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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine rotierende elektrische Maschine, wie etwa Motoren und Generatoren, gemäß dem Obergebriff von Anspruch 1.
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Technischer Hintergrund
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Die
JP 2001-25187 A offenbart ein herkömmliches Beispiel eines Stators zur Verwendung in einer rotierenden elektrischen Maschine, wie etwa einem Motor und einem Generator. Dieser Stator umfasst einen Statorkern mit einer Kreisringform, mit Wicklungen umwickelte Magnetzähne, eine Mittelpunkt-Busstange und Sammel-Verteiler-Busstangen. Insbesondere hat der Statorkern eine geschichtete oder gestapelte Struktur, die aus einer Mehrzahl von Magnetstahlblechen besteht. Die Magnetzähne sind um den Statorkern in der Umfangsrichtung mit vorbestimmten Abständen dazwischen angeordnet und stehen jeweils in der radialen Richtung einwärts vor, worin die Magnetzähne jeweils über Isolierelemente mit Wicklungen umwickelt sind. Die Mittelpunkt-Busstange ist ein Leiterelement, das eine ringblechartige Form hat, die alle Innenumfangsenden der Wicklungen miteinander verbindet. Die Sammel-Verteiler-Busstangen entsprechen drei Leiterelementen, die jeweils eine ringblechartige Form haben, von denen jede zusammen mit den Außenumfangsenden aller drei Wicklungen verbunden ist, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
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7 zeigt ein Beispiel des äußeren Erscheinungsbildes einer einzelnen Sammel-Verteiler-Busstange. D. h. die Sammel-Verteiler-Busstange umfasst ein Ringblech 30a, einen externen Anschluss 30b und Wicklungsanschlüsse 30c. Der externe Anschluss 30b steht in der radialen Richtung von dem Ringblech 30a nach außen vor und ist mit einer externen Vorrichtung verbunden, wie etwa einer Stromquelle (nicht gezeigt). Die Wicklungsanschlüsse 30c stehen von dem Ringblech 30a in der radialen Richtung einwärts vor, wobei jeder Wicklungsanschluss 30c mit einem Außenende einer Wicklung verbunden ist, die um drei Magnetzähne herumgewickelt ist, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. In der Sammel-Verteiler-Busstange 30 ist die Gesamtfläche des Ringblechs 30a mit Isolierlack beschichtet, wie in 7 mit den gestrichelten Linien P gezeigt. Im Gegensatz hierzu sind der externer Anschluss 30b und die Wicklungsanschlüsse 30c nicht mit Isolierlack beschichtet, sodass von den beschichteten Oberflächen des Ringblechs 30a freiliegen.
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8 zeigt ein Beispiel eines Stators 37 einer rotierenden elektrischen Maschine, worin die vorbestimmte Anzahl von Statorkernen 31 in der Umfangsrichtung entlang dem Ringblech 30a der Sammel-Verteiler-Busstange 30 angeordnet sind. Jeder Statorkern 31 hat ein Isolierelement 33 mit einem verlängerten Abschnitt 33a, der sich in der radialen Richtung auswärts erstreckt. Zusätzlich ist eine Wicklung 32 mit zwei Enden 32a und 32b um Magnetzähne 31a über das Isolierelement 33 gewickelt. Jeder Statorkern 31 weist auch ein Anschlusselement 34 mit zwei Verbindungsabschnitten 34a und 34b auf. Hierin ist das erste Ende 32a der Wicklung an dem verlängerten Abschnitt 33a des Isolierelements 33 über den ersten Verbindungsabschnitt 34a des Anschlusselements 34 befestigt. Das zweite Ende 34b des Anschlusselements 34 fixiert die Position des Wicklungsanschlusses 30c, der von dem Ringblech 30a der Sammel-Verteiler-Busstange 30 in der radialen Richtung einwärts vorsteht (siehe gestrichelte Linien in 8). Wenn die rotierende elektrische Maschine als Motor ausgebildet ist, wird elektrischer Strom einer Stromquelle (nicht gezeigt) über den externen Anschluss 30b zu der Sammel-Verteiler-Busstange 30 übertragen. Zusätzlich wird elektrischer Strom auf die Wicklungen 32 über die Anschlusselemente 34 verteilt, die auf den Verlängerungsabschnitten 33a der Isolierelemente 33 befestigt sind.
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Eine Mittelpunkt-Busstange 35 mit einer ringblechartigen Form ist innerhalb des Ringblechs 30a der Kollektionsverteilungs Busstange 30 angeordnet. Die Mittelpunkt-Busstange 35 hat eine vorbestimmte Anzahl von Mittelpunkt-Verbindungsanschlüssen 35a, die von der Mittelpunkt-Busstange 35 in der radialen Richtung nach außen vorstehen und mit vorbestimmten Teilungen dazwischen sequenziell angeordnet sind, die den Anordnungsabständen der Magnetzähne 31a der Statorkerne 31 äquivalent sind. Alle Innenenden der Wicklungen 32 sind durch die Mittelpunkt-Verbindungsanschlüsse 35 miteinander verbunden. 9 ist eine vergrößerte Ansicht des ausgewählten Teils von 8, der durch einen gestrichelten Kreis umgrenzt ist. Jedes Isolierelement 33 für die Magnetzähne 31 hat einen zweiten Verlängerungsabschnitt 33b, der sich in der radialen Richtung einwärts erstreckt. Ein Anschlusselement 36 mit zwei Verbindungsabschnitten 36a und 36b ist an dem zweiten Verlängerungsabschnitt 33b des Isolierelements 33 angebracht. Hierin ist das zweite Ende 32b der Wicklung 32 an dem zweiten Verlängerungsabschnitt 33b des Isolierelements 33 über den ersten Verbindungsabschnitt 36a des Anschlusselements 36 befestigt. Zusätzlich fixiert der zweite Verbindungsabschnitt 36b des Anschlusselements 36 die Position des Mittelpunkt-Verbindungsanschlusses 35a, der von dem Außenumfang der Mittelpunkt-Busstange 35 in der radialen Richtung nach außen vorsteht. Somit verbindet die Mittelpunkt-Busstange 35 alle Innenenden 32b der Wicklungen 32 miteinander. D. h. die Mittelpunkt-Busstange 35 bildet einen Gesamtmittelpunkt für alle Wicklungen 32.
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Jedoch hat der vorgenannte Stator 37 die folgenden Probleme.
- (1) Aufgrund der vorgeschriebenen Positionsbeziehungen, die zwischen dem externen Anschluss 30b und den Wicklungsanschlüssen 30c gelten, können die drei Sammel-Verteiler-Busstangen 30 keine Teile davon unter sich aufteilen. D. h. es sollten in Bezug auf unterschiedliche Busstangen jeweils unterschiedliche Sätze von Teilen erforderlich sein. Die drei externen Anschlüsse 30b der drei Sammel-Verteiler-Busstangen 30 sollten bevorzugt einander benachbart angeordnet sein zu dem Zweck, Verbindungen und Verdrahtungen mit der externen Vorrichtung herzustellen. Zusätzlich ist es schwierig, gemeinsame Wicklungsanschlüsse unter den drei Sammel-Verteiler-Busstangen 30 zu verwenden, weil die Wicklungsanschlüsse 30c mit vorbeschriebenen Abständen dazwischen angeordnet sind, die drei Mal größer sind als die Abstände der Anordnungen der Magnetzähne 31.
- (2) Die Mittelpunkt-Busstange 35 unterscheidet sich in der Struktur von der Sammel-Verteiler-Busstange 30. Daher ist es unmöglich, die gemeinsame Struktur zwischen der Mittelpunkt-Busstange 35 und der Sammel-Verteiler-Busstange 30 vorzusehen. Dies erhöht unvermeidlich die Anzahl der Teile, was einen großen Arbeitsaufwand beim Zusamnmenbau erfordert. Insbesondere gleichen die drei Sammel-Verteiler-Busstangen 30 einander in der Form. Wenn sie daher in einem Ort koexistieren, ist es für den Arbeiter schwierig, zwischen diesen zu unterscheiden. Dies reduziert die Bearbeitbarkeit beim Zusammenbau.
- (3) Die drei Sammel-Verteiler-Busstangen 30 sollten in Bezug auf die Wicklungen 32, die nicht miteinander verbunden sind, elektrisch voneinander isoliert sein. Der konventionelle Stator 37 wird derart zusammengebaut, dass die Sammel-Verteiler-Busstangen 30 unabhängig zusammengebaut werden, worin die Isolierprozesse in Bezug auf alle Sammel-Verteiler-Busstangen 30 unabhängig zuverlässig ausgeführt werden sollten. D. h. der konventionelle Stator 37, der an verschiedenen Komponenten unabhängige Isolierprozesse erfordert, erfordert zahlreiche Schritte bei der Herstellung jeder einzelnen Komponente. Um die Isoliereigenschaften in stabiler Weise in Bezug auf jede Komponente sicherzustellen, könnte es erforderlich sein, gleichmäßige Isolierschichten durch komplizierte Herstellungsschritte auszubilden, wie etwa Mehrfachbeschichtung. Dies erhöht die Gesamtkosten des Produkts bei der Herstellung.
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Aus der
DE 199 20 127 A1 ist ein Stator für eine rotierende elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Dort sind die beiden Enden einer jeweiligen Wicklung mit jeweiligen axialen Anschlussfortsätzen von koaxial ineinander gesetzten Verbindungsleiterringen verbunden, sodass die jeweiligen einen Enden der Wicklungen über den einen Verbindungsleiterring miteinander verbunden sind, während die jeweiligen anderen Enden der Wicklungen über den anderen Verbindungsleiterring miteinander verbunden sind.
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Die
JP 2000333400 AA zeigt einen spritzgegossenen Sammel-Verteiler-Ring für einen Elektromotor zum Verschalten der Wicklung und zum Abschluss an eine externe Stromquelle. Dabei sind vier Leiterelemente voneinander beabstandet miteinander eingegossen, die jeweils über eine Mehrzahl von Anschlüssen zum Kontaktieren der Wicklung und der externen Stromquelle aufweisen. Die Anschlüsse sind nicht vom Isolierharz umschlossen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stator für eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, der sich kostengünstiger herstellen lässt.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Stator für eine rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 und 3 angegeben.
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Dadurch; dass das zweite Wicklungsende jeder Wicklung mit dem zweiten Wicklungsende jeder benachbarten Wicklung elektrisch verbunden ist, wird das ringförmige Leiterelement, das sonst zur Bildung des Sternpunkts notwendig wäre, eingespart.
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Ein Sammel-Verteiler-Ring dieser Erfindung umfasst drei Busstangen, die jeweils eine Kreisringform haben, die mit vorbestimmten Abständen dazwischen durch Isolierharz integral miteinander verbunden sind. Hierin stehen Wicklungsverbindungsanschlüsse von den Busstangen in einer radialen Richtung einwärts von, worin sie in Bezug auf die drei Busstangen abwechselnd angeordnet sind und von dem Isolierharz freiliegen. Zusätzlich stehen Außenanschlüsse von den Busstangen in der radialen Richtung auswärts vor, worin sie an der vorbestimmten Position einander benachbart angeordnet sind und von dem Isolierharz freiliegen.
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Ein Stator zur Verwendung in einer rotierenden elektrischen Maschine umfasst die vorgeschriebene Anzahl von Statoreinheiten, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind und mit dem vorgenannten Sammel-Verteiler-Ring zusammengebaut sind. Jede Statoreinheit umfasst eine Kerneinheit aus gestapelten magnetischen Metallblechen und realisiert Magnetzähne, ein Isolierelement und eine Wicklung. Die Wicklung ist über das Isolierelement um die Kerneinheit herumgewickelt. Zusätzlich weist jede Statoreinheit ein äußeres Anschlusselement auf, das ein erstes Ende der um die Magnetzähne herumgewickelten Wicklung und den von der Busstange einwärts vorstehenden Wicklungsverbindungsanschluss elektrisch verbindet. Ferner weist jede Statoreinheit ein Innenanschlusselement auf, das ein zweites Ende der um die Magnetzähne herumgewickelten Wicklung und ein zweites Ende der um die anderen benachbarten Magnetzähne herumgewickelten benachbarten Wicklung elektrisch verbindet.
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Daher sind die zweiten Enden der um die Magnetzähne herumgewickelten Wicklungen, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, miteinander verbunden, wodurch sie Funktionen als Mittelpunkt-Busstangen realisieren. D. h. der Sammel-Verteiler-Ring kommt ohne die Mittelpunkt-Busschiene aus, indem lediglich die zweiten Enden der Wicklungen durch die inneren Anschlusselemente miteinander verbunden sind.
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Kurz gesagt, verbessert der Sammel-Verteiler-Ring dieser Erfindung die Isolierleistung zwischen den Busstangen, die durch Isolierharz zuverlässig voneinander isoliert sind und die integral miteinander kombiniert sind, was zu einer Produktionsverbesserung beiträgt. Zusätzlich kommt er ohne die Mittelpunkt-Busstange aus, die herkömmlich erforderlich ist, um das Gesamtgewicht davon zu reduzieren.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Vorderansicht, die einen Sammel-Verteiler-Ring zeigt, der drei Busstangen und ein Harz (nicht gezeigt) gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung zeigt;
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2 ist eine vertikale Schnittansicht, die ausgewählte Teile des Sammel-Verteiler-Rings zeigt, deren Busstangen in einer Schiene gehalten sind;
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3 ist eine Vorderansicht, die einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine zeigt, der mit dem in 1 gezeigten Sammel-Verteiler-Ring ausgestattet ist;
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4 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen ausgewählten Bereich ”A” des in 3 gezeigten Stators vergrößert;
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5 ist eine Vorderansicht, die eine einzige Statoreinheit mit Anschlusselementen und einer Wicklung zeigt, die um einen Statorkern gestapelter Magnetstahlbleche herumgewickelt ist;
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6 ist eine Vorderansicht, die ausgewählte Teile eines Stators einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt;
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7 ist eine Vorderansicht, die ein herkömmliches Beispiel einer Sammel-Verteiler-Busstange zur Verwendung in einem Stator einer rotierenden elektrischen Maschine zeigt;
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8 ist eine Vorderansicht, die ein herkömmliches Beispiel eines Stators einer rotierenden elektrischen Maschine zeigt, die mit einer einzelnen in 7 gezeigten Sammel-Verteiler-Busstange ausgestattet ist; und
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9 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen gewählten Bereich B des in 8 gezeigten Stators vergrößert.
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Beste Art zur Ausführung der Erfindung
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Diese Erfindung wird im weiteren Detail anhand von Beispielen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Nun wird ein Stator mit Sammel-Verteiler-Ringen anhand einer ersten Ausführung der Erfindung beschrieben. 1 zeigt einen Sammel-Verteiler-Ring 1 zur Verwendung in einer dreiphasigen rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführung. Der Sammel-Verteiler-Ring 1 umfasst drei Busstangen (oder Leiterelemente) 2, 3 und 4 sowie ein Isolierharz 5, worin jede Busstange hergestellt wird, indem ein leitendes Blechmaterial, des eine bandartige Form hat, in angenähert eine zylinderartige Form im Rollprozess (oder Rundbiegeprozess) gekrümmt oder gebogen wird. Das Isolierharz 5, das aus isolierendem Harzmaterial hergestellt ist, ist ausgebildet, um die drei Busstangen 2, 3 und 4 zu umhüllen und integral aneinander zu fixieren.
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Wenn die rotierende elektrische Maschine als Motor ausgestaltet ist, dient der Sammel-Verteiler-Ring 1 zur Verteilung des elektrischen Stroms, der von einer externen Stromquelle (nicht gezeigt) zugeführt wird. Wenn die rotierende elektrische Maschine als Generator ausgestaltet ist, dient der Sammel-Verteiler-Ring 1 zum Sammeln des elektrischen Stroms, der einer externen Vorrichtung (nicht gezeigt) zugeführt wird.
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Die Busstangen 2, 3 und 4 umfassen Zylinderabschnitte 2a, 3a und 4a, die jeweils eine unvollständige zylinderartige Form haben, von denen ein Teil in der Umfangsrichtung ausgeschnitten ist, sowie eine vorgeschriebene Anzahl von Wicklungsanschlüssen 2b, 3b und 4b und externen Anschlüssen 2c, 3c und 4c. Die Wicklungsanschlüsse 2b, 3b und 4b sind in der Umfangsrichtung mit vorgeschriebenen Abständen dazwischen sequenziell angeordnet, worin jeder von diesen in der radialen Richtung einwärts vorsteht. Die externen Anschlüsse 2c, 3c und 4c stehen in der radialen Richtung von vorgeschriebenen Positionen der Busstangen 2, 3 und 4 jeweils nach außen vor, worin sie so angeordnet sind, dass sie in der Umfangsrichtung aneinander grenzen. Die drei Busstangen 2, 3 und 4 bilden jeweils die drei zylindrischen Abschnitte 2a, 3a und 4a mit unterschiedlichen radialen Dimensionen. Wenn die drei Busstangen 2, 3 und 4 in Übereinstimmung mit dem gleichen Mittelbereich zusammengebaut werden, werden sie mit vorgeschriebenen Abständen dazwischen konzentrisch angeordnet.
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Der Abstand zwischen den benachbarten Wicklungsanschlüssen 2b, 3b und 4b ist drei Mal größer als der Abstand zwischen benachbarten Magnetzähnen 7 des Stators 6, was später beschrieben wird. Die Wicklungsanschlüsse 2b, 3b und 4b haben unterschiedliche Längen, wodurch sie sich in der gleichen Tiefe in dem hohlen Bereich erstrecken, der in den drei Busstangen 2, 3 und 4 ausgebildet, die konzentrisch angeordnet sind. D. h. die Wicklungsanschlüsse 2b, 3b und 4b sind in der Länge sequenziell derart verkürzt, dass der Wicklungsanschluss 2b, der von der Busstange 2 mit dem größten Radius einwärts vorsteht, die längste Länge hat, wohingegen die anderen Wicklungsanschlüsse 3b und 4b, die von den anderen Busstangen 3 und 4 mit den kleineren Radien einwärts vorstehen, aufeinanderfolgend reduzierte Längen haben.
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Die externen Anschlüsse 2c, 3c und 4c sind an vorgeschriebenen Positionen der Zylinderabschnitte 2a, 3a und 4a ausgebildet, an denen, wenn die drei Busstangen 2, 3 und 4 mit vorgeschriebenen Abstandsintervallen dazwischen aneinandergrenzend angeordnet sind, Anordnungs-Teilungen der Wicklungsanschlüsse 2b, 3b und 4b identisch mit den Teilungen der Anordnungen der Magnetzähne 7 werden, die in der radialen Richtung des Stators 6 einwärts vorstehen.
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Die vorgeschriebenen Muster, welche die Busstangen 2, 3 und 4 realisieren, werden aus einem einzigen dünnen Metallblech ausgestanzt und werden dann durch Rollprozesse in zylinderartige Formen gebracht. Durch Anwenden von Biegeprozessen werden anschließend die Wicklungsanschlüsse 2b, 3b und 4b in der radialen Richtung einwärts gebogen, während die externen Anschlüsse 2c, 3c und 4c in der radialen Richtung auswärts gebogen werden.
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Wie in 1 gezeigt, sind diese Busstangen 2, 3 und 4 so angeordnet, dass sie konzentrisch mit vorgeschriebenen Abstandsintervallen dazwischen aneinander grenzen, worin sie vor dem Zusammenbau mit einem Stator (siehe gestrichelte Kreise) durch ein Harz 5 integral miteinander verbunden werden, um hierdurch eine integrale Leitereinheit zu bilden.
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Die drei Busstangen 2, 3 und 4 werden durch das Harz 5 gemäß den folgenden Schritten aneinander fixiert:
Zuerst werden diese Busstangen 2, 3 und 4 in drei Kanäle 8a, 8b und 8c innerhalb einer Isolierschiene 8 eingesetzt, die eine Kreisringform hat, wie in 2 gezeigt.
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Hierbei werden die Wicklungsanschlüsse 2b, 3b und 4b, die in der radialen Richtung in Bezug auf die Busstangen 2, 3 und 4 in der radialen Richtung einwärts vorstehen, mit unterschiedlichen Abständen entsprechend vorbestimmten Winkeln angeordnet, um Anordnungs-Teilungen der Magnetzähne 7 zu realisieren. So werden die Wicklungsanschlüsse 2b, 3b und 4b abwechselnd mit vorgeschriebenen Teilungen dazwischen angeordnet, die den Anordnungsteilungen der Magnetzähne 7 entsprechen, sodass sie in der radialen Richtung in Bezug auf die jeweiligen Busstangen 2, 3 und 4 einwärts vorstehen. Zusätzlich werden die externen Anschlüsse 2c, 3c und 4c so angeordnet, dass sie mit vorgeschriebenen Abständen dazwischen in Bezug auf die jeweiligen Busstangen 2, 3 und 4 aneinander grenzen.
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Die vorgenannte Schiene 8 ist aus Isoliermaterialien hergestellt. Um eine stabile Isolierleistung sicherzustellen, sind ausreichend hohe Seitenwände angeordnet, um die seitlichen Abstände zwischen den Busstangen 2, 3 und 4 sicherzustellen, die klar voneinander abgeteilt sind. Unter der Bedingung, dass die Busstangen 2, 3 und 4 jeweils in den Kanälen 8a, 8b und 8c der Schiene 8 gehalten sind, wird ein Isolierharz, das geschmolzen und in einem Hohlraum einer Metallform (nicht gezeigt) gespeichert ist, in die Schiene 8 eingespritzt und dann gehärtet, um hierdurch das Harz 5 auszubilden, das die drei Busstangen 2, 3 und 4 mit unterschiedlichen Abständen integral aneinander befestigt.
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Somit ist es möglich, eine Einheit des Sammel-Verteiler-Rings 1 zuverlässig herzustellen, worin die drei Busstangen 2, 3 und 4 durch das Harz 5 integral aneinander fixiert sind. In dem Sammel-Verteiler-Ring 1 sind die drei Busstangen 2, 3 und 4 integral aneinander innerhalb des Harzes 5 fixiert, das eine Kreisringform hat, derart, dass durch den Isolierring 8 und das Isolierharz voneinander und elektrisch isoliert sind. In Bezug auf die Busstangen 2, 3 und 4 liegen die Wicklungsanschlüsse 2b, 3b und 4b von der Oberfläche des Harzes 5 frei und stehen in der radialen Richtung einwärts vor, während die externen Anschlüsse 2c, 3c und 4c von der Oberfläche des Harzes 5 freiliegen und in der radialen Richtung auswärts vorstehen.
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Der Sammel-Verteiler-Ring 1 der vorliegenden Ausführung unterscheidet sich stark von der herkömmlichen Busstange 3, die die in 7 gezeigte Ringblechform hat, weil die Busstangen 2, 3 und 4 aus dem Leiterblechmaterial (normalerweise Kupferblech) mit bandblechartiger Form durch einen Rollprozess hergestellt werden können. Daher wird die Ausbeute bei der Herstellung mit dem ”teuren” Material verbessert, um eine merkliche Reduktion der Herstellungskosten zu realisieren.
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Zusätzlich ist es nicht erforderlich, jede Busstange in eine perfekte zylinderartige Form zu bringen. In anderen Worten, die Zylinderabschnitte 2a, 3a und 4a sind nicht erforderlich, um zahlreiche Teilungen zu realisieren, die im Wesentlichen drei Mal größer sind als die Teilungen der Anordnungen der Magnetzähne 7. In diesem Punkt kann die vorliegende Ausführung Materialien zur Verwendung bei der Herstellung merklich einsparen. Wenn die Busstangen 2, 3 und 4 jeweils in einer unvollständigen zylinderartigen Form ausgebildet werden, könnte ihre Stabilität leicht reduziert werden. Um eine derart leichte Weichheit zu kompensieren, ist der Sammel-Verteiler-Ring 1 derart ausgestaltet, dass die Busstangen 2, 3 und 4 durch die Schiene 8 zuverlässig gestützt werden und sie durch Einkapseln in das Harz 5 integral aneinander fixiert sind. Daher verformen sich die Busstangen 2, 3 und 4 nicht.
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Da die drei Busstangen 2, 3 und 4 durch das Harz 5 integral aneinander fixiert sind, kann der Sammel-Verteiler-Ring 1 der vorliegenden Ausführung die Arbeitseigenschaften beim Zusammenbau des Stators 6 verbessern. In dem herkömmlichen Verfahren sind drei Busstangen 30 voneinander getrennt und werden unabhängig mit dem Stator zusammengebaut, worin ein Arbeiter zwischen den drei Typen von Busstangen 30 ähnlicher Formen unterscheiden muss. Im Gegensatz hierzu erlaubt es der Verteilersammelring 1 der vorliegenden Ausführung einem Arbeiter, die drei Busstangen 2, 3 und 4 in dem Stator einfach zu installieren.
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Zusätzlich sichert die vorliegende Ausführung eine elektrische Isolierung in stabiler Weise zwischen den Busstangen 2, 3 und 4 in dem Sammel-Verteiler-Ring 1. Das herkömmliche Verfahren verwendet die drei Busstangen 30, die voneinander getrennt sind und unabhängig Isolierprozessen unterzogen werden, die mühsam und relativ teuer sind. Im Gegensatz hierzu kann die vorliegende Ausführung im Wesentlichen isolierte Bedingungen zwischen den Busstangen 2, 3 und 4 durch die Isolierschiene 8 herstellen, worin diese Busstangen durch das Isolierharz 5 integral aneinander fixiert sind, um hierdurch zuverlässig isolierte Bedingungen dazwischen herzustellen. Somit ist es möglich, die Isolierleitung in stabiler Weise zu garantieren, was eine merkliche Reduktion der Herstellungskosten erbringt.
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Als Nächstes wird eine Beschreibung in Bezug auf einen Stator 6 einer rotierenden elektrischen Maschine angegeben, die mit dem Sammel-Verteiler-Ring 1 gemäß der vorliegenden Ausführung ausgestattet ist.
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3 zeigt die mechanische Gesamtkonstruktion des Stators 6, der mit dem Sammel-Verteiler-Ring 1 ausgestattet ist, wobei die vorbestimmte Anzahl von Statoreinheiten 9 in der Umfangsrichtung einander benachbart angeordnet sind. D. h. der Stator 6 ist grundlegend ähnlich dem vorgehenden Stator 37, weil diese beiden eine ähnliche Kreisringform haben. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Statoreinheit 9, die eine Kerneinheit 10, ein Isolierelement 11 und eine Wicklung 12 aufweist. Die Kerneinheit 10 bildet einen aufgebauten Eisenkern, der gestapelte (oder geschichtete) ”angenähert T-förmige” Magnetstahlbleche aufweist, die Gegenjoche an der Außenumfangsseite und Magnetzähne 15, die an der Innenumfangsseite vorstehen, aufweisen. Durch Anordnen der vorbestimmten Anzahl von Kerneinheiten 10 in der Umfangsrichtung ist es möglich, einen Statorkern 13 mit einer Kreisringform zusammenzubauen.
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Ähnlich ist jede Statoreinheit 9 durch Stapeln (oder Schichten) der vorbestimmten Anzahl von Magnetstahlblechen 14 hergestellt, um die eine Wicklung 12 über ein Isolierelement 11 in der Umfangsrichtungsseite der Kerneinheit 10, welche die Magnetzähne 15 bildet, herumgewickelt. Daher ist die Statoreinheit 9 der vorliegenden Ausführung im Grunde so ähnlich wie die herkömmliche.
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Natürlich unterscheidet sich der Stator 6 der vorliegenden Ausführung klar von dem konventionellen Stator 37 in Bezug auf die folgenden Punkte:
- (a) Der Stator 6 verwendet den Sammel-Verteiler-Ring 1, der die vorgenannten drei Busstangen 2, 3 und 4 durch das Harz 5 integral aneinander fixiert.
- (b) Der Stator 6 verwendet nicht die Mittelpunktbusstange 35, die in dem herkömmlichen Stator 37 verwendet wird.
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In Bezug auf das Isolierelement 11, das am einen Anschlussende der akkumulierten Magnetstahlbleche 14 angeordnet ist, ist ein Paar von Anschlusselementen 16 und 17 vorgesehen, die mit jeweils entgegengesetzten Enden der Wicklung 12 verbunden sind. Insbesondere ist das Anschlusselement 16 in der Außenumfangsseite des Statorkerns 13 angeordnet und ist an dem Isolierelement 11 durch ein Fixierelement 16c fixiert, während das Anschlusselement 37 in der Innenumfangsseite des Statorkerns 13 angeordnet ist und an dem Isolierelement durch ein Fixierelement 17c fixiert ist.
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Das Anschlusselement 16 weist ein Paar gegabelter Verbindungsabschnitte 16a und 16b auf, zwischen denen ein Leiter aufgenommen ist. Ähnlich weist das Anschlusselement 17 ein Paar gegabelter Verbindungsabschnitte 17a und 17b auf, zwischen denen ein Leiter aufgenommen ist. In Bezug auf das ”außere” Anschlusselement 16 ist ein erstes Ende 12a (oder ein Sammel-Verteiler-Anschluss) der um die Magnetzähne 15 herumgewickelten Wicklung an einem Anschlussende der gestapelten Magnetstahlbleche 14, die die Magnetzähne 15 bilden, verlängert und ist durch den Verbindungsabschnitt 16a gehalten. Somit wird es mit dem Anschlusselement 16 durch ein beliebiges Verbindungsverfahren elektrisch verbunden, wie etwa verpresst oder schmelzverbunden oder verschmolzen.
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Wenn der Sammel-Verteiler-Ring 1 in der Außenumfangsseite der einen Anschlussenden der Magnetzähne 15 angeordnet ist (siehe gestrichelte Kreise in 3), sind die Wicklungsverbindungsanschlüsse 2b, 3b und 4b, die in der radialen Richtung von dem Sammel-Verteiler-Ring 1 einwärts vorstehen, jeweils durch die anderen Verbindungsabschnitte 16b der ”äußeren” Anschlusselemente 16 gehalten, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Hierin sind die Anschlusselemente 16 mit der gleichen Form in den gleichen Positionsbeziehungen zu der Statoreinheit 9 angeordnet.
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Wie oben beschrieben, ist es möglich, alle Wicklungsverbindungsanschlüsse 2b, 3b und 4b, die von dem Sammel-Verteiler-Ring 1 einwärts vorstehen und in der Umfangsrichtung mit vorbestimmten Abstandsintervallen dazwischen angeordnet sind, in die Verbindungsabschnitte 16b der Anschlusselemente 16, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, gleichzeitig einzusetzen. Indem hier die Wicklungsverbindungsanschlüsse 2b, 3b und 4b mit den Verbindungsabschnitten 16b der Anschlusselemente 16 elektrisch verbunden werden, ist es möglich, die um die drei Magnetzähne 15 herumgewickelten Wicklungen mit den drei Busstangen 2, 3 und 4 zuverlässig und unabhängig zu verbinden.
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Bevorzugt ist, benachbarte Bereiche zwischen den Wicklungsverbindungsanschlüssen 2b, 3b und 4b und die Verbindungsabschnitte 16b der Anschlusselemente 16 mit Isolierharzen zu beschichten, wie etwa Silikonharzen. Somit ist es möglich, die Wasserbeständigkeit des Stators 6 zu erhöhen.
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Die ”inneren” Anschlusselemente 17 haben so ähnliche Strukturen wie die vorgenannten ”äußeren” Anschlusselemente 16. Das zweite Ende 12b der Wicklung 12, die um die Magnetzähne 15 der Statoreinheit 9 herumgewickelt ist, ist zur Bildung eines angenähert U-förmigen Mittelpunktanschlussabschnitts 12c weiter verlängert, der zu einem Anschlussende der anderen Magnetzähne der benachbarten Statoreinheit verlängert ist. Wie in 5 gezeigt, ist ein Zwischenabschnitt 12e des U-förmigen Mittelpunktanschlussabschnitts 12c, der sich von dem zweiten Ende 12b der um den Magnetzahn 15 herumgewickelten Wicklung 12 fortlaufend erstreckt, von dem ersten Verbindungsabschnitt 17a des inneren Anschlusselements 17 gehalten.
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Wie in 4 gezeigt, hält der zweite Verbindungsabschnitt 17b des inneren Anschlusselements 17 einen Außenendabschnitt 12d des Mittelpunktanschlussabschnitts 12c, der sich von der ”benachbarten” anderen Statoreinheit 9 erstreckt.
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Insbesondere unterscheidet sich der Stator der vorliegenden Ausführung von dem herkömmlichen Stator 37, der mit einer einzigen Mittelpunktbusstange 35 (siehe 8) verbunden ist, in den folgenden Punkten:
- (a) Das innere Anschlusselement 17 mit dem Paar gegabelter Verbindungsabschnitte 17a und 17b ist in der Innenumfangsseite des Statorkerns 13 in gestapelten T-förmigen Magnetstahlblechen angeordnet, welche die Magnetzähne 15 realisieren, worin der erste Verbindungsabschnitt 17a den Zwischenabschnitt 12e des U-förmigen Mittelpunktanschlussabschnitts 12c hält, der sich von dem zweiten Ende 12b der um die Magnetzähne 15 herumgewickelten Wicklung 12 erstreckt, sodass der Außenendabschnitt 12d des Mittelpunktanschlussabschnitts 12c mit der Wicklung verbunden würde, die um die anderen Magnetzähne der anderen ”rechtsseitigen” Statoreinheit herumgewickelt ist.
- (b) Der zweite Verbindungsabschnitt 17b des inneren Anschlusselements 17 hält den Außenendabschnitt des Mittelpunktanschlussabschnitts, der sich von dem zweiten Ende der Wicklung erstreckt, die um die anderen Magnetzähne der anderen ”linksseitigen” Statoreinheit herumgewickelt ist.
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Daher kann die vorliegende Ausführung ohne die Mittelpunktbusstange 35 auskommen, und zwar wegen der vorgenannten ”einzigartigen” Konstruktion der Statoreinheit 9 mit den Anschlusselementen 16 und 17. Dies zeigt, dass der Stator 6 der vorliegenden Ausführung das Gewicht, das im Wesentlichen dem Gewicht der Mittelpunktbusstange 35 entspricht, im Vergleich zu dem herkömmlichen Stator 37 reduzieren kann. Somit ist es möglich, die Kosten zur Herstellung des Stators 6 im Vergleich zu den Kosten, die zur Herstellung des herkömmlichen Stators 37 erforderlich sind, merklich zu reduzieren.
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Als Nächstes folgt eine Beschreibung in Bezug auf einen Stator 20 gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung in Bezug auf 6, worin jene Teile, die mit den in den 3 bis 5 zur Verwendung in der ersten Ausführung identisch sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind; daher wird die Beschreibung davon bei Bedarf weggelassen.
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Der Stator 20 der zweiten Ausführung (siehe 6) unterscheidet sich von dem Stator 6 der ersten Ausführung in den folgenden Punkten:
- (a) Statoreinheiten 21 sind derart wechselweise miteinander verbunden, dass sie adäquat gefaltet werden können.
- (b) Jede Statoreinheit 21 unterscheidet sich von der Statoreinheit 9 in der Form des Mittelpunktanschlussabschnitts.
- (c) Ähnlich der Statoreinheit 9 ist an der Außenumfangsseite der Statoreinheit 21 ein äußeres Anschlusselement 16 in Verbindung mit dem Isolierelement 11 angeordnet. Im Gegensatz zur Statoreinheit 9 weist die Statoreinheit 21 ein ”speziell ausgestaltetes” inneres Anschlusselement 22 an der Innenumfangsseite davon in Verbindung mit dem Isolierelement 11 auf.
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Der Stator 20 der zweiten Ausführung umfasst die Statoreinheiten 21, deren Kerneinheiten 24 mittels jeweils rechteckigen Gelenken 23 miteinander verbunden sind. D. h. die Statoreinheiten 21 sind durch Beschichten der ”zylindrisch geformten” Isolierelemente 11 mit Harzen und dgl. gebildet; dann werden die Wicklungen 12 um die Isolierelemente 11 herumgewickelt. 6 zeigt zwei Zustände in Bezug auf die Verbindungen zwischen benachbart angeordneten Statoreinheiten 21. Zuerst können die benachbarten Statoreinheiten 21 voneinander getrennt sein, jedoch durch das Gelenk 23 miteinander verbunden, das in dem linken Bereich von 6 gezeigt ist. Dann werden die Statoreinheiten 21 in der Umfangsrichtung bewegt, während sie geknickt werden, sodass die benachbarten Statoreinheiten 21 miteinander in Kontakt gebracht werden, was in dem rechten Bereich von 6 gezeigt ist. Somit ist es möglich, alle Statoreinheiten 21 durch die Gelenke 23 miteinander zu verbinden, um hierdurch einen Stator 20 mit einer Kreisringform fertigzustellen. Ähnlich dem Stator 6 der ersten Ausführung wird das erste Ende 12a der Wicklung 12 durch das äußere Anschlusselement 16 gehalten. Zusätzlich ist das zweite Ende (12b) der Wicklung 12, die um den die Magnetzähne 15 aufweisenden Statorkern (13) herumgewickelt ist, horizontal zu einem Anschlussende der anderen Magnetzähne des anderen Statorkerns verlängert, der an der rechten Seite angeordnet ist. D. h. der Mittelpunktanschlussabschnitt 12b, der sich von dem zweiten Ende (12b) der Wicklung 12 erstreckt, ist angenähert L-förmig ausgebildet und ist in 6 weiter nach rechts verlängert.
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Das innere Anschlusselement 22 weist ein Paar von Verbindungsabschnitten 22a und 22b auf. Der erste Verbindungsabschnitt 22a hält den Zwischenabschnitt 12e des ”L-förmigen” Mittelpunktanschlussabschnitts 12b, der sich von dem zweiten Ende (12b) der Wicklung 12 erstreckt, die um die Statoreinheit 21 herumgewickelt ist, während der zweite Anschlussabschnitt 22b den Außenendabschnitt 12d des Mittelpunktanschlussabschnitts 12b der Wicklung 12 hält, die sich von der links benachbarten Statoreinheit 21 erstreckt und um diese gewickelt ist. In dem Anschlusselement 22 ist der zweite Verbindungsabschnitt 22b von dem ersten Verbindungsabschnitt 22a getrennt und wird von einem Führungsabschnitt 22c begleitet, um den Außenendabschnitt 12d des Mittelpunktanschlussabschnitts 12b, der sich hierfür von der linken Seite erstreckt, zu führen.
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Die Funktion des ersten Verbindungsabschnitts 22a des Anschlusselements 22 kann ähnlich jenem des ersten Verbindungsabschnitts 17a des Verbindungselements 17 sein, der für die Statoreinheit 9 des Stators 6 der ersten Ausführung angeordnet ist. Im Gegensatz hierzu ist der zweite Verbindungsabschnitt 22b angeordnet, sodass er im Wesentlichen orthogonal zu dem ersten Verbindungsabschnitt 22a ausgerichtet ist. Zusätzlich ist der Führungsabschnitt 22c offen und so angeordnet, dass er mit der Eingangsseite des zweiten Verbindungsabschnitts 22b konform ist. 6 zeigt ein Beispiel des Führungsabschnitts 22c, dessen Öffnungsbreite zur Eingangsseite des zweiten Verbindungsabschnitts 22b hin allmählich kleiner wird. In anderen Worten, der Führungsabschnitt 22c weist einen breiten Öffnungsabschnitt 22d auf, der zu der an der linken Seite angeordneten anderen Statoreinheit 21 hin ausgerichtet ist.
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Wie oben beschrieben, wird der Stator 20 der zweiten Ausführung durch die folgenden Schritte ausgebildet:
- (a) Die Magnetzähne 15 werden mit dem Isolierelement 11 abgedeckt, um das die Wicklung 12 gewickelt wird. Die Statoreinheiten 21 werden zusammengebaut und über die Gelenke 23 geknickt, sodass der Stator 20 mit einer Kreisringform fertig ausgebildet wird, indem die Statoreinheiten 21 in der Umfangsrichtung miteinander verbunden werden.
- (b) Obenstehend werden die Statoreinheiten 21 derart zusammengebaut, dass das Außenende 12b des Mittelpunktanschlussabschnitts 12b der Wicklung 12, die sich von der Innenumfangsseite der einen Statoreinheit 21 erstreckt, in die Öffnung 22d des Führungsabschnitts 22c der anderen ”benachbarten” Statoreinheit 21 eingesetzt wird; dann werden die Statoreinheiten 21 in der Umfangsrichtung bewegt. Somit werden die benachbarten Statoreinheiten 21 zuverlässig miteinander kombiniert derart, dass das Außenende 12d des Mittelpunktanschlussabschnitts 12b der Wicklung 12, die sich von der einen Statoreinheit 21 erstreckt, durch Innenwände des Führungsabschnitts 22c geführt wird und in dem zweiten Verbindungsabschnitt 22b des inneren Anschlusselements 22 gehalten wird, das in der Innenumfangsseite der anderen ”benachbarten” Statoreinheit 21 angeordnet ist.
- (c) Nachdem die benachbarten Statoreinheiten 21 miteinander in Kontakt gebracht sind, wird das Außenende 12d des Mittelpunktanschlussabschnitts 12b der Wicklung 12 der einen Statoreinheit 21 fest mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 22b des inneren Anschlusselements 22 der anderen benachbarten Statoreinheit 21 verbunden, und zwar durch ein geeignetes Verbindungsverfahren, wie etwa verpresst, schmelzverbunden oder verschmolzen. Somit ist es möglich, den Mittelpunktanschlussabschnitt 12b und dessen benachbarten Bereich der Wicklung 12 der einen Statoreinheit 21 mit dem Mittelpunktanschlussabschnitt 12b und dessen benachbarten Bereich der Wicklung 12 in der anderen benachbarten Statoreinheit 21 elektrisch zu verbinden. Indem der vorgenannte Vorgang in Bezug auf alle in der Umfangsrichtung angeordneten Statoreinheiten 21 durchgeführt wird, ist es möglich, den Stator 20 mit Kreisringform derart aufzubauen, dass alle Mittelpunktanschlussabschnitte 12b unter den Statoreinheiten 21 miteinander verbunden werden.
- (d) Obenstehend führt der Führungsabschnitt 22c des inneren Anschlusselements 22 der einen Statoreinheit das Außenende 12d des Mittelpunktanschlussabschnitts 12b, das sicher in den zweiten Verbindungsabschnitt 22b des inneren Anschlusselements 22 der anderen benachbarten Statoreinheit 21 eingesetzt und dort gehalten ist. Dies hilft einem Arbeiter wesentlich, den Verbindungsvorgang in Bezug auf die Statoreinheiten 21 durchzuführen, wenn er einen Stator 20 zusammenbaut.
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Die Ausführungen dieser Erfindung sind in Bezug auf die Statoren 6 und 20 zur Verwendung in einer rotierenden elektrischen Maschine beschrieben, worin ein Rotor (nicht gezeigt) gegenüberliegend mit einem vorbestimmten Spalt in Bezug auf die Magnetzähne 15 angeordnet ist, die in der radialen Richtung einwärts vorstehen. Natürlich ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf diese Ausführungen beschränkt. Daher kann diese Erfindung leicht auch leicht beim anderen Typ der rotierenden elektrischen Maschine angewendet werden, worin ein hohler Rotor mit einer zylinderartigen Form (nicht gezeigt) außerhalb des Stators angeordnet ist, dessen Magnetzähne 15 in der radialen Richtung auswärts vorstehen.
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Wie zuvor beschrieben, hat diese Erfindung eine Vielzahl von Effekten und technischen Merkmalen, die unten beschrieben werden.
- (1) Da der Sammel-Verteiler-Ring dieser Erfindung die mehreren einander benachbarten Busstangen mit vorbestimmten Abständen dazwischen durch ein Isolierharz aneinander fixiert, ist es möglich, die Arbeitseigenschaften beim Zusammenbau des Sammel-Verteiler-Rings mit den in der Umfangsrichtung angeordneten Statoreinheiten merklich zu verbessern. Daher benötigt diese Erfindung nicht den Zusammenbauprozess des herkömmlichen Stators, worin ein Arbeiter zwischen ähnlichen Busstangen (oder Leiterelementen) unterscheiden muss und auch diese unabhängig voneinander zusammenbauen muss. Daher trägt diese Erfindung zu einer merklichen Reduktion der Zeit bei, die für den Zusammenbau eines Stators erforderlich ist. Zusätzlich ist es möglich, das Auftreten von Monagefehlern zuverlässig zu vermeiden.
- (2) Mehrere Busstangen (oder Leiterelemente) werden durch das Isolierharz integral miteinander kombiniert, was zuverlässige Isolierprozesse gleichzeitig in Bezug auf mehrere Busstangen erlaubt. Daher ist es möglich, die Zuverlässigkeit bei der Herstellung von Statorprodukten zu verbessern. Zusätzlich ist es möglich, die Kosten zr Herstellung von Statorprodukten merklich zu reduzieren.
- (3) Wicklungsverbindungsanschlüsse liegen von der Oberfläche des Harzes frei und stehen von der Innenumfangsseite des Sammel-Verteiler-Rings mit vorbestimmten Teilungen dazwischen vor, welche zu Teilungen der Anordnungen von Magnetzähnen passen. Indem hier lediglich die Magnetzähne und die Wicklungsverbindungsanschlüsse in Position nur an einer bestimmten Stelle justiert werden, ist es möglich, vorgeschriebene Positionsbeziehungen zwischen diesen entlang der Innenumfangsseite des Stators zu etablieren. Dies garantiert eine leicht zu handhabende Montage bei der Herstellung des Stators.
- (4) In dem Sammel-Verteiler-Ring sind die Busstangen adäquat mit Wicklungen verbunden, die um Magnetzähne der Statoreinheit herumgewickelt sind, welche in der Umfangsrichtung einander benachbart angeordnet sind. Dies garantiert das richtige Sammeln und Verteilen der Elektrizität in Bezug auf die Wicklungen, die zuverlässig voneinander isoliert sind. Somit ist es möglich, eine rotierende elektrische Maschine mit relativ hoher Zuverlässigkeit und relativ niedrigen Kosten herzustellen.
- (5) Diese Erfindung kommt ohne die Anordnung einer Mittelpunktbusstange in dem Sammel-Verteiler-Ring aus, was wiederum zu einer Minderung des Gesamtgewichts der rotierenden elektrischen Maschine, wie etwa einem Motor, beiträgt. Daher ist es möglich, einen Motor mit relativ niedrigen Kosten herzustellen, weil der Sammel-Verteiler-Ring dieser Erfindung nicht den Prozess der Herstellung der Mittelpunktbusstange benötigt und die Gesamtkosten der Herstellung reduziert.
- (6) Der Stator umfasst Statoreinheiten, die Anschlusselemente und Isolierelemente aufweisen, worin die benachbarten Statoreinheiten derart miteinander kombiniert werden, dass ein von einer Statoreinheit abstehendes Wicklungsende mit einem Mittelpunktanschlussabschnitt der anderen benachbarten Statoreinheit durch das Anschlusselement verbunden wird und an dem Isolierelement fixiert wird. Dies verstärkt zuverlässig die Verbindung zwischen den benachbarten Statoreinheiten, die in der Umfangsrichtung des Stators zusammengebaut sind. Somit ist es möglich, die Verbindungen zwischen den Statoreinheiten des Stators zusammenzuhalten. Daher ist es möglich, eine rotierende elektrische Maschine mit relativ hoher Zuverlässigkeit herzustellen.
- (7) Die inneren Anschlusselemente der Statoreinheit sehen Führungsabschnitte vor, durch die das von der einen Statoreinheit abstehende Spulenende zuverlässig und leicht in das Anschlusselement der anderen benachbarten Statoreinheit eingesetzt wird. Wegen des Vorsehens der Führungsabschnitte ist es möglich, einfache und hocheffiziente Vorgänge beim Zusammenbau der Statoreinheiten zu garantieren. Somit ist es möglich, die Produktivität bei der Herstellung von Statoren zu verbessern.
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Da diese Erfindung in verschiedenen Formen verkörpert sein kann, ohne vom Geist oder wesentlichen Eigenschaften davon abzuweichen, sind die vorliegenden Ausführungen illustrativ und nicht restriktiv, da der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist und nicht durch die ihnen vorangehende Beschreibung, und alle Änderungen, die in die Ziele und Grenzen der Ansprüche fallen, oder Äquivalente solcher Ziele und Grenzen sollen daher von den Ansprüchen umfasst sein.
