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QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2010-11686 , eingereicht am 22. Januar 2010, wobei deren Offenbarung hierin durch Referenz aufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Stator, welcher in einem Motorgenerator oder einem AC-Generator zur Verwendung bei Automobilen, wie zum Beispiel elektrischen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen installiert sein kann.
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2. Stand der Technik
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Das
japanische Patent mit der ersten Veröffentlichungsnummer 11-341730 offenbart einen Stator einer drehenden elektrischen Maschine. Der Stator ist mit einem Statorkern ausgestattet, der einem Rotor gegenüberliegt, und einer Statorwicklung, die im Statorkern gewickelt ist. Der Statorkern weist eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Schlitzen auf. Die Statorwicklung besteht aus einer Mehrzahl von Leitersegmenten, wobei jedes dieser Leitersegmente Innenschlitzabschnitte enthält, die in den Schlitzen des Statorkerns enthalten sind, und Spulenendabschnitte, die sich von der Schlitzaußenseite jeweils von axial entgegengesetzten Enden des Statorkerns erstrecken. Die Spulenendabschnitte sind so geschweißt, dass sie eine tropfenförmige Verbindung ohne scharfe Kanten ausbilden. Die Verbindungen sind in einem regelmäßigen Intervall voneinander kreisförmig beabstandet, und mit einem isolierenden Harz beschichtet, um eine elektrische Isolation zwischen den Verbindungen selbst oder zwischen den Verbindungen und peripheren Elementen, wie zum Beispiel Rahmen eines Gehäuses eines AC-Generators, zu erreichen.
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Die drehende elektrische Maschine offenbart in der vorstehenden Veröffentlichung zudem ein Kühlgebläse bzw. einen Kühlventilator, der auf dem Rotor installiert ist, um die Verbindungen zu kühlen, welche während des Laufens der drehenden elektrischen Maschine hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Der Kühlventilator bläst Kühlluft von der inneren Peripherie der Anordnung der Verbindungen zu Luftauslässen, die in einem Rahmen außerhalb der Anordnung der Verbindungen angeordnet sind, um Kühlluft an den Verbindungen zu erzeugen. Die Kühlluft enthält normalerweise Staub oder Unreinheiten aus der Umgebung. Das Aufprallen der Kühlluft auf den Verbindungen kann Schäden bei der Isolationsbeschichtung der Verbindungen verursachen. Die Isolationsbeschichtung ist tropfenförmig ausgebildet, so dass sie mit der Verbindung konform ist und die Härte vermindert. Der Aufprall der Kühlluft oder der Unreinheiten auf den Verbindungen kann daher im Entfernen der Isolationsbeschichtung von den Verbindungen resultieren, was zu einem Fehler bei der Isolation zwischen den Verbindungen selbst oder zwischen den Verbindungen und dem peripheren Element führt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Daher ist es die grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Stator zur Verwendung in einer drehenden elektrischen Maschine vorzusehen, wobei eine zuverlässige elektrische Isolation einer Statorwicklung gewährleistet werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Stator zur Verwendung in einer drehenden elektrischen Maschine wie einem elektrischen Motor, einem elektrischen Generator, oder einem Motorgenerator vorgesehen. Der Stator enthält: (a) einen Statorkern mit zueinander in dessen axialer Richtung entgegengesetzten Enden, wobei der Statorkern mit einer Mehrzahl von Schlitzen darin ausgebildet ist; (b) eine Statorwicklung, die durch die Schlitze bzw. in den Schlitzen des Statorkerns gewickelt ist, wobei die Statorwicklung aus einer Mehrzahl von Leitersegmenten besteht, die miteinander verbunden sind, wobei jedes der Leitersegmente einen Innenschlitzabschnitt enthält, der innerhalb von einem der Schlitze angeordnet ist, und Aussenschlitzabschnitte, die sich von dem Innenschlitzabschnitt von zumindest einem der Enden des Statorkerns nach außen erstrecken, wobei Enden der Aussenschlitzabschnitte miteinander verbunden sind, um die Statorwicklung auszubilden, Verbindungen der Enden der Aussenschlitzabschnitte mit einem vorgegebenen Strukturmuster vorgesehen sind, das auf deren Oberfläche ausgebildet ist; und (c) Isolationsschichten, die auf dem Strukturmuster auf der Oberfläche der Verbindungen der Enden der Aussenschlitzabschnitte ausgebildet sind.
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Die Ausbildung des Strukturmusters auf jeder der Verbindungen resultiert in einer vergrößerten Oberfläche der Verbindung, auf welcher die Isolationsschicht aufgebracht ist, und einem tiefen Eindringen der Isolationsschicht tief in die Ausnehmungen in der Oberfläche der Verbindung, was zu einem vergrößerten Adhäsionsgrad der Isolationsschicht mit der Verbindung führt. Dies verbessert die Adhäsion der Isolationsschichten auf den Verbindungen gegen den Aufprall von Kühlluft mit Staub oder zahlreichen Verunreinigungen auf der Oberfläche der Isolationsschichten auf den Verbindungen, und gewährleistet die Stabilität der elektrischen Isolierung der Verbindungen.
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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Enden der Aussenschlitzabschnitte aus Kupferoxid. Das Strukturmuster auf den Oberflächen der Verbindungen der Aussenschlitzabschnitte ist durch Schweißen der Enden ausgebildet, um Blaslöcher zu erzeugen.
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Das Strukturmuster auf den Oberflächen der Verbindungen der Aussenschlitzabschnitte kann alternativ durch Anpressen eines Rändelwerkzeugs mit Gewebe- bzw. Struktorunregelmäßigkeiten gegen die Oberflächen der Verbindungen zum Übertragen eines Musters der gitterförmigen Unregelmäßigkeiten auf die Oberflächen der Verbindungen ausgebildet sein.
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Das Strukturmuster auf den Oberflächen der Verbindungen der Aussenschlitzabschnitte kann alternativ durch Sandstrahlen bzw. Kugelstrahlen der Oberfläche der Verbindungen ausgebildet sein.
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Das Strukturmuster auf den Oberflächen der Verbindungen der Aussenschlitzabschnitte kann alternativ durch eine Mehrzahl von Ausnehmungen ausgebildet sein, die in den Oberflächen der Verbindungen ausgebildet sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlicher ersichtlich, welche jedoch nicht zum Beschränken der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen gedacht sind, sondern zum Zwecke der Erläuterung und eines besseren Verständnisses.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 eine teilweise Querschnittsansicht, welche eine Struktur eines AC-Generators darstellt, der mit einem Stator gemäß der Erfindung ausgestattet ist;
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2 eine perspektivische Ansicht, welche ein Leitersegment darstellt, das eine Statorwicklung ausbildet;
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3 eine teilweise Querschnittsansicht, welche einen Stator des AC-Generators von 1 darstellt;
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4 eine teilweise Seitenansicht, welche eine Ausgestaltung einer Statorwicklung darstellt;
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5(a) eine teilweise perspektivische Ansicht, welche eine Ausgestaltung von Enden von Leitersegmenten darstellt, die eine Statorwicklung ausbilden;
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5(b) eine teilweise perspektivische Ansicht, die eine Verbindung der Enden der Leitersegmente darstellt, welche eine Statorwicklung ausbilden;
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5(c) bis 5(f) teilweise perspektivische Ansichten, welche mögliche Muster auf der Oberfläche der Enden der Leitersegmente von 5(b) darstellen;
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6 eine teilweise perspektivische Ansicht, welche eine Ausgestaltung von Schweißstellen von Enden der Leitersegmente darstellt, welche eine Statorwicklung ausbildet;
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7 eine teilweise Querschnittsansicht, welche eine Modifikation einer Ausgestaltung von Leitersegmenten in einem Stator des AC-Generators von 1 darstellt;
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8 eine teilweise perspektivische Ansicht, welche eine Ausgestaltung von Schweißstellen von Enden der Leitersegmente von 7 darstellt;
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9 eine perspektivische Ansicht, welche eine Modifikation eines Leitersegments darstellt, welches eine Statorwicklung ausbildet;
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10 eine teilweise Seitenansicht, welche eine Ausgestaltung des Leitersegments von 9 darstellt;
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11 eine perspektivische Ansicht, welche eine Modifikation der Leitersegmente darstellt, die eine Statorwicklung ausbilden; und
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12 eine teilweise Ansicht, welche eine Schweißstelle von Enden der Leitersegmente von 11 darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezüglich der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in verschiedenen Ansichten darstellen, insbesondere bezüglich 1, ist eine drehende elektrische Maschine 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die vorliegende drehende elektrische Maschine 1 wird als AC-Generator verwendet, der in einem Automobil montiert ist.
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Der AC-Generator 1 enthält einen Stator 2, einen Rotor 3, einen Rahmen 4 und einen Gleichrichter 5. Der Stator 2 ist mit einem Statorkern 32, einer Mehrzahl von Leitersegmenten (bzw. elektrischen Kabel- bzw. Leitersegmenten) 33 und einem Isolator 34 ausgestattet. Die Leitersegmente 33 bilden eine Statorwicklung aus, der Isolator 34 isoliert den Statorkern 32 und die Leitersegmente 33 elektrisch voneinander. Der Statorkern 32 besteht aus einem Stapel ringförmiger Stahlplatten und weist eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Schlitzen 35 auf. Die Schlitze 35 erstrecken sich durch den Statorkern 32 in axialer Richtung und sind in Umfangsrichtung des Statorkerns 32 angeordnet. Die Schlitze 35 sind an einem Umfang des Statorkerns 32 geöffnet. Die Leitersegmente 33 sind in den Schlitzen 35 angeordnet, und liegen außerhalb axial gegenüberliegender Enden des Statorkerns 32 frei, um Spulenenden 31 auszubilden. Die Struktur des Stators 2 wird nachstehend im Detail beschrieben.
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Der Rotor 3 besteht aus einer Feldspule 8 und vorderen und hinteren Polkernen 7, durch welche die Feldspule 8 gehalten wird. Die Feldspule 8 wird durch Wickeln von isoliertem Kupferdraht koaxial in zylindrischer Form erstellt. Die Polkerne 7 weisen Klauen auf und werden so miteinander verbunden, dass sie die Feldspule 8 umgreifen. Eine drehende Welle 6 geht durch die Polkerne 7. Der vordere Polkern 7 weist einen Axialfluss-Kühlventilator 11 auf, der an dessen Endfläche angeschweißt ist. Der Kühlventilator 11 funktioniert so, dass er Luft von der Vorderseite des AC-Generators 1 ansaugt und sie in dessen radiale und axiale Richtung bläst. Ähnlich weist der hintere Polkern 7 einen zentrifugalen Kühlventilator 12 auf, der an seiner Endoberfläche angeschweißt ist. Der Kühlventilator 12 funktioniert so, dass er Luft von der Hinterseite des AC-Generators 1 ansaugt und sie in dessen radiale und axiale Richtung bläst.
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Der Rahmen 4 weist den Stator 2 und den Rotor 3 darin angeordnet auf. Der Rotor 2 ist durch den Rahmen 4 so aufgenommen, dass er um die Welle 6 drehbar ist. Der Stator 2 ist auch durch den Rahmen 4, von dem Außenumfang der Polkerne 7 des Rotors 3 um ein Intervall bzw. einen Abstand entfernt, aufgenommen. Der Rahmen 4 weist Luftauslässe 42 und Lufteinlässe 41 darin ausgebildet auf. Die Luftauslässe 42 liegen dem Spulenende 31 des Stators 2 gegenüber. Die Lufteinlässe 41 sind in einem der axial entgegengesetzten Enden des Rahmens 4 ausgebildet.
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Die Welle 6 weist eine damit verbundene Riemenscheibe 20 auf. Wenn ein Drehmoment, das durch eine in dem Automobil montierte Verbrennungsmaschine (nicht darstellt) erzeugt wird, durch einen Riemen auf der Riemenscheibe übertragen wird, wird der Rotor 3 in eine gegebene Normalrichtung gedreht. Eine Steuerung (nicht dargestellt) legt eine Erregerspannung an der Feldspule 8 des Rotors 3 an, um die Klauen der Polkerne 7 zu magnetisieren, wodurch eine dreiphasige AC-Spannung in der Statorwicklung erzeugt wird. Über den Gleichrichter 5 wird anschließend einen DC-Strom von seinem Ausgangsanschluss ausgegeben.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche eines der Leitersegmente 33 darstellt, bevor dieses im Statorkern 32 eingebracht wird. 3 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Stators 2. 4 zeigt eine teilweise Seitenansicht des Stators 2. 5(a) bis 5(f) zeigen perspektivische Ansichten, welche eine Verbindung der Leitersegmente 33 der Statorwicklung darstellt. 6 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht, welche die Spulenenden 31 der axial entgegengesetzten Enden des Stators 2 darstellt.
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Das Leitersegment 33 ist wie in 2 dargestellt durch einen V- oder U-förmigen Draht, der aus einer Kupferstange oder einem Kupferstreifen besteht, ausgebildet. Das Leitersegment 33 enthält einen gebogenen Abschnitt bzw. einen Wendeabschnitt 33c, einen innenseitigen bzw. inneren Leiterabschnitt 33a und einen außenseitigen bzw. äußeren Leiterabschnitt 33b. Der innere Leiterabschnitt 33a erstreckt sich von einem der Enden des Wendeabschnitts 33c und ist im Schlitz 35 näher an einem Innenumfang des Statorkerns 32 angeordnet. Der äußere Leiterabschnitt 33b erstreckt sich von dem anderen Ende des Wendeabschnitts 33c und ist innerhalb des Schlitzes 35 näher an einem Außenumfang des Statorkerns 32 platziert. Jeder von den inneren und äußeren Leiterabschnitten 33a und 33b besteht aus einem Innenschlitzabschnitt, welcher sich gerade erstreckt und innerhalb des Schlitzes 35 zu platzieren ist, und einem Aussenschlitzabschnitt, welcher außerhalb des Schlitzes 35 anzuordnen ist.
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Die zwei Leitersegmente 33 sind in jedem der Schlitze 35 angeordnet. Die Enden 33d des Leitersegments 33 in jedem der Schlitze 35 sind mit denen des Leitersegments 33 in einem anderen Schlitz 35 verbunden, um dadurch die Statorwicklung des Stators 2 auszubilden. Jeder von dem inneren Leiterabschnitt 33a und dem äußeren Leiterabschnitt 33b von jedem der Leitersegmenten 33 weist wie in 3 deutlich dargestellt einen rechtwinkligen Querschnitt auf. Lange Seiten des inneren Leiterabschnitts 33a und des äußeren Seitenabschnitts 33b erstrecken sich in radialer Richtung des Statorkerns 32, während sich kurze Seiten in Umfangsrichtung des Statorkerns 32 erstrecken.
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Die Wendeabschnitte 33c der Leitersegmente 33 sind wie aus 4 zu entnehmen außerhalb von einem der Enden des Statorkerns 32 angebracht. Die Enden 33d der Leitersegmente 33 sind außerhalb des anderen Endes des Statorkerns 32 angeordnet. Abschnitte 33b der Leitersegmente 33, welche eines der Spulenenden 33 definieren, weisen zum Ende des Statorkerns 32 hin eine Neigung auf. Genauer gesagt, Neigungsabschnitte 33e, welche näher am Außenumfang des Statorkerns 32 platziert sind (das heißt, außerhalb des Statorkerns 32), erstrecken sich in Umfangsrichtung des Statorkerns 32, was entgegengesetzt zu der Richtung ist, in welche sich die Neigungsabschnitte 33b, welche näher am Innenumfang des Statorkerns platziert sind (das heißt, innerhalb des Statorkerns 32) erstrecken. Die äußeren Neigungsabschnitte 33e sind, wie aus 4 zu entnehmen, alle in die gleiche Umfangsrichtung des Statorkerns 32 orientiert. Ähnlich sind alle inneren Neigungsabschnitte 33b in die gleiche Umfangsrichtung des Statorkerns 32 orientiert.
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Das Verbinden der Enden 33d der Leitersegmente 33 wird bevorzugt durch WIG(Wolfram-Inert-Gas)-Schweißen erreicht. Das WIG-Schweißen ist ein Schweißverfahren, durch welches ein Bogen zwischen einer Wolframelektrode und einem Werkstück in einem Inertgas erzeugt wird, um das Werkstück und ein Füllmetall thermisch zu schmelzen um diese zu verbinden, und weist den Vorteil auf, dass es möglich ist, die Wärmemenge, die dem Werkstück und dem Füllmaterial zuzuführen ist, und die Menge des Füllmaterials, das dem Werkstück zuzuführen ist, unabhängig voneinander zuzuführen. Das WIG-Schweißen ist daher effektiv, um nur die Enden 33d der Leitersegmente 33 zu schmelzen, um Verbindungen oder Schweißstellen 33f herzustellen.
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Jede der Schweißstellen 33f ist, wie in 5(a) dargestellt, durch Anordnen der Enden 33d von benachbarten zwei Leitersegmenten 33 in direkten Kontakt zueinander, platzieren einer Wolframelektrode düsennah zu Kontaktoberflächen zwischen den Enden 33d, und WIG-Schweißen der Enden, ausgebildet. In dem Fall, in dem die Leitersegmente 33 aus Kupfer bestehen, das eine hohe thermische leitfähig aufweist, werden die Enden 33d und ihre Umgebung für gewöhnlich durch das WIG-Schweißen geschmolzen, so dass die gesamte Schweißstelle 33b, wie in 5(b) dargestellt, durch deren Oberflächenspannung tropfenförmig abgerundet wird, ohne dabei scharfe Kanten aufzuweisen.
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Jede der Schweißstellen 33f ist wie vorstehend beschrieben in etwa tropfenförmig und außerdem strukturiert, um ein Muster wie in 5(c) bis 5(f) aufzuweisen. Die Schweißstelle 33f1 weist, wie in 5(c) dargestellt, ein unregelmäßiges Muster U1 einer Struktur, welche durch Blaslöcher erzeugt wird, auf deren Oberfläche auf. Die Schweißstelle 33f2 weist, wie in 5(d) dargestellt, eine Gitter- oder Hahnentrittstruktur U2 eines Musters auf. Die Schweißstelle 33f3 weist, wie in 5(e) dargestellt, ein ausgenommenes bzw. geschlitztes Strukturmuster U3 auf, welches durch Ausnehmungen erzeugt wird, die in der Oberfläche der Schweißstelle 33f3 in regelmäßigen Abständen voneinander entfernt ausgebildet werden. Die Schweißstelle 33f4 weist, wie in 5(f) dargestellt, ein sand- oder kugelstrahlgeformtes Strukturmuster U4 auf, das auf deren Oberfläche ausgebildet ist. Das Ausbilden dieser Muster wird später im Detail beschrieben.
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Eine Abfolge von Schritten zum Herstellen der Statorwicklung wird nachfolgend beschrieben.
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Zuerst werden die U-förmigen Leitersegmente 33 in die Schlitze 35 des Stators 2 mit dem äußeren Leiterabschnitt 33b, der außerhalb des Schlitzes 35 angeordnet ist, und dem inneren Leiterabschnitt 33a, der im Schlitz 35 nahe einer Öffnung des Schlitzes 35 angeordnet ist, eingebracht. Die Wendeabschnitte 33c sind wie vorstehend beschrieben in regelmäßigen Abständen entlang des Umfangs von einem der axial entgegengesetzten Enden des Statorkerns 32 angeordnet. Jedes der Leitersegmente 33 besteht aus einer Kupferplatte, die durch Druck in eine U-Form gebogen wird. Der innere Leiterabschnitt 33a und der äußere Leiterabschnitt 33b werden in den Schlitz 35 pressangepasst, wobei ein elektrischer Isolator 34 zwischen im Wesentlichen parallelen Seitenwänden des inneren Leiterabschnitts 33a und des äußeren Leiterabschnitts 33b und einer inneren Wand des Schlitzes 35 eingebracht ist.
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Als nächstes werden die Enden 33d von jedem der Leitersegmente 33, welche oberhalb der Enden des Statorkerns 32 entgegengesetzt zu den Wendeabschnitten 33c angeordnet sind, in entgegengesetzte Umfangsrichtungen des Statorkerns 32 gebogen. Die Enden 33d von zwei der Leitersegmente 33, welche außerhalb und innerhalb der Schlitze 35 entsprechend angeordnet sind, werden durch WIG-Schweißen verbunden, um die Schweißstelle 33f, wie in 5(b) dargestellt, bereitzustellen. Die Schweißstellen 33f von allen Leitersegmenten 33 sind im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau vom Ende des Statorkerns 32 angeordnet.
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Die Art und Weise, auf welche die Schweißstellen 33f hergestellt werden, um Strukturmuster wie in den 5(c) bis 5(f) dargestellt vorzusehen, wird nachstehend beschrieben.
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Das unregelmäßige Strukturmuster U1 aus 5(c) wird durch WIG-Schweißen der Enden 33d der Leitersegmente 33 ausgebildet, welche aus Kupferoxid, wie zum Beispiel Garkupfer oder zähgepoltem Kupfer bestehen, das eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweist. Genauer gesagt löst sich die Feuchtigkeit in der Umgebung durch die Schweißhitze in Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff tritt in das geschmolzene Kupfer der Enden 33d so ein, dass Sauerstoff (O) im Kupferoxid (CuO) mit Wasserstoff (H) gebunden in Wasser (H2O) resultiert. Das Wasser verdampft durch die Schweißhitze in Wasserdampf. Der Wasserdampf flüchtet danach aus der Schweißstelle 33f1, wodurch Kavitäten oder Gaseinschlüsse in der Schweißstelle 33f1 gebildet werden. Das Ausbilden der Gaseinschlüsse resultiert für gewöhnlich in einer Verminderung der mechanischen Festigkeit der Schweißstelle 33f1. Es ist daher ratsam, dass die Anzahl der Blaslöcher gesteuert bzw. überwacht wird, um eine erforderliche Festigkeit der Schweißstelle 33f1 zu gewährleisten. Falls zum Beispiel der Durchmesser des Außenumfangs des Statorkerns 32 100 mm bis 150 mm ist, und die 96 Schweißstellen 33f ringförmig oberhalb des Endes des Statorkerns 32 angeordnet sind, sind die Tiefe und der Durchmessers der Blaslöcher 0,03 mm bis 0,3 mm.
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Die Hahnentrittstruktur U2 des Musters auf der Schweißstelle 33f3, wie in 5(d) dargestellt, wird durch Anpressen eines Rändelwerkzeugs mit hahnentrittförmigen Unregelmäßigkeiten gegen die Oberfläche der Schweißstelle 33f2, um das Muster der Unregelmäßigkeiten auf die Schweißstelle 33f2 zu übertragen, ausgebildet. Die Hahnentrittstruktur U2 des Musters kann alternativ durch Schneiden oder Ätzen der Oberfläche der Schweißstelle 33f2 hergestellt werden. Falls zum Beispiel der Durchmesser des Außenumfangs des Statorkerns 32 100 mm bis 150 mm ist, und die 96 Schweißstellen 33f ringförmig über dem Ende des Statorkerns 32 angeordnet sind, sind die Tiefe und der Durchmesser der Hahnentrittunregelmäßigkeiten, die auf die Oberfläche der Schweißstelle 33f übertragen wird, 0,1 mm bis 0,4 mm.
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Das geschlitzte Strukturmuster U3 der Schweißstelle 33f3, wie in 5(e) dargestellt, wird durch Schneiden oder Ätzen der Oberfläche der Schweißstelle 33f3 ausgebildet, um eine Anordnung von Nuten auszubilden. Die Anordnung der Nuten kann alternativ durch Anpressen eines Rändelwerkzeugs mit Nuten gegen die Oberfläche der Schweißstelle 33f3, um das Muster der Nuten auf die Oberfläche der Schweißstelle 33f3 zu übertragen, ausgebildet werden. Falls der Durchmesser des Außenumfangs des Statorkerns 32 zum Beispiel 100 mm bis 150 mm ist, und die 96 Schweißstellen 33f ringförmig über dem Ende des Statorkerns 32 angebracht sind, sind die Tiefe und die Breite der Nuten, die in der Oberfläche der Schweißstelle 33f ausgebildet sind, 0,1 mm bis 0,5 mm.
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Das punktförmige Strukturmuster U4 der Schweißstelle 33f4 wird durch Sandstrahlen der Oberfläche der Schweißstelle 33f4 unter Verwendung von Sand oder kleinen Stahlkugeln ausgebildet. Falls zum Beispiel der Durchmesser des Außenumfangs des Statorkerns 32 100 mm bis 150 mm ist, und die 96 Schweißstellen 33f ringförmig über dem Ende des Statorkerns 32 angeordnet sind, sind die Tiefe und der Durchmesser der Punkte, die in der Oberfläche der Schweißstelle 33f ausgebildet sind, 0,03 mm bis 0,3 mm.
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Nachdem die Schweißstellen 33f nach einem der Strukturmuster der 5(c) bis 5(f) auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt sind, wird der Stator 2 mit den Schweißstellen 33f mit der Stirnseite nach unten orientiert, und in ein Bad mit Isolationsflüssigkeit oder -pulver getaucht, anschließend aus dem Bad genommen, und danach getrocknet, um die Isolationsschichten auf den Schweißstellen 33f auszubilden.
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Wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, ist die Isolationsschicht auf dem Strukturmuster U1, U2, U3 oder U4 auf jeder der Schweißstellen 33f der Leitersegmente 33 ausgebildet, woraus sich eine Vergrößerung der Fläche der Schweißstelle 33f, auf welcher die Isolationsschicht aufgebracht wird, und das tiefe Eindringen der Isolationsschicht in die Ausnehmungen in der Oberfläche der Schweißstelle 33f ergibt, was zu einem vergrößerten Adhäsionsgrad der Isolationsschicht auf der Schweißstelle 33f führt. Dies verbessert die Adhäsion der Isolationsschichten auf den Schweißstellen 33f gegen den Aufprall von Kühlluft mit Staub oder zahlreiche Verunreinigungen auf der Oberfläche der Isolationsschichten auf den Schweißstellen 33f, und gewährleistet eine stabile bzw. zuverlässige elektrische Isolation der Schweißstellen 33f.
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Die Enden 33d aller U-förmigen Leitersegmente 33 sind wie vorstehend beschrieben über einem der Enden des Statorkerns 32 angeordnet, wodurch der Statorkern 32 nicht mehr umgedreht werden muss, wenn die Enden 33d WIG-geschweißt werden. Das Verwenden der Leitersegmente 33, die in ihrer Form und Größe gleich sind, erlaubt es, dass Schweißstellen 33f auf im Wesentlichen dem gleichen Niveau vom Ende des Statorkerns 32 angeordnet sind, wodurch es möglich ist, dass die Schweißstellen 33f gleichzeitig in das Isolationsflüssigkeits- oder pulverbad eingetaucht werden können, was zu einem vereinfachten Herstellungsprozess der Isolationsschichten auf den Schweißstellen 33f führt.
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Auch wenn die vorliegende Erfindung zum besseren Verständnis bezüglich der bevorzugten Ausführungsform offenbart worden ist, kann sie auch in verschiedenen Arten und Weisen ausgeführt werden, ohne dabei vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen bezüglich der dargestellten Ausführungsformen enthalten kann, ohne dabei vom Prinzip der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargestellt, abzuweichen.
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Der Statorkern 32 der vorstehenden Ausführungsform weist zum Beispiel zwei der Leitersegmente 33 in jedem der Schlitze 35 auf, kann jedoch auch derart ausgestaltet sein, um drei oder mehr der Leitersegmente 33 in jedem der Schlitze 35 aufzuweisen. 7 stellt eine Modifikation des Statorkerns 32 dar. Der Statorkern 32 weist Schlitze 135 auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben ausgebildet auf. In jedem der Schlitze 135 sind vier Leitersegmente 133 in radialer Richtung des Statorkerns 32 in Form eines Stapels mit mehreren Schichten aufgereiht.
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Ein Isolator 134 ist zwischen der Anordnung der Leitersegmente 133 und einer Innenwand von jedem der Schlitze 135 angeordnet. Enden der Leitersegmente 133 sind wie in 8 dargestellt verbunden. Vierte Leitersegmente 133, die in jedem der Schlitze 135 eingepasst sind, erstrecken sich abwechselnd in entgegengesetzte Umfangsrichtungen des Statorkerns 32. Genauer gesagt, Endabschnitte der Leitersegmente 133, die in einer radial äußersten Position innerhalb der Schlitze 135 angeordnet sind, neigen sich im Uhrzeigersinn, wie in der Figur dargestellt, während sich Endabschnitte der Leitersegmente 133, die in der radialen innersten Position in den Schlitzen 135 angeordnet sind, wie in der Figur dargestellt gegen den Uhrzeigersinn neigen. Die Enden 133d der Leitersegmente 133 in jedem der Schlitze 135 sind mit denen der Leitersegmente 133 in einem der Schlitze 135 verschweißt, was in einem Intervall bzw. Abstand einer gegebenen Anzahl der Schlitze 135 angeordnet ist. Die Enden 133d des Leitersegments 133, das in der radial innersten Position im Schlitz 135 angeordnet ist, ist mit dem des Leitersegments 133, das in der zweiten radial innersten Position in Schlitz 135 angeordnet ist, verbunden. Das Ende 133d des Leitersegments 133, das in der dritten radial innersten Position im Schlitz 135 angeordnet ist, ist mit dem des Leitersegments 133, das in der radial äußersten Position im Schlitz 135 angeordnet ist, verbunden. Die Schweißstellen 133f sind auf einem der Enden des Statorkerns 32 in Form von zwei ringförmigen Anordnungen angeordnet. Jede der Schweißstellen 33f ist von in Umfangsrichtung und radial benachbarten Schweißstellen 133f beabstandet.
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Die Tropfenform der WIG-geschweißten Enden 33d oder 133d der Leitersegmente 33 oder 133 ermöglicht es, dass die Enden 33b oder 133b nahe zueinander angeordnet werden können, selbst wenn der Stator 2 in einem klein ausgelegten AC-Generator für Automobile installiert ist, ohne dabei die Anzahl der Schlitze 35 oder 135 zu verändern oder dies auf Kosten der elektrischen Isolation der Enden 33d oder 133d zu machen. Die Leitersegmente 33 oder 133 können in einer Form ausgebildet sein, welche die Wendeabschnitte 33c nicht vorsieht.
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9 stellt ein Leitersegment 233 dar, das eine Modifikation des Leitersegments 33 darstellt. Das Leitersegment 233 weist nicht den Wendeabschnitt 33c auf, und besteht aus einem Innenschlitzabschnitt 233h und Aussenschlitzabschnitte 233i, die sich von den Enden des Innenschlitzabschnitts 233h erstrecken. Der Innenschlitzabschnitt 233h erstreckt sich gerade und ist innerhalb der Schlitze 35 des Statorkerns 32 anzuordnen. Die Aussenschlitzabschnitte 233i sind vom Innenschlitzabschnitt 233h gebogen und außerhalb der Schlitze 35 in Axialrichtung des Statorkerns 32 anzuordnen. Die Aussenschlitzabschnitte 233i sind in einem gegebenen Winkel zu den Enden des Statorkerns 32 geneigt. Die Aussenschlitzabschnitte 233i der Leitersegmente 233 in jedem der Schlitze 35 sind, wie aus 10 zu entnehmen, an deren Enden mit denen der Aussenschlitzabschnitte 233i der Leitersegmente 233, die sich von anderen der Schlitze 35 aus erstrecken, verschweißt, um die Statorwicklung bereitzustellen. Die Schweißstellen 233f der Leitersegmente 233 sind über den Enden des Statorkerns 32 in Umfangsrichtung angeordnet, und werden von den Kühlventilatoren 11 und 12 gekühlt, die an den Enden des Rotors 2 gesichert bzw. angebracht sind,.
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Die Schweißstellen 233f sind wie in den vorstehenden Ausführungsformen mit einem Isolationsmaterial beschichtet und weisen eines der Strukturmuster U1, U2, U3 und U4, wie in den 5(c) bis 5(f) dargestellt, auf, um einen Adhäsionsgrad der Isolationsschichten an den Oberflächen zu gewährleisten, welcher groß genug ist, um diese davor zu schützen, entfernt zu werden, wenn die Oberflächen der Isolationsschicht durch Kühlluft mit Staub oder Unreinheiten in Verbindung kommt und beschädigt wird.
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Der AC-Generator 1 kann alternativ von einem innen gekühlten Typ sein, welcher mit nur einem einzigen zentrifugalen Kühlventilator ausgestattet ist. Der AC-Generator 1 kann mit einem Kühlventilator ausgestattet sein, der die Luft zu den Schweißstellen 33f in Axialrichtung des Stators 2 bläst.
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Die Statorwicklung kann alternativ, wie in 11 dargestellt, auf einer Mehrzahl von Leitersegmenten 330 (nur zwei sind zur Abkürzung der Darstellung dargestellt) hergestellt sein, wobei jede davon durch eine Kette der U-förmigen Leitersegmente 33 von 2 miteinander verbunden ist. Jedes der Leitersegmente 330 ist in einer gegebene Anzahl der Schlitze 35 gewickelt. Enden 330d der Leitersegmente 330, die sich vom selben Schlitz 35 aus erstrecken, sind, wie in 12 dargestellt, radial nach außen vom Statorkern 32 gebogen und zusammengeschweißt, wodurch eine von mehreren Phasenwicklungen ausgebildet wird. Die Enden 33d sind wie in der vorstehenden Ausführungsform nach einem der Strukturmuster U1, U2, U3 und U4 von 5(c) bis 5(f) hergestellt und mit einem Isolationsmaterial beschichtet.
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Der Stator 2 der Erfindung ist zudem in AC-Generatoren verwendbar, die zum Kühlen des Stators 2 unter Verwendung eines Kühlmittels wie Öl gebaut sind, und zwar hinsichtlich eines erhöhten Adhäsionsgrads der Isolationsschicht der Schweißstellen der Statorwicklung.
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Die Enden 33d, 133d, 233d oder 330d der Leitersegmente 33, 133, 233 oder 330 können alternativ durch Nicht-Kontaktschweißverfahren, wie zum Beispiel Bogenschweißen, miteinander verbunden werden.
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Der Stator 2 kann alternativ in Motorgeneratoren für Hybridfahrzeuge vorgesehen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-11686 [0001]
- JP 11-341730 [0003]