DE60027381T2

DE60027381T2 - Drehende elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE60027381T2
Application number: DE60027381T
Authority: DE
Inventors: Hisayuki Yokosuka city Furuse
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: US6624545B1; EP1091475A2; EP1091475B1; JP2001112221A; DE60027381D1; EP1091475A3; JP3580194B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Rotorkern und ein Statorkern einer drehenden elektrischen Maschine sind aus Lagen von dünnen Blechen, wie z. B. einem Silizium-Stahl-Blech, ausgebildet. Üblicherweise werden die dünnen Bleche durch Verschweißen verbunden. Da jedoch ein konvexer Vorsprung in der Schweißposition entsteht, kann der Abstand zwischen den Kernen nicht klein gemacht werden. Das heißt, wenn der Abstand klein gemacht wird, wird der Kern, der dem konvexen Vorsprung zugewandt ist, durch den konvexen Vorsprung störend beeinflusst.
Daher ist die gegenüberliegende. Seite einer Magnetpolfläche so verschweißt, dass es kein Schweißteil mit einer Oberfläche (Magnetpolfläche) gibt, die einem anderen Kern zugewandt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Rotierende elektrische Maschinen sind aus US 5793136 , JP-A-52146807 und JP-A-54041401 bekannt.
US 5793136 offenbart eine rotierende elektrische Maschine, die einen mittleren Kern, der mehrere Bleche aufweist, die in axialer Richtung gestapelt sind, einen äußeren Kern, der außerhalb des mittleren Kerns angeordnet ist und der sich relativ zum mittleren Kern dreht, und einen inneren Kern aufweist, der innerhalb des mittleren Kerns angeordnet ist und der sich relativ zum mittleren Kern dreht, wobei die mehreren Bleche durch ein Verbindungselement mit einem ersten Befestigungselement verbunden sind.
JP-A-52146807 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, wobei die Maschine einen mittleren Kern hat, der mehrere, in einer axialen Richtung gestapelte Bleche aufweist, einen äußeren Kern, der außerhalb des mittleren Kerns angeordnet ist, der sich relativ zum mittleren Kern dreht, und einen inneren Kern aufweist, der innerhalb des mittleren Kerns angeordnet ist, der sich relativ zum mittleren Kern dreht, und das Verfahren aufweist: Verbinden der mehreren Bleche durch ein Verbindungselement mit einem ersten Befestigungselement.
Jedoch sind in der rotierenden elektrischen Maschine, in der ein Stator und zwei Rotoren, wie durch JP-A-H9-275673 offenbart, das vom japanischen Patentamt im Jahre 1997 veröffentlicht wurde, sowohl die Innen- als auch Außenflächen eines mittleren Kerns Magnetpolflächen, sodass die gegenüberliegende Seite der Magnetpolfläche nicht, wie oben erwähnt, verschweißt werden kann.
Wenn eine der Oberflächen geschweißt wird, kann der Abstand zum Kern, der der geschweißten Fläche zugewandt ist, nicht klein gemacht werden.
JP-A-53015502, der nächstliegende Stand der Technik, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, wobei die Maschine einen mittleren Kern hat, der mehrere, in axialer Richtung gestapelte Bleche aufweist. Ferner ist ein äußerer Kern vorgesehen, der außerhalb des mittleren Kerns angeordnet ist, wobei sich der mittlere Kern relativ zum äußeren Kern dreht. Schließlich ist ein innerer Kern im Innern des mittleren Kerns angeordnet, wobei sich der innere Kern relativ zum mittleren Kern dreht.
Das Verfahren weist ferner die Schritte des Verbindens der mehreren Bleche durch ein Verbindungselement an einem ersten Befestigungselement, des Einbettens von Spulen in die mehreren Bleche und des Einführens des inneren Kerns in das Innere der mehreren Bleche und des Befestigens des inneren Kerns im Innern der mehreren Bleche über ein Lager auf.
Letztlich beschreibt JP-A-62053158 einen Stator, der an einem Hauptkörper befestigt ist, und einen Rotor, der an einer Rotorwelle befestigt ist, die über Lager drehbar mit dem Hauptkörper verbunden ist. Die innere Umfangsfläche des Stators und die äußere Umfangsfläche des Rotors sind poliert und behandelt, um Unregelmäßigkeiten zu reduzieren. Schmierfilme von ca. 5 bis 10 μm sind auf der inneren Umfangsfläche des Stators und der äußeren Umfangsfläche des Rotors durch eine Beschichtung aufgebracht. Ein Luftspalt mit einer Größe von z. B. ca. 40 μm ist zwischen den Schmierfilmen ausgebildet.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, den oben genannten konvexen Vorsprung zu eliminieren und den Abstand zwischen den Kernen klein zu machen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die Kombination der Eigenschaften von Anspruch 1 erreicht. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Einzelheiten sowie andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind im Rest der Beschreibung dargelegt und in der anliegenden Zeichnung gezeigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Erfindung.
2 zeigt ein dünnes Blech, das einen externen Rotorkern der rotierenden elektrischen Maschine bildet.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine während einer Montage.
4 zeigt den linken Flansch der rotierenden elektrischen Maschine.
5 zeigt die detaillierte Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine.
6 ist ähnlich 1, zeigt aber ein unterschiedliches Beispiel.
7 zeigt ein dünnes Blech, das den Statorkern der rotierenden elektrischen Maschine des unterschiedlichen Beispiels zeigt.
8 zeigt das befestigte Blech der rotierenden elektrischen Maschine des unterschiedlichen Beispiels.
9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine des unterschiedlichen Beispiels während einer Montage.
10 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine des unterschiedlichen Beispiels.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es muss erwähnt werden, dass das unterschiedliche Beispiel gemäß den 6–10 von den anliegenden Ansprüchen nicht abgedeckt wird, aber zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen soll.
Mit Bezug auf 1 der Zeichnung ist eine rotierende elektrische Maschine dieser Erfindung mit einem inneren Rotorkern 1 (innerer Kern), einem äußeren Rotorkern 2 (mittlerer Kern) und einem Statorkern 3 (äußerer Kern) in einem Gehäuse 7 ausgerüstet. Der äußere Rotorkern 2 ist außerhalb des inneren Rotorkerns 1 angeordnet und der Statorkern 3 ist außerhalb des äußeren Rotorkern 2 angeordnet. Der innere Rotorkern 1 und der äußere Rotorkern 2 drehen sich relativ zueinander, und der äußere Rotorkern 2 und Statorkern 3 drehen sich ebenfalls relativ zueinander.
Der innere Rotorkern 1, der äußere Rotorkern 2 und der Statorkern 3 sind entsprechend aus Stapeln von mehreren dünnen Silizium-Stahl-Blechen in axialer Richtung ausgebildet. Der innere Rotorkern 1 wird durch eine Welle 4 gelagert. Der äußere Rotorkern 2 ist an einem rechten Flansch 5 und einem linken Flansch 6 befestigt. Der Stator 3 ist am Gehäuse 7 befestigt.
Die in 1 gezeigte rotierende elektrische Maschine wird wie folgt hergestellt.
Bei dem inneren Rotorkern 1 und dem Statorkern 3 sind nur die Oberflächen Magnetpolflächen, die dem äußeren Rotorkern 2 zugewandt sind, sodass die gestapelten dünnen Bleche durch Anschweißen der gegenüberliegenden Seiten an die Magnetpolflächen verbunden werden können. Nach dem Anschweißen werden die den Magnetpolflächen der verbundenen dünnen Bleche entsprechenden Teile oberflächenbearbeitet.
Jedoch sind sowohl die innere Umfangsfläche als auch äußere Umfangsfläche des äußeren Rotorkerns 2 Magnetpolflächen, sodass die dünnen Bleche nicht durch Anschweißen verbunden werden können. Deshalb sind Löcher 2B in den dünnen Blechen 2A, die den äußeren Rotorkern 2 bilden, wie in 2 gezeigt, vorgesehen, und die Bleche werden verbunden, indem Bolzen 9 durch diese Löcher 2B hindurchgeführt werden.
Speziell werden die dünnen Bleche 2A zuerst gestapelt und dann zusammen mit einer Platte 8 durch Bolzen 9 am rechten Flansch 5 befestigt. Als Nächstes wird, wie in 3 gezeigt, der rechte Flansch 5, an dem die dünnen Bleche 2A und die Blech 8 vor-befestigt sind, in einem Einspannfutter 100 einer Schleifmaschine befestigt und danach werden die innere Umfangsfläche und die äußere Umfangsfläche des äußeren Rotorkerns 2 mit einem Schleifstein 101 durch Drehen geschliffen. Da die Oberseite des Gebildes offen ist, kann die innere Umfangsfläche des äußeren Rotorkerns 2 leicht oberflächenbearbeitet werden. Hierbei wird Schleifen als Oberflächen-Bearbeitungsverfahren verwendet, aber ein anderes Oberflächen-Bearbeitungsverfahren kann verwendet werden, wenn die innere Umfangsfläche und die äußere Umfangsfläche des äußeren Rotorkerns 2 dadurch oberflächenbearbeitet werden können.
Nachdem eine Oberflächenbearbeitung abgeschlossen ist, wird der innere Rotor, der zuvor vormontiert wurde, eingesetzt und über ein Lager befestigt.
Mehrere Löcher 11, durch die die Spitzen der Bolzen 9 hindurchgehen und mehrere Löcher 12, die einen Sitz für einen Befestigungsbolzen 10 haben, sind auf dem gleichen Umfang im linken Flansch, wie in 4 gezeigt, abwechselnd ausgebildet. Der äußere Rotorkern 2 wird durch die Bolzen 10 am linken Flansch 6 befestigt.
Daher ist der äußere Kern 2 am rechten Flansch 5 durch die Bolzen 9 (z. B. drei oder mehr Bolzen auf dem gleichen Umfang) befestigt und, wie im in 3 gezeigten Zustand, nicht am linken Flansch 6 befestigt, aber nachdem der innere Rotorkern 1 in der äußeren Rotorkern 2 eingesetzt ist, wird er mittels der Bolzen 10 (z. B. drei oder mehr Bolzen auf dem gleichen Umfang) sowohl am linken Flansch 6 als auch am rechten Flansch 5 befestigt.
Der äußere Rotorkern 2, der rechte Flansch 5, der linke Flansch 6, die Platte 8 und die Bolzen 9 sind zu einem Bauteil zusammengefügt, um den äußeren Rotor zu bilden.
Nicht gezeigte Löcher, in denen Permanentmagnete angeordnet sind, sind im inneren Rotorkern 1 und dem äußeren Rotorkern 2 vorgesehen. Nicht gezeigte Teile, in denen Spulen eingebaut sind, sind im Statorkern 3 vorgesehen. Diese Permanentmagnete und Spulen werden vor dem Zusammenbau an den Rotorkernen 1 und 2 oder dem Statorkern 3 vor-befestigt.
Daher sind sowohl die innere Umfangsfläche als auch die äußere Umfangsfläche Magnetpolflächen, aber gemäß dieser Erfindung können die innere Umfangsfläche und äußere Umfangsfläche in einem Zustand endbearbeitet werden, in dem nur eine Seite am rechten Flansch 5 befestigt ist, sodass eine maschinelle Bearbeitung der inneren Umfangsfläche einfach ist. Daher können die Magnetpolflächen exakt endbearbeitet werden und der Abstand zwischen Kernen kann klein gemacht werden. Da darüber hinaus ein Anschweißen nicht angewendet wird, sind die Magnetpolflächen geschützt.
5 zeigt einen detaillierten Querschnitt der in 1 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine. In 1 ist die Konstruktion vereinfacht, sodass sie einfach zu verstehen ist. Die Form der Struktur-Bauteile zwischen 1 und 5 ist unterschiedlich, aber Bauteile, die durch die gleichen Symbole bezeichnet sind, sind die gleichen Bauteile.
Die dünnen Bleche, die den inneren Kern 1 und Stator 3 bilden, werden durch Anschweißen verbunden, aber in den dünnen Blechen, die diese Bauteile ausbilden, können Löcher, wie im Fall des äußeren Rotorkerns 2, vorgesehen werden und sie können durch Bolzen verbunden werden.
6 zeigt ein unterschiedliches Beispiel.
Die rotierende elektrische Maschine des unterschiedlichen Beispiels ist, wie im Fall der in 1 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine, mit einem inneren Rotorkern 21 (innerer Kern), äußeren Rotorkern 22 (äußerer Kern) und Statorkern 23 (mittlerer Kern) ausgestattet, die sich im Gehäuse relativ zueinander drehen. In dieser Ausführungsform ist der Statorkern 23 außerhalb des inneren Rotorkerns 21 angeordnet und der äußere Rotorkern 22 ist außerhalb des Statorkerns 23 angeordnet.
Der innere Rotorkern 21, der äußere Rotorkern 22 und der Statorkern 23 sind entsprechend aus Stapeln von mehreren dünnen Silizium-Stahl-Blechen ausgebildet. Der innere Rotorkern 21 wird durch eine Welle 24 gelagert und der äußere Rotorkern 22 wird durch eine Welle 25 gelagert. Der Statorkern 23 ist an einem Flansch 26 zusammen mit einer Platte 27 mittels Bolzen 28 befestigt.
7 zeigt ein dünnes Blech 23A, das den Statorkern 23 bildet. Das dünne Blech 23A weist mehrere I-förmige Teil-Kerne 23B auf dem gleichen Umfang auf. Eine Aussparung 23C, durch die ein Bolzen 28 hindurchgeht, ist zwischen benachbarten Teil-Kernen ausgebildet.
8 zeigt die Platte 27. Löcher 27A, die einen Sitz für den Bolzen 28 aufweisen, sind in der Platte 27 an den den Aussparungen 23C des Statorkerns 23 entsprechenden Positionen vorgesehen.
Die in 6 gezeigte rotierende elektrische Maschine wird wie folgt hergestellt.
Bei dem inneren Rotorkern 21 und dem äußeren Rotorkern 22 werden, da nur die den Statorkern 23 zugewandten Oberflächen Magnetpolflächen sind, mehrere dünne Bleche durch Verschweißen der den Magnetpolplatten gegenüberliegenden Seite verbunden. Nach dem Verschweißen werden die Teile, die die Magnetpolflächen der verbundenen dünnen Bleche sind, oberflächenbearbeitet.
Im Statorkern 23 sind sowohl die innere Umfangsfläche als auch die äußere Umfangsfläche Magnetpolflächen, sodass die dünnen Bleche nicht durch Verschweißen verbunden werden können. Die Aussparungen 23C sind folglich in jedem dünnen Blech 23A vorgesehen und die dünnen Bleche 23A werden danach durch Durchführen der Bolzen 28 durch die Aussparungen 23C befestigt.
Zuerst werden, wie in 9 gezeigt, die dünnen Bleche 23A, die den Statorkern 23 bilden, gestapelt und dann mittels der Bolzen 28 zusammen mit der Platte 27 am Flansch 26 befestigt. Als Nächstes wird der Flansch 26, an dem die Platte 23A und die Platte 27 vor-befestigt sind, in dem Einspannfutter 100 der Schleifmaschine befestigt und dann werden die innere Umfangsfläche und die äußere Umfangsfläche des Statorkerns 23 mit dem Schleifstein 101 durch Drehen geschliffen.
Nach der wird der zuvor montierte innere Rotor eingesetzt und über ein Lager befestigt. Auch der zuvor montierte äußere Rotor wird an der Außenseite des Stators über ein Lager befestigt.
Nicht gezeigte Löcher sind vorgesehen, um Permanentmagnete in den inneren Rotorkern 21 und den äußeren Rotorkern 22 einzubauen und nicht gezeigte Teile sind vorgesehen, um Spulen in den Statorkern 23 einzubauen. Die Permanentmagnete und Spulen sind an den Rotorkernen 21 und 22 oder dem Statorkern 23 vor einer Montage entsprechend vor-befestigt.
Deshalb sind sowohl die inneren als auch äußeren Umfangsflächen Magnetpolflächen, aber die inneren und äußeren Oberflächen werden oberflächenbearbeitet, während der Statorkern 23 nur am Flansch 26 befestigt ist, sodass die maschinelle Bearbeitung der inneren Oberfläche einfach durchgeführt werden kann. Die Magnetpolflächen können exakt endbearbeitet werden und der Abstand zwischen den Kernen kann ebenfalls klein gemacht werden. Da darüber hinaus ein Verschweißen nicht angewendet wird, sind die Magnetpolflächen geschützt.
10 zeigt einen detaillierten Querschnitt der in 6 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine. In der schematischen Ansicht von 6 sind die Formen zur Erleichterung des Verständnisses vereinfacht gezeichnet. Die Formen von Struktur-Bauteilen sind zwischen 6 und 10 unterschiedlich, aber Bauteile, die mit der gleichen Zahl bezeichnet sind, sind identische Bauteile.
Hierin werden die dünnen Bleche, die den inneren Rotorkern 21 und den äußeren Rotorkern 22 bilden, durch Verschweißen verbunden, aber Löcher können in den dünnen Blechen, die sie ausbilden, wie im Fall des Statorkerns 23 vorgesehen werden und danach können sie durch Bolzen verbunden werden.
Diese Erfindung kann auch auf andere Konstruktionen, als die in 1 gezeigte, angewendet werden. Zum Beispiel kann diese Erfindung auf ähnliche Weise auf den inneren Rotorkern einer rotierenden elektrischen Maschine angewendet werden, bei der der innere Rotorkern im Innern des äußeren Rotorkerns angeordnet ist und der Statorkern im Innern des inneren Rotorkerns angeordnet ist, indem der innere Rotorkern auf die gleiche Weise, wie in 1 oder 3 gezeigt, ausgebildet wird.
Obwohl die Erfindung zuvor mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsform werden dem Durchschnittsfachmann angesichts der obigen Lehre einfallen. Der Umfang der Erfindung ist mit Bezug auf die anliegenden Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer drehenden elektrischen Maschine, wobei die Maschine einen mittleren Kern (2), der mehrere Bleche (2A) aufweist, die in einer axialen Richtung gestapelt sind, einen äußeren Kern (3), der außerhalb des mittleren Kerns (2) angeordnet ist, der sich relativ zum äußeren Kern (3) dreht und einen inneren Kern (1) aufweist, der innerhalb des mittleren Kerns (2) angeordnet ist, wobei sich der innere Kern (1) relativ zum mittleren Kern (2) dreht, und das Verfahren aufweist: Verbinden der mehreren Bleche (2A) durch ein Verbindungselement (9) mit einem ersten Befestigungselement (5), Endbearbeiten der inneren und äußeren Umfangsflächen der mehreren Bleche (2A) in einem Zustand, in dem die mehreren Bleche (2A) nur mit dem ersten Befestigungselement (5) verbunden sind, Einbetten von Permanentmagneten in die mehreren Bleche, Einsetzen des inneren Kerns in das Innere der mehreren Bleche und Befestigen des inneren Kerns im Inneren der mehreren Bleche über ein Lager, und Verbinden der gegenüberliegenden Seite der Seite der mehreren Bleche, die mit dem ersten Befestigungselement verbunden wurde, mit einem zweiten Befestigungselement, nachdem die inneren und äußeren Umfangsflächen der mehreren Bleche endbearbeitet wurden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (9) ein Bolzen ist, ein Loch (2B), durch das der Bolzen hindurchgeht, in den mehreren Bleche (2A) ausgebildet ist, und die mehreren Bleche (2A) mit dem ersten Befestigungselement (5) durch Durchführen des Bolzens durch das Loch (2B) verbunden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Bleche (2A) ringförmige dünne Bleche sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der mittlere Kern und innere Kern Rotorkerne sind und der äußere Kern ein Statorkern ist.