der vorstehend
beschriebenen Ausbildung des Isolators 20 ist die Anzahl
der Schlitze 21 nicht durch den Zentrumswinkel * des Windungsausrichtungsabschnitts 22 eingeschränkt. Somit
kann der Isolator 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
eine ausreichende Anzahl der Schlitze auch dann sicher stellen,
wenn er einen Aufbau besitzt, der eine unzureichende Isolierung
der Windungen 14 zu verhindern vermag.
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Indem
eine unzureichende Isolierung in den Windungen 14 verhindert
wird, ist es darüber
hinaus möglich,
einen Nachteil wie etwa einen plötzlichen Stillstand
des Ankers 10 während
des drehenden Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 30 zu verhindern.
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Die
vorliegende Ausführungsform
kann wie folgt modifiziert werden.
- (a) Gemäß der Darstellung
in 5 wird beschrieben, dass der Windungsausrichtungsabschnitt 22 des
Isolators 20 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
die Windungen 14 auf mindestens zwei Lagen auf der am meisten
innen liegenden Seite in der Radialrichtung des Ankerkerns auszurichten
vermag. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau
beschränkt.
Beispielsweise kann als ein Isolator 120 gemäß einer
ersten modifizierten Ausführungsform,
die in 7 gezeigt ist, ein Windungsausrichtungsabschnitt 122 ausgebildet
werden, der Windungen 144 einer Mehrzahl von Lagen auf
einer am meisten innen liegenden Seite in der Radialrichtung eines
Ankerkerns 112 auszurichten vermag.
- (b) Wie ferner in 5 gezeigt ist, ist der Windungsausrichtungsabschnitt 22 des
Isolators 20 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
so beschrieben, dass sich die zwei Schrägflächen 22a, 22b auf
der am weitesten innen liegenden Seite des Isolators 20 treffen
und dadurch eine Ecke bilden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch
nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
Beispielsweise kann als ein Isolator 220 gemäß einer zweiten
modifizierten Ausführungsform,
die in 8 gezeigt ist, der Windungsausrichtungsabschnitt 222 so
ausgebildet werden, dass sich zwei Schrägflächen 222a, 222b in
einem radial inneren Abschnitt des Isolators 220 treffen
und dadurch eine gerundete Verbindung bilden. Hierbei umfasst der
im Anspruch 2 beschriebene Isolator in seinem Schutzbereich der
Erfindung einen Isolator 220 mit einer Form des Windungsausrichtungsabschnitts 222 gemäß der zweiten
Ausführungsform.
- (c) Gemäß der Darstellung
in 6 wiederum sind bei der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform
die rotierende elektrische Gleichstrommaschine 30 vom Typ
mit Bürste
und der in der rotierenden elektrischen Maschine 30 enthaltene Anker 10 beschrieben.
Die rotierende elektrische Maschine und der Anker gemäß der vorliegenden Erfindung
sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Beispielsweise kann es
sich bei dem rotierenden elektrischen Maschine und dem Anker gemäß der vorliegenden
Erfindung um einen bürstenlosen Motor
bzw. einen für
den bürstenlosen
Motor verwendeten Anker handeln, und es kann sich um eine rotierende
elektrische Wechselstrommaschine handeln, die Windungen und eine
für die
rotierende elektrische Wechselstrommaschine verwendete Windung aufweist.
- (d) Wie ferner in 3 gezeigt ist, beträgt die Anzahl
der wegragenden Polen 12a im Ankerkern 12 bei
der vorstehenden Ausführungsform
zwölf.
Der Anker und die rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden
Erfindung sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Es ist natürlich möglich, dass
die Anzahl der wegragenden Pole nach Belieben, z. B. auf sechs oder
neun, festgelegt wird.
- (e) Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die in 4 gezeigt
ist, treffen sich die zwei Schrägflächen 22a, 22b,
welche den Windungsausrichtungsabschnitt 22 bilden, unter
einem Winkel von 60°.
Der Winkel, unter dem sich die zwei Schrägflächen 22a, 22b treffen,
beträgt bevorzugt
60°, jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Als
ein Isolator 420 gemäß einer
dritten modifizierten Ausführungsform,
die in 9 gezeigt ist, können sich beispielsweise zwei
Schrägflächen 422a, 422b,
welche den Windungsausrichtungsabschnitt 422 bilden, unter
einem Winkel von 75° treffen.
Falls sich die zwei Schrägflächen 422a, 422b,
welche den Windungsausrichtungsabschnitt 422 bilden, unter
einem Winkel von 75° treffen,
bilden eine zweite Windung 414b-2 in der zweiten Lage und
eine Innenwand 421a des Schlitzes 421 einen dazwischen
liegenden Freiraum C1. Der Freiraum C1 ist jedoch schmäler als der
Durchmesser einer dritten Windung 414c-3 in der dritten
Lage, sofern sie verformt ist, so dass die Windung 414c-3 nicht
in den Freiraum C1 eintritt. Selbst in dem Fall, dass sich die zwei
Schrägflächen 422a, 422b,
welche den Windungsausrichtungsabschnitt 422 bilden, unter
einem Winkel von mehr als 60° treffen,
ist die Windung 414c-3 an einem Eintritt in den zwischen
den Windungen 414b-2 und der Innenwand 421a des
Schlitzes 421 ausgebildeten Freiraum C1 gehindert, wenn ein
Winkel von mehr als 60° einem
Maß entspricht,
das kleiner als ein Durchmesser der Windung 414c-3 ist,
sofern diese verformt ist (z. B. die Hälfte des Durchmessers der Windung
in einem ursprünglichen
Zustand). Wenn sich die zwei Schrägflächen 422a, 422b,
welche den Windungsausrichtungsabschnitt 422 bilden, unter
einem Winkel von kleiner als oder gleich groß wie 75° (60° + einen Winkel von kleiner
als oder gleich groß wie
15°) treffen,
leiden die Windungen 14 daher nicht unter einer unzureichenden
Isolierung oder dergleichen.
- (f) Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die in 4 gezeigt
ist, treffen sich die zwei Schrägflächen 22a, 22b,
welche den Windungsausrichtungsabschnitt 22 bilden, unter
einem Winkel von 60°.
Als ein Isolator 520 gemäß einer vierten modifizierten
Ausführungsform,
die in 10 gezeigt ist, können sich
jedoch zwei Schrägflächen 522a, 522b unter
einem Winkel von 45° treffen.
Hierbei unterliegt die Windung 514 beim Wickeln in dem
Schlitz 521 einer Zugbeanspruchung. Wenn die Windung 514 einer
Zugbeanspruchung unterliegt, kann die Windung 514 verformt
werden. Bei dem in 10 gezeigten Beispiel unterliegt
die Windung 514 einer Zugbeanspruchung und wird daher in
einem verformten Zustand in dem Schlitz 521 gewickelt.
D. h., bei der vierten modifizierten Ausführungsform wird der verformte
Zustand der Windung 514 berücksichtigt. Unter Berücksichtigung
eines Grades der Verformung ist ein Winkel von 75% des am meisten
bevorzugten Winkels (60°)
das Minimum. Somit wird der Winkel bei diesem Beispiel auf 45° eingestellt,
was 75% des am meisten bevorzugten Winkels von 60° in Anbetracht
des verformten Zustandes der Windung 514 beträgt. Selbst
wenn sich die zwei Schrägflächen 522a, 522b,
welche den Windungsausrichtungsabschnitt 522 bilden, unter
einem Winkel von 45° treffen,
ist es daher möglich,
die Windungen 514 so zu wickeln, dass sie gleichmäßig ausgerichtet
sind.
-
Wie
vorausgehend beschrieben wurde, kann der Windungsausrichtungsabschnitt
gemäß der vorliegenden
Erfindung so ausgebildet werden, dass sich die zwei Schrägflächen, welche
den Windungsausrichtungsabschnitt bilden, unabhängig von der Anzahl der Schlitze
unter einem Winkel von annähernd
zwischen 45° und
75° (bevorzugt
60°) treffen.
-
Im
Nachfolgenden werden technische Ideen, die aus den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
hervorgehen und nicht Teil des beanspruchten Gegenstandes darstellen,
zusammen mit ihren Effekten beschrieben.
-
D.
h., der Isolator ist in dem Anker mit einer Mehrzahl von radial
ausgebildeten, wegragenden Polen angeordnet. Der Isolator ist dadurch
gekennzeichnet, dass er so ausgebildet ist, dass er die Windungen
zumindest in der zweiten Lage und in weiteren Lagen auf der am meisten
innen liegenden Seite in der Radialrichtung des Ankerkerns zwischen
den Windungen, die auf die wegragenden Pole gewickelt sind, bezogen
auf die Mittelachse des Schlitzes als die Symmetrieachse symmetrisch
auszurichten vermag.
-
Indem
der Isolator so ausgebildet wird, dass er die Windungen zumindest
in der zweiten Lage und in weiteren Lagen auf der am meisten innen
liegenden Seite des Ankerkerns zwischen den Windungen, die auf die
wegragenden Pole gewickelt sind, bezogen auf die Mittelachse des
Schlitzes als die Symmetrieachse symmetrisch auszurichten vermag,
ist es möglich,
die Windungen in der zweiten Lage und in weiteren Lagen in einem
gleichmäßig ausgerichteten Zustand
auszurichten. Hierdurch ist es möglich,
ein Einzwängen
der Windungen und somit eine unzureichende Isolierung zu verhindern.