DE10302947A1

DE10302947A1 - Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgelegte Generatorstatorbaugruppe mit Wicklungen aus durchgehendem Rechteckdraht

Info

Publication number: DE10302947A1
Application number: DE10302947A
Authority: DE
Inventors: Kirk E Neet
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2003-08-21
Also published as: US20030137204A1; US6759779B2; GB0229674D0; US6750581B2; GB2390486A; US20030137205A1; US6826823B2; US20040183389A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Statorbaugruppe für eine elektrische Maschine, zum Beispiel für einen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgelegten Generator. Die Statorbaugruppe umfasst ein aus Metall bestehendes Statorpaket mit Wicklungen, die durch Wicklungsnuten des Statorpakets geführt werden. Für jede Phase der Maschine wird ein Paar durchgehender Leiter eingesetzt. Die Wicklungen sind so verflochten, dass sie zwischen den benachbarten Wicklungsnuten des Statorpakets abwechselnd die radial innere und äußere Position einnehmen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgelegten Generator und insbesondere auf einen Generator mit einer verbesserten Statorwicklungskonfiguration.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Generatortyp, der insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen einschließlich Personenkraftwagen und Leicht-Lastkraftwagen ausgelegt ist. Diese Vorrichtungen werden in der Regel durch eine Riemenscheibe angetrieben, über die ein mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbundener Antriebsriemen läuft. Die durch den Antriebsriemen angetriebene Riemenscheibe des Generators dreht eine interne Läuferbaugruppe, so dass Wechselstrom erzeugt wird. Dieser Wechselstrom wird gleichgerichtet, und der resultierende Gleichstrom wird an den Verteilerbus und die Batterie des Kraftfahrzeugs geleitet.
Generatoren werden bereits seit vielen Jahrzehnten in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die steigenden Anforderungen bei der Entwicklung moderner, preiswerter und leistungsfähiger Kraftfahrzeuge haben jedoch dazu geführt, dass heute besonders großer Wert auf die Entwicklung effizienterer Generatoren gelegt wird. Moderne Kraftfahrzeuge sind mit wesentlich mehr elektrischen Geräten und Zubehörteilen ausgestattet als Kraftfahrzeuge vorheriger Generationen. Zu diesen elektrischen Geräten und Zubehörteilen zählen die Innen- und Außenbeleuchtung, Klimaanlagen, immer fortschrittlichere Motorsteuerungssysteme, Fahrstabilitätssysteme, Traktionskontrollsysteme, Antiblockier-Bremssysteme sowie Audioanlagen und Telematiksysteme. Mit der breiten Einführung elektromechanischer Servolenkungen und elektrischer Bremssysteme werden zusätzliche Anforderungen an die Generatorleistung gestellt werden. Bei der Entwicklung moderner Generatoren muss darüber hinaus berücksichtigt werden, dass die Anforderungen an das elektrische System eines Fahrzeugs stark schwanken, und zwar unabhängig von der je nach Fahrzustand variierenden Betriebsdrehzahl des Motors, über den der Generator angetrieben wird.
Neben den hohen Anforderungen an die Generatorleistung sind bei der Entwicklung neuer Generatoren weitere Aspekte zu berücksichtigen. So sollten Generatoren möglichst klein und leicht sein, um wenig Platz im Motorraum zu beanspruchen und den Kraftstoffverbrauch nicht übermäßig zu erhöhen.
Darüber hinaus sollte neben einer hohen Leistung auch ein möglichst hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung der vom Antriebsriemen übertragenen mechanischen Leistung in Strom erzielt werden, da auf diese Weise der gesamte thermische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erhöht und seine Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird. Wie bei allen für den Einsatz in der Massenproduktion von Kraftfahrzeugen ausgelegten Komponenten ist auch bei der Entwicklung von Generatoren der Kostenaspekt von großer Bedeutung.
Es gibt mehrere konstruktive Ansätze, den Wirkungsgrad eines Generators zu erhöhen. Der Generator umfasst eine Läuferbaugruppe, die ein rotierendes Magnetfeld mit wechselnder Polarität erzeugt. Dieses rotierende Magnetfeld mit wechselnder Polarität durchdringt eine ringförmige Statorpaketbaugruppe, die die Läuferbaugruppe dicht umschließt. Die Statorpaketbaugruppe weist eingebettete Leiterwicklungen auf. Bei der Entwicklung und Fertigung der Statorpaketbaugruppe einschließlich des Statorpakets und der Wicklungen sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen. Das Statorpaket weist eine Reihe radial ausgerichteter Wicklungsnuten auf. Bei manchen Generatormodellen sind herkömmliche Drähte mit rundem Querschnitt in die Wicklungsnuten des Statorpakets eingebettet. Die Windungen dieser Drähte liegen in den Wicklungsnuten aneinander an. Aufgrund des runden Querschnitts der Drähte bleiben jedoch Luftzwischenräume zwischen den benachbarten Windungen. Bei diesen Luftzwischenräumen handelt es sich um ungenutzten Raum im Querschnitt des Statorpakets. Da der elektrische Widerstand eines massiven Leiters von seiner Querschnittsfläche abhängt, sind die Luftzwischenräume zwischen den benachbarten Runddrahtwindungerl ineffizient, denn der betreffende Raum wird nicht genutzt, um elektrischen Strom durch die Statorwicklungen zu leiten.
Die Konstruktion von Statorpaketbaugruppen kann daher verbessert werden, indem Statorwicklungen aus Drähten mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt eingesetzt werden. Drähte dieses Typs können sehr dicht gepackt in den Wicklungsnuten des Statorpakets geführt werden, so dass die Leiterwicklung eine größere Querschnittsfläche aufweist und sich ihr Widerstand verringert. Durch den verringerten Widerstand der Wicklungen des Statorpakets wird der Wirkungsgrad erhöht. Man sagt daher, dass Statorpakete mit Leitern aus Rechteckdraht eine erhöhte Wicklungsnutenraumnutzung aufweisen.
Der Einsatz von Leitern aus Rechteckdraht bietet zwar die oben beschriebenen Vorteile, er ist jedoch auch mit bestimmten Herausforderungen verbunden. So ist es schwieriger, Leiter aus Rechteckdraht zu formen und in die Wicklungsnuten des Stators zu wickeln, da die Leiter so ausgerichtet werden müssen, dass ihr Querschnitt optimal an die Form der Wicklungsnut angepasst ist.
Da die Leiter des Stators ausgehend von den zwei axialen Enden des Statorpakets in die Wicklungsnuten geführt werden, werden sie an ihren Enden zu Schleifen geformt, um in die nächste für sie vorgesehene Wicklungsnut zu laufen. Es ist wünschenswert, die Länge bzw. Höhe dieser Wicklungsköpfe zu minimieren, um die Gesamtlänge und somit den Innenwiderstand der Leiter zu verringern.
Darüber hinaus sollte die Statorbaugruppe möglichst wenige elektrische Abschlüsse und Anschlüsse benötigen, da die Notwendigkeit physischer Verbindungen zwischen den Leitern in der Statorbaugruppe die Kosten und die Komplexität des Fertigungsverfahrens erhöht. Ein Merkmal einer vorteilhaft konstruierten Generator-Statorbaugruppe besteht darin, dass die Statorbaugruppe auf einfache Weise angepasst werden kann, um verschiedene Typen von elektrischen Verbindungen zu verwenden und Wechselstrom mit unterschiedlichen Phasenzahlen zu erzeugen. Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgelegte Generatoren weisen häufig eine Dreiphasenkonfiguration auf, wobei die Phasen in einer üblichen Dreieck- oder in Sternschaltung verbunden werden. Wie bereits erwähnt, wird der erzeugte Wechselstrom durch nachgeschaltete elektrische Geräte gleichgerichtet und aufbereitet.
Die erfindungsgemäße für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgelegte Statorpaketbaugruppe für einen Generator berücksichtigt alle oben genannten Entwicklungs- und Fertigungsziele. Bei der erfindungsgemäßen Statorpaketbaugruppe für einen Generator wird ein innovatives Wicklungsmuster eingesetzt, das insbesondere bei Verwendung von Statorwicklungsleitern aus Rechteckdraht vorteilhaft ist. Die Konstruktion gewährleistet eine besonders gute Wicklungsnutzung des durch die Wicklungsnuten gebildeten Raums, erfordert keine inneren Verschweißungen oder andere Leiterverbindungen und weist Wicklungsköpfe mit geringer Höhe auf. Darüber hinaus ist die Konstruktion besonders flexibel, da die Anzahl elektrischer Windungen durch Variieren der Anzahl gewickelter Lagen oder durch Wechseln zwischen Parallelschaltung und Reihenschaltung der Leiter geändert werden.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für einen Fachmann aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform sowie aus den aufgeführten Patentansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines typischen aus dem Stand der Technik bekannten Generators;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Statorpakets der erfindungsgemäßen Statorpaketbaugruppe;
Fig. 3 eine weitere Seitenansicht des in Abb. 1 dargestellten Statorpakets;
Fig. 4 ist ein Ausschnitt einer ähnlichen Seitenansicht eines Statorpakets wie in Abb. 2 dargestellt, allerdings sind hier Statorwicklungen in die Wicklungsnuten des Statorpakets eingebettet;
Fig. 5 eine Seitenansicht einer fertigen erfindungsgemäßen Statorpaketbaugruppe;
Fig. 6 eine Aufsicht auf eine vollständige erfindungsgemäße Statorpaketbaugruppe;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Wicklungsmusters für eine erfindungsgemäße Statorpaketbaugruppe;
Fig. 8 ein Wicklungsmuster analog zu dem in Abb. 7 mit mehreren Lagen von Statorwicklungen in einer vollständigen Statorpaketbaugruppe; und
Fig. 9 alternative Querschnittsformen für die Wicklung gemäß vorliegender Erfindung.
Als Grundlage für eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wird in Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Generatorkonfiguration dargestellt. In dieser Abbildung wird ein Generator 10 mit einem Gehäuse 12 gezeigt. Eine Läuferwelle 14 des Generators läuft in Wälzlagern 16 und 18. Eine Riemenscheibe 20 ist am hervorstehenden vorderen Ende der Läuferwelle 14 befestigt. Ein Lüfter 22 dreht sich mit der Welle 14, so dass ein Kühlluftstrom zur Wärmeabfuhr von Generator 10 entsteht. Ein vorderes und ein hinteres Polstück 24 und 26 des Generators drehen sich, mit der Welle 14 und weisen Klauenfinger 28 und 30 auf. Die Klauenfinger 28 und 30 greifen ineinander und bilden so die bekannte Klauenpolgenerator-Konfiguration. Die Erregerwicklung 32 befindet sich in dem durch die Polstücke 24 und 26 gebildeten Hohlraum. Der Erregerwicklung 32 wird über ein Paar Schleifringe 34 und 36 und Bürsten eine Gleichspannung zugeführt.
Die Läuferbaugruppe 38, die die Polstücke 24 und 26, die Wicklung 32 und die Schleifringe 34 und 36 umfasst, erzeugt ein Magnetfeld mit wechselnder Polarität, das sich mit der Drehung der Läuferbaugruppe dreht. Obwohl den Schleifringen 34 und 36 eine Gleichspannung zugeführt wird, wird durch das Ineinandergreifen der Polstücke 24 und 26 ein Magnetfeld mit wechselnder Polarität erzeugt. Dieses Magnetfeld durchdringt die radial um die Läuferbaugruppe 36 angeordneten Wicklungen 46 der Statorpaketbaugruppe 38. Die Bewegung des durch die Läuferbaugruppe 38 erzeugten Magnetfelds mit wechselnder Polarität erzeugt auf bekannte Weise einen Strom, in den Wicklungen 46 der Statorpaketbaugruppe 38.
Die in der Statorpaketbaugruppe 40 des Generators 10 erzeugte elektrische Energie wird über Gleichrichterdioden (nicht gezeigt) und gegebenenfalls Filter- und Aufbereitungseinrichtungen geführt, bevor sie an den Verteilerbus des Kraftfahrzeugs geleitet wird. Damit der vom Generator 10 erzeugte Wechselstrom die gewünschte Effektivspannung aufweist, wird an die Erregerwicklungen 32 eine geeignete Gleichspannung angelegt. Hierzu werden Spannungsregler eingesetzt. Je nach Konstruktion und Wicklungsmuster der Wicklungen 46 kann die erzeugte Wechselspannung einphasig oder mehrphasig sein.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 8 Details der erfindungsgemäßen Statorpaketbaugruppe 41 beschrieben. Die Statorpaketbaugruppe 41 umfasst im Wesentlichen ein Statorpaket 45 und Leiterwicklungen 47. Die Fig. 2 und 3 zeigen das Statorpaket 45 vor Aufbringung der Wicklungen 47. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, handelt es sich bei dem Statorpaket 45 um ein ringförmiges Metallbauteil mit einem Außenumfang 48, einem Innenumfang 50 und radial ausgerichteten Wicklungsnuten 52. Die Wicklungsnuten 52 verlaufen vom Innenumfang 50 zum Außenumfang 48, ohne diesen zu berühren. Die Wicklungsnuten 52 sind in gleichmäßigen Abständen längs des Statorpakets 45 angeordnet. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, weist das Statorpaket 45 plane Endflächen auf, die als Anschlussseite 54 und Nichtanschlussseite 56 bezeichnet sind.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht einer Reihe benachbarter Wicklungsnuten 52 des Statorpakets 45. Die Wicklungen 47 bestehen aus elektrischen Leitern aus Rechteckdraht, der insbesondere auch einen quadratischen Querschnitt aufweisen kann. Die Leiter der Wicklungen 47 weisen vorzugsweise eine Breite auf, die es ermöglicht, dass sie eng in den Wicklungsnuten 52 anliegen. Die Wicklungen 47 werden dicht gepackt in die Wicklungsnuten 52 geführt, wobei benachbarte Windungen einander in radialer Richtung überlagern, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 8 das Wicklungsmuster detailliert beschrieben, das ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Zur Vereinfachung werden zur Beschreibung des Wicklungsmusters die folgenden Variablen verwendet:
n = Phasenzahl des Generators (Phasen des erzeugten Wechselstroms);
m = Anzahl der Wicklungsnuten 52 im Statorpaket 45;
L = Anzahl der Wicklungslagen, einschließlich der radialen Außenlage (L≥1);
K = Bezeichnung der einzelnen Lagen, wobei gilt: K = 1 für die Außenlage,
K = 2 für die erste mittlere Lage und so weiter.
Die Wicklungen 47 bestehen aus mindestens zwei verschiedenen, jeweils durchgehenden Leitern (das heißt aus Leitern, die, nicht aus mehreren mechanisch verbundenen Leiterteilen bestehen). In der Regel werden für jede Phase zwei Leiter verwendet, so dass ein Einphasengenerator zwei Leiter aufweisen kann, ein Dreiphasengenerator sechs Leiter und so weiter. In Fig. 4 werden die zwei Leiter als A und B bezeichnet, und die einzelnen Lagen sind in jeder Wicklungsnut 52 in einer radialen Reihe angeordnet. Diese Reihe verläuft in jeder Wicklungsnut 52 radial vom in Richtung des Außenumfangs 48 des Stators gelegenen "Grund" der Wicklungsnut 52 zu einer inneren, in Richtung des Innenumfangs 50 des Stators gelegenen Position. Wie bereits erwähnt wird in der Regel eine Dreiphasenkonfiguration eingesetzt, es sind jedoch auch Sechsphasenkonfigurationen möglich. Um die Darstellung zu vereinfachen, werden die Wicklungen 47 in Fig. 4 jedoch mit einem Wicklungsmuster zur Erzeugung von Einphasenstrom gezeigt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 die Bildung der Außenlage K1 der Wicklungen 47 beschrieben. Um die Komplexität der folgenden Beschreibung zu verringern, werden die Wicklungsnuten 52 im Folgenden mit laufenden Nummern im Bereich von 1 bis m bezeichnet. Darüber hinaus wird ein Paar von Leitern A und B in einer Wicklungsnut 52 als eine Lage betrachtet. Der erste Anschluss 58 des Leiters A befindet sich auf der Anschlussseite 54 des Statorpakets 45 und an der äußersten Position der Wicklungsnut Nummer 1. Von der Wicklungsnut Nummer 1 läuft der Leiter A von der gegenüberliegenden Seite des Statorpakets (das heißt von der Nichtanschlussseite 56) und dann nach einer Biegung in Radialrichtung nach innen und entlang des Umfangs des Statorpakets in Richtung der Wicklungsnut Nummer n+1 (das heißt in diesem Fall Wicklungsnut Nummer 2). In der Wicklungsnut Nummer n+1 (bzw. Wicklungsnut Nummer 2) befindet sich der erste Anschluss 60 des Leiters B auf der Anschlussseite 54 an der äußersten Position der Wicklungsnut, wohingegen der Leiter A sich an der zweitäußersten Position der Wicklungsnut befindet. Von der Wicklungsnut Nummer n+1 (bzw. Wicklungsnut Nummer 2) läuft der Leiter A nach einer Biegung in Radialrichtung nach außen und entlang des Umfangs des Statorpakets in Richtung der Wicklungsnut Nummer 2n+1 (das heißt in diesem Fall Wicklungsnut Nummer 3) auf der Anschlussseite 54 des Statorpakets 45, wohingegen der Leiter B nach einer Biegung in Radialrichtung nach innen und entlang des Umfangs des Statorpakets in Richtung der Wicklungsnut Nummer 2n+1 (das heißt in diesem Fall Wicklungsnut Nummer 3) auf der Nichtanschlussseite 56 des Statorpakets 45 läuft. In der Wicklungsnut Nummer 2n+1 (bzw. Wicklungsnut Nummer 3) befindet sich der Leiter B an der zweitäußersten Position der Wicklungsnut, und der Leiter A befindet sich an der äußersten Position der Wicklungsnut. Die Leiter A und B nehmen abwechselnd die äußerste und zweitäußerste Position in der Wicklungsnut ein und bilden zwischen den Wicklungsnuten 52 abwechselnd Endschleifen auf der Anschlussseite 54 und der Nichtanschlussseite 56 des Statorpakets. Dieses Muster wird rund um das Statorpaket 45 fortgesetzt, bis der Leiter A die Wicklungsnut Nummer m+1-n erreicht und der Leiter B wieder die Wicklungsnut Nummer 1 erreicht. Wenn dies der Fall ist, wurde im Statorpaket 45 eine erste Außenlage K = 1 der Wicklungen 47 gebildet.
Von der Wicklungsnut Nummer m+1-n läuft der Leiter A nach einer Biegung in Radialrichtung nach innen und entlang des Umfangs des Statorpakets in Richtung der Wicklungsnut Nummer 1 auf der Anschlussseite 54 des Statorpakets 45, wo er sich an der 2K-1 äußersten Position der Wicklungsnut befindet. Von der Wicklungsnut Nummer 1 läuft der Leiter B nach einer Biegung in Radialrichtung nach innen und entlang des Umfangs des Statorpakets in Richtung der Wicklungsnut Nummer n+1 (das heißt in diesem Fall Wicklungsnut Nummer 2) auf der Anschlussseite 54, wo er sich an der 2K-1 äußersten Position der Wicklungsnut befindet. Von der Wicklungsnut Nummer 1 läuft der Leiter A nach einer Biegung in Radialrichtung nach außen und entlang des Umfangs des Statorpakets in Richtung der Wicklungsnut Nummer n+1 (das heißt in diesem Fall Wicklungsnut Nummer 2) auf der Nichtanschlussseite 56, wo er sich an der 2K äußersten Position der Wicklungsnut befindet. Die Leiter A und B laufen in derselben Richtung weiter wie in der ersten Außenlage, allerdings handelt es sich bei den Wicklungsnutpositionen jetzt um die äußersten Positionen 2K-1 und 2K.
Wenn insgesamt L Lagen gebildet wurden, endet der Leiter A an der innersten Position der Wicklungsnut Nummer m+1-n, wo er einen zweiten Anschluss 64 auf der Anschlussseite 54 bildet, und der Leiter B endet an der innersten Position der Wicklungsnut Nummer 1, wo er einen von der Anschlussseite 54 verlaufenden zweiten Anschluss 66 bildet. Die zwei Leiter A und B werden dann in Parallelschaltung (Stator mit L Windungen) oder in Reihenschaltung (Stator mit 2L Windungen) miteinander verbunden.
Bei einer Dreiphasen-Statorpaketbaugruppe 41 zum Beispiel werden die Phasen des Stators in Dreieckschaltung oder in Sternschaltung verbunden. Außerdem werden die Leiter A und B bei einem Dreiphasengenerator durch jede dritte Wicklungsnut geführt. Die anderen zwei Phasen werden durch zwei weitere Paare von Leitern gebildet und wie oben beschrieben durch die Wicklungsnuten 52 geführt.
Die Wicklungen 47 dieser Erfindung werden durch Wickeln der Außenlage K, der gewünschten Anzahl mittlerer Lagen und der Endanschlüsse gebildet. Die Wicklungen 47 können geformt werden, indem Draht aus einem Vorrat so geführt wird, dass (wie in Fig. 5 für einen Teil der Wicklung 47 in einer Wicklungsnut 52 dargestellt) gerade Wicklungsnutabschnitte 53 in den Wicklungsnuten 52 und Endschleifen 62 gebildet werden, die die Wicklungsnutabschnitte verbinden. Wenn die zwei Leiter A und B in die vorgegebene Form gebracht wurden, werden sie außerhalb des Statorpakets linear verflochten, wobei sich die jeweiligen Endschleifen 62 abwechselnd an einer vorderen und hinteren bzw. inneren Position befinden. An der vorderen bzw. äußeren und der hinteren bzw. inneren Position, wechseln sich die zwei Leiter A und B ab außer in dem Bereich des Lagenwechsels zwischen den Lagen. In diesen Bereichen ist einer der Leiter so gewickelt, dass er sich über drei aufeinander folgende Wicklungsnutabschnitte 53 an der vorderen bzw. äußeren Position befindet, wohingegen der andere Leiter so gewickelt ist, dass er sich über drei aufeinander folgende Wicklungsnutsegmente an der hinteren bzw. inneren Position befindet. Die vier Endschleifen 62 (Anschlussseite 54 und Nichtanschlussseite 56) zwischen diesen drei aufeinander folgenden Bereichen sind in dieselbe Richtung gebogen, so dass eine radial nach innen gerichtete Biegung gebildet wird, wenn die Leiter A und B in das Statorpaket 45 eingelegt werden. Für den Übergang von einer Lage in die nächste werden die Wicklungen 47 werden in die Wicklungsnuten 52 des Statorpakets eingelegt. Hierbei wird zuerst der erste Anschluss 58 bzw. Leiter A in die Wicklungsnut Nummer 1 eingelegt. Die Wicklungen 47 werden in einer Richtung (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) eingelegt, so dass die zweite Lage unmittelbar in Radialrichtung an der ersten Lage anliegt.
Wenn die Wicklungskonfiguration für eine typische Sechsphasen- Statorpaketbaugruppe 40 verwendet wird, entsteht die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Konfiguration. Diese Figuren zeigen die dicht gepackte Konfiguration der Endschleifen 62 der Wicklungen 47, wobei es sich um die auf der Anschlussseite 54 und auf der Nichtanschlussseite 56 des Statorpakets gebildeten Schleifen handelt. Diese Endschleifen 62 sind an den Enden verdreht, dicht gepackt und können so geformt werden, dass sie eine sehr geringe Höhe aufweisen. Die Fig. 5 und 6 zeigen darüber hinaus eine Sechsphasenkonfiguration mit drei Wicklungslagen (L = 3).
Die Fig. 7 und 8 sind weitere schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Wicklungsmusters für die Statorpaketbaugruppe 40 dienen. In den Fig. 7 und 8 wird das Statorpaket 45 schematisch "abgewickelt" dargestellt, wobei die benachbarten Wicklungsnuten 52 durch die Positionsnummern 1 bis 36 dargestellt werden. Dieser Nummernbereich wird dreimal wiederholt, da es sich um eine Konfiguration mit drei tagen von Leitern handelt. Die Tiefepositionen A bis F stellen Wicklungspositionen dar, die von der radial äußersten Position A zur Position F in Richtung Innenumfangs angeordnet sind. Die Tiefepositionen A und B bilden eine erste Lage, die Tiefepositionen C und D bilden eine zweite Lage, und die Tiefepositionen E und F bilden eine dritte Lage. Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Dreiphasenkonfiguration (n = 3) mit 36 Wicklungsnuten 52 (m = 36) und 3 Lagen (K = 3).
Die Fig. 7 und 8 sind schematische Darstellungen des Wicklungsmusters einer typischen Dreiphasen-Statorpaketbaugruppe 41 in Aufsicht auf die Anschlussseite 54 des Statorpakets 45. Die durchgehenden Linien stellen die Endschleifen 62 der Leiter auf der Anschlussseite 54 dar, und die gestrichelten Linien stellen die Endschleifen 62 der Leiter auf der gegenüberliegenden Seite, also der Nichtanschlussseite 56 des Statorpakets 45 dar. Wie in Fig. 7 dargestellt wird, wechselt der bei Position 1 beginnende Leiter A bei Wicklungsnut 4 von der äußersten Tiefeposition A zur Tiefeposition B und der Leiter B von der Tiefeposition B in die Tiefeposition A. Diese Leiter werden im weiteren Verlauf in jede dritte Wicklungsnut geführt und nehmen abwechselnd die Tiefeposition A und B ein. Wie in Fig. 7 dargestellt wird, bilden die Leiter A und B ab Position 36 eine zweite Lage, die die Tiefepositionen C und D einnimmt. Diese Lage läuft um das Statorpaket 45, bis erneut Position 36 erreicht wird. An dieser Position beginnt die dritte Lage, die die Tiefepositionen E und F einnimmt. Die in Fig. 7 gezeigten "Bereiche des Lagenwechsels" stellen die Punkte dar, an denen eine Lage auf einer bereits fertiggestellte Lage gebildet wird.
Fig. 8 ähnelt Fig. 7, allerdings wird das Darstellungsschema aus Fig. 7 hier so abgewandelt, dass die drei Lagen der resultierenden Konfiguration gemeinsam dargestellt werden.
Fig. 9 zeigt alternative Querschnittsformen für die Wicklungen 47. Wie aus dieser Figur hervorgeht, kann der für die Wicklungen 47 eingesetzte Draht alternativ zum rechteckigen Querschnitt auch einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken, einen elliptischen Querschnitt oder einen quadratischen Querschnitt aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist also eine Statorbaugruppe für eine elektrische Maschine, zum Beispiel für einen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgelegten Generator. Die Statorbaugruppe umfasst ein aus Metall bestehendes Statorpaket mit Wicklungen, die durch Wicklungsnuten des Statorpakets geführt werden. Für jede Phase der Maschine wird ein Paar durchgehender Leiter eingesetzt. Die Wicklungen sind so verflochten, dass sie zwischen den benachbarten Wicklungsnuten des Statorpakets abwechselnd die radial innere und äußere Position einnehmen.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es können jedoch Modifikationen, Variationen und Änderungen vorgenommen werden, ohne den Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Eine Statorpaketbaugruppe (41) für einen Generator mit:
einer Läuferbaugruppe (36), die ein rotierendes Magnetfeld mit wechselnder Polarität erzeugt, wobei die Statorpaketbaugruppe (38) ein ringförmiges Statorpaket (45) mit einem Außenumfang (48) und einem Innenumfang (50) und einer Anschlussseite (54) und eine gegenüberliegende Nichtanschlussseite (56) umfasst, wobei dieses Statorpaket (45) eine Reihe radial ausgerichteter Wicklungsnuten (52) aufweist, die in Richtung des Innenumfangs (50) geöffnet sind und vor dem Außenumfang (48) enden, wobei die Statorpaketbaugruppe (41) die folgenden weiteren Merkmale aufweist:

a) mindestens zwei elektrische Leiter, von denen die ersten beiden als Leiter A und Leiter B bezeichnet werden,

b) wobei die Leiter in den Wicklungsnuten (52) geführt, wobei gilt:
n = Phasenzahl der Statorpaketbaugruppe (41),
m = Anzahl der Wicklungsnuten (52) im Statorpaket (45), wobei den Wicklungsnuten (52) laufende Nummern im Bereich von 1 bis m zugewiesen werden,
L = Anzahl der Lagen der Leiter A und B in den Wicklungsnuten (52), wobei eine Lage jeweils durch ein Paar der Leiter A und B definiert wird,
wobei die Wicklung einer Lage in den folgenden Schritten erfolgt:

c) ein erster Anschluss des Leiters A (58) wird in die Wicklungsnut (52) Nummer 1 geführt, wobei der erste Anschluss des Leiters A (58) auf der Anschlussseite (54) des Statorpakets (47) angeordnet ist,

d) ein erster Anschluss des Leiters B (60) wird in die Wicklungsnut (52) Nummer n+1 geführt, wobei der erste Anschluss des Leiters B (60) auf der Anschlussseite (54) des Statorpakets (47) angeordnet ist,

e) der Leiter A wird in die Wicklungsnut (52) Nummer n+1 geführt, so dass eine Endschleife auf der Nichtanschlussseite (56) gebildet wird und der Leiter A in Radialrichtung gesehen unter Leiter B liegt, wobei das in der Wicklungsnut (52) liegende Paar der Leiter A und B eine Lage L definiert,

f) der Leiter A wird in die Wicklungsnut (52) Nummer 2n+1 geführt, so dass eine Endschleife auf der Anschlussseite (54) gebildet wird,

g) der Leiter B wird in die Wicklungsnut (52) Nummer 2n+1 geführt, so dass eine Endschleife auf der Nichtanschlussseite (56) gebildet wird und der Leiter B in Radialrichtung gesehen unter Leiter A liegt,

h) die Leiter A und B werden in allen Wicklungsnuten (52) bis einschließlich Wicklungsnut (52) Nummer m+1-n positioniert wie unter c) bis g) beschrieben, so dass eine erste Lage L gebildet wird, wobei das zweite Ende des Leiters A auf der Anschlussseite (54) angeordnet ist.

2. Eine Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Leiter A in Wicklungsnut (52) Nummer m+1-n einen zweiten Anschluss ausbildet, der auf der Anschlussseite (54) angeordnet ist.

3. Eine Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Leiter B in Wicklungsnut (52) Nummer 1 einen zweiten Anschluss ausbildet.

4. Eine Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

5. Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter einen quadratischen Querschnitt aufweisen.

6. Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter einen elliptischen Querschnitt aufweisen.

7. Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter eine Breite aufweisen, die es ermöglicht, dass sie eng in den Wicklungsnuten (52) anliegen.

8. Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: N ≥ 1.

9. Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: N = 6.

10. Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: L = 3.

11. Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter A und B in Reihenschaltung verbunden sind.

12. Statorpaketbaugruppe (41) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter A und B in Parallelschaltung verbunden sind.