DE69909687T2 - Stator eines Wechselstromgenerators für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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- H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator für Fahrzeuge, beispielsweise Personenwagen, Lastwagen oder dergleichen.
- Es ist allgemein bekannt, daß eine Statorwicklung eines Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerators aus einer Mehrzahl von Leitersegmenten zusammengesetzt ist, wie dies in der JP-A-63-274335 geoffenbart ist. Da die Randoberflächen der Spulenendabschnitte und geneigte, sich verschneidende Abschnitte der Leitersegmente mit einem dicken, glatten Isolations-Harzkörper unter Ausnahme gerader Abschnitte, die sich vom Statorkern aus erstrecken, bedeckt ist, bereitet es Schwierigkeiten, die Statorwicklung ausreichend zu kühlen. Da die geraden Abschnitte bezüglich der Steifigkeit in Umfangsrichtung schwächer sind als die sich verschneidenden Abschnitte, ist es schwierig, Schwingungen und die daraus resultierende Geräuschentwicklung zu unterdrücken.
- Die US-A-3151260 offenbart einen Generator für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffes des anliegenden Anspruches 1. Der bekannte Generator enthält einen gegossenen, ringförmigen Spulenendisolator, welcher die Gestalt eines massiven Harzringes hat, welcher die gebogenen Abschnitte der Spulenenden einbettet.
- Die
DE 19529392 A offenbart einen Generator, bei dem begrenzte Abschnitte der Spulenenden seiner Statorspulen mit Harz bedeckt sind, wobei die Harzbeschichtung durch Eintauchen der Spulenenden oder Spulenköpfe in ein Imprägnierungsharz gebildet wird, welches, wenn es ausgehärtet ist, die Spulenenden oder Spulenköpfe fest zusammenhält. - Die US-A-3400454 beschreibt eine dynamoelektrische Maschine, bei der die Spulenenden der Statorwicklung durch eine Schutzhülse vollständig eingekapselt sind.
- Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Stator für einen Generator zu schaffen, wobei der Stator sowohl eine effektive Kühlung der Statorwicklung als auch das Verhindern von Schwingungen und der resultierenden Geräuschentwicklung ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Generator mit den Merkmalen des anliegenden Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen eines solchen Generators sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält ein Stator einen Statorkern, eine Mehrzahl von Leitersegmenten, welche sich aus Spulenendabschnitten und in der Nut liegenden Abschnitten zusammensetzen und eine Statorwicklung bilden, sowie ein ringförmiges Kunstharzteil, welches die Mehrzahl von Leitersegmenten verbindet. Die Mehrzahl von Leitersegmenten bilden geneigte Abschnitte aus, welche sich miteinander verschneiden, sowie an den Spulenendabschnitten befindliche Randabschnitte, und das Kunstharzteil haftet an den Randabschnitten und ist in Umfangsrichtung dicker als an den geneigten Abschnitten.
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Statorwicklung für einen Wechselstromgenerator, wobei die Statorwicklung durch ein Isolationsteil bedeckt ist, das frei von Beschädigung durch thermische Ausdehnung gehalten ist. Das ringförmige Kunstharzteil hat eine wellenförmige Gestalt entsprechend dem Verlauf der Oberfläche der zu einem Ring verbundenen Spulenenden. Demgemäß schützt diese Struktur die Statorwicklung vor Wasser und verhindert, daß die Verbindungsränder oxidieren und bietet die erforderliche Steifigkeit sowie ausreichende Kühlzwischenräume an den Spulenenden. Zusätzlich kann das ringförmige Teil eine gleichförmige Dicke haben, so daß Risse aufgrund ungleichförmiger thermischer Ausdehnung verhindert werden können.
- Weitere Ziele, Merkmale und Charakteristiken der vorliegenden Erfindung sowie die Funktionen der zugehörigen Teile der vorliegenden Erfindung werden noch deutli cher durch das Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der anliegenden Ansprüche und der Zeichnungen. In den Zeichnungen stellen dar:
-
1 eine Querschnitts-Seitenansicht des wesentlichen Teiles eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine perspektivische Ansicht eines Leitersegments zur Bildung der Statorwicklung; -
3 eine ausschnittsweise Querschnittsansicht des Stators; -
4 eine ausschnittsweise Seitenansicht des Stators; -
5 eine Ansicht der verbundenen Teile der Leitersegmente; -
6 eine ausschnittsweise Querschnittsansicht der verbundenen Teile; -
7 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht von Spulenenden an den beiden Enden des Stators; -
8 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht eines abgewandelten Stators; -
9 eine ausschnittsweise Querschnittsansicht einer Abwandlung des Stators; -
10 eine ausschnittsweise perspektivische Ansicht dieser Abwandlung des Stators; -
11 eine perspektivische Ansicht eines Leitersegmentes eines wieder abgewandelten Stators; und -
12 eine ausschnittsweise Aufsicht auf diese Abwandlung des Stators. - Ein Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
- Wie in
1 gezeigt, setzt sich ein Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einem Stator2 , einem Rotor3 , einem Gestell4 , Gleichrichtern5 und weiteren Teilen zusammen. - Der Stator
2 besteht aus einem Statorkern32 , einer Statorwicklung mit einer Mehrzahl von Leitersegmenten33 , Isolatoren34 , die zwischen den Leitersegmenten33 und dem Stator32 angeordnet sind, sowie einem ringförmigen Kunstharzteil36 , welches die Randabschnitte33f der Spulenenden31 der Statorwicklung verbindet. Das ringförmige Bauteil36 ist aus thermisch aushärtendem Epoxipulver gebildet, wie später beschrieben wird. Der Statorkern32 ist aus aufeinandergeschichteten dünnen Stahlblechen gebildet und besitzt eine Mehrzahl von Nuten an seinem Innenumfang. Aus den Leitersegmenten33 sind Spulenenden31 geformt, die von dem Statorkern32 wegstehen. - Der Rotor
3 hat einen Polkern7 mit sechs Polklauen, zylindrische Feldspulen8 , die innerhalb der Polklauen gelegen sind, sowie eine Welle6 . Ein Axialströmungs-Kühllüfter11 ist an der Frontseite des Polkerns7 befestigt, so daß er Kühlluft von der Frontseite des Polkerns zu der Statorwicklung in axialer und radialer Richtung fördern kann. Ein Radial-Kühllüfter oder Zentrifugal-Kühllüfter12 ist außerdem an der Rückseite des Polkerns7 befestigt, um Kühlluft von der Rückseite des Polkerns7 auf die Statorwicklung in radialer Richtung zu fördern. - Auslaßöffnungen
42 sind in Bereichen des Gestellrahmens4 gegenüberliegend den Spulenenden31 vorgesehen, und Einlaßöffnungen41 sind an dem vorderen Ende des Gestellrahmens4 vorgesehen. - Wie in
2 gezeigt ist das Leitersegment33 ein U-förmiges Bauteil, das aus leitfähigem Material (beispielsweise Kupfer) gefertigt ist. Das Leitersegment33 hat gebogene Abschnitte33c , einen Innenschicht-Leiterabschnitt33a , der sich in der radial inneren Schicht einer Nut befindet, sowie einen Außenschicht-Leiterabschnitt33b , der sich in der radial äußeren Schicht einer Nut befindet. Sowohl der Innenschicht-Leiterabschnitt33a als auch der Außenschicht-Leiterabschnitt33b haben in der Nut verlaufende Abschnitte, welche in der Nut zu liegen kommen, und außen verlaufende Außenabschnitte, die sich außerhalb der Nut erstrecken und einen Teil des Spulenendes31 bilden. - Wie in
3 gezeigt hat sowohl der Innenschicht-Leiterabschnitt33a als auch der Außenschicht-Leiterabschnitt33b rechteckigen Querschnitt mit radialen Seiten, die Länger sind als die in Umfangsrichtung orientierten Seiten. Die Leitersegmente33 sind mit einem Isolationsfilm331 beschichtet, wie in6 gezeigt ist. Die Leitersegmente33 sind gegenüber den Innenwänden der Nut35 durch eine Isolation34 isoliert. - Wie in
4 dargestellt ist, sind die Leitersegmente33 derart in den Statorkern32 eingesetzt, daß sämtliche Biegungsabschnitte33c sich an einem axialen Ende des Statorkerns32 befinden und alle Randabschnitte33f sich am anderen Ende des Stators befinden. Die geneigten Abschnitte33e der Spulenenden31 der Innenschicht-Leiterabschnitte33a sind in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen der entsprechenden Teile der Außenschicht-Leiterabschnitte33b geneigt, so daß sich die Innenschicht-Leiterabschnitte33a und die Außenschicht33b miteinander verschneiden. Die Randabschnitte33f der Spulenenden werden miteinander durch eine Ultraschallschweißeinrichtung oder eine Lichtbogenschweißeinrichtung, durch ein Lötgerät oder dergleichen verbunden. - Das ringförmige Bauteil
36 überdeckt die Oberflächenbereiche der Randabschnitte33f und begrenzte Teile der geneigten Abschnitte33e angrenzend an die Randabschnitte33f zur Verbindung oder Überbrückung der Randabschnitte33 , wodurch den Spulenenden31 eine ausreichende Steifigkeit gegenüber Deformation und Vibration verliehen wird. - Da das ringförmige Bauteil
36 Teile in Nachbarschaft zu den geneigten Abschnitten33 überdeckt, schafft es ausreichende Kühlzwischenräume einer netzwerkartigen Struktur in den Spulenenden31 , während es dicht an den Leitersegmenten33 auch unter dem Einfluß von Vibration und Wärme festgehalten ist. - Das ringförmige Bauteil
36 verhindert auch, daß die Randabschnitte33f oxidiert werden, nachdem sie verschweißt sind, wie in5 gezeigt ist. Wenn die verbundenen Abschnitte zusammengeschweißt sind, so werden anderenfalls die verbundenen Abschnitte A aufgeschmolzen und die benachbarten Zonen B werden durch die Hitze beschädigt oder in ihren Eigenschaften verschlechtert, so daß sie der Oxidation ausgesetzt sind. - Wie in
6 gezeigt ist, wird eine dünne Schicht361 auf der Oberfläche des ringförmigen Bauteils36 gebildet, um die geneigten Abschnitte33e in ihrer Gesamtheit zu überdecken und kleine Zwischenräume zwischen dem ringförmigen Bauteil36 und den Leitersegmenten auszufüllen. - Bei der Herstellung wird die Isolation
34 jeweils in die Nuten des Statorkerns32 eingelegt und die Leitersegmente33 werden in die Nuten innerhalb der Isolation34 eingesetzt. Wie in7 gezeigt werden die Randabschnitte33f in der Umfangsrichtung abgebogen und in der zuvor beschriebenen Weise verbunden. Danach wird thermisch aushärtendes Epoxipuler auf die Bereiche aufgebracht, welche in5 mit A und B bezeichnet sind, was durch Verflüssigungstauchen geschieht, was die Randabschnitte33f und Teile der geneigten Abschnitte33e umfaßt, welche erhitzt werden, um das gewählte ringförmige Bauteil36 zu erzeugen, wie dies in4 gezeigt ist. Die wellenförmige Gestalt des ringförmigen Bauteils36 entspricht dem Verlauf der Oberfläche des vorstehenden Teils der Randabschnitte33f . Danach wird der Bereich der Leitersegmente33 , der mit dem thermisch aushärtenden Kunstharzpulver bedeckt ist, in flüssiges Harz getaucht und erhitzt, um die dünne Schicht361 zu bilden. - Da ein Viskositätsunterschied zwischen dem Epoxipulver und dem flüssigen Epoxiharz ist, können die Spulenenden
31 mit einer verhältnismäßig dicken Schicht aus Epoxiharz überdeckt werden und hermetisch mit flüssigem Epoxiharz eingeschlossen werden. - Die verbundenen Teile der Leitersegmente
33 können ballförmig oder kugelig sein, wie in8 gezeigt ist. Diese Struktur hält das ringförmige Bauteil36 dichter fest. Eine solche Struktur kann vorgesehen werden, wenn die Randabschnitte33f durch ein TIG-Schweißgerät geschweißt werden (Wolfram-Inertgas-Schweißung). - Es ist von Wichtigkeit, daß der Querschnitt der verbundenen Teile größer ist als derjenige der Leitersegmente
33 . - Wie in den
9 und10 gezeigt ist, kann eine Statorwicklung mit vier Leitersegmenten133 je Schlitz135 des Statorkerns32 auch ein entsprechendes ringförmiges Bauteil136 aufweisen. - Die Leitersegmente können in die Gestalt eines I oder J gebracht sein, wie in
11 gezeigt. Die Leitersegmente233 setzen sich aus in der Nut verlaufenden Abschnitten233h , geneigten Abschnitten233i und vorstehenden Randabschnitten233f zusammen. Der in der Nut verlaufende Abschnitt233h wird in die Nut35 eingesetzt und die geneigten Abschnitte233i ragen aus beiden Enden des Statorkerns32 vor. Mindestens ein geneigter Abschnitt233i der beiden geneigten Abschnitte wird aus der Gestalt, welche durch unterbrochene Linien dargestellt ist, abgebogen, nachdem das Leitersegment233 in die Nut eingesetzt worden ist. - Wie in
12 dargestellt, werden die Randabschnitt233f miteinander verbunden und mit dem Kunstharzteil236 überdeckt. - Das ringförmige Bauteil
36 bzw.136 bzw.236 kann in zwei oder mehr Teile unterteilt werden. Das Kunstharzteil kann eine weitere Fläche der geneigten Abschnitte33e überdecken, wenn seine Dicke vermindert wird, wodurch die Räume für den Kühlluftdurchtritt aufrechterhalten werden. - Es können auch blanke Leitersegmente verwendet werden, wenn jedes Leitersegment mit dem Isolator
34 oder der Isolation34 überdeckt ist. - Die verbundenen Abschnitte sind nur auf der Vorderseite oder der Rückseite des Statorkerns gelegen, so daß das Kunstharzteil
36 nur auf einer Seite des Statorkerns angeordnet werden kann. - In der vorstehenden Beschreibung der Erfindung wurde diese unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen der Erfindung offenbart. Es sind jedoch Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Erfindung möglich, wie er durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
Claims (7)
- Generator für ein Kraftfahrzeug mit einem Rotor (
3 ), einem Stator (2 ), der um den Außenumfang des Rotors (3 ) herum angeordnet ist, sowie einem Rahmen (4 ), welcher den Rotor (3 ) und den Stator (2 ) hält, wobei der Stator (2 ) einen Statorkern (32 ) mit einer Anzahl von Nuten (35 ), eine Anzahl von Leitersegmenten (33 ), die aus Spulenendabschnitten (31 ) und in den Nuten befindlichen Abschnitten, welche die Statorwicklung bilden, bestehen, sowie ein ringförmiges Kunstharzteil (36 ) enthält, das die Spulenendabschnitte (31 ) der genannten Mehrzahl von Leitersegmenten (33 ) längs einer Umfangsrichtung des Stators (2 ) verbindet, wobei die Spulenendabschnitte (31 ) geneigte Abschnitte (33e ), welche sich miteinander verschneiden, sowie Randteile (33f ) ausbilden, die miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Kunstharzteil (36 ) die miteinander verschweißten Randabschnitte (33f ) und begrenzte Teile der geneigten Abschnitte (33e ) bedeckt und in Umfangsrichtung wellenförmige Gestalt entsprechend dem Verlauf der Oberfläche der zusammen verschweißten Randabschnitte (33f ) hat. - Generator für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Kunstharzteil (
36 ) an einer Fläche der Leitersegmente (33 ) zwischen den genannten Randabschnitten (33f ) und den genannten geneigten Abschnitten (33e ) dicker anhaftet als an den genannten begrenzten Abschnitten der geneigten Abschnitte (33e ). - Generator für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht (
361 ), welche von dem ringförmigen Kunstharzteil (36 ) verschieden ist, auch an den genannten begrenzten Abschnitten der geneigten Abschnitte (33e ) anhaftet. - Generator für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Leitersegmente (
33 ) mit einem Isolationsfilm (331 ) beschichtet sind. - Generator für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Randbereiche der Leitersegmente (
33 ), die miteinander verschweißt sind, kugelförmig sind und durch das ringförmige Kunstharzteil (36 ) überdeckt sind. - Verfahren zur Bildung eines ringförmigen Kunstharzteiles (
36 ) eines Generator für ein Kraftfahrzeug, der einen Rotor (3 ), einen Stator (2 ), welcher den Rotor (3 ) umfangsmäßig umgibt, sowie einen Rahmen (4 ), welcher den Rotor (3 ) und den Stator (2 ) hält, wobei der Stator (2 ) einen Statorkern (32 ) mit einer Anzahl von Nuten (35 ), eine Mehrzahl von Leitersegmenten (33 ), welche aus Spulenendabschnitten (31 ) und in den Nuten verlaufenden Abschnitten zusammengesetzt sind, welche eine Statorwicklung bilden, sowie ein ringförmiges Kunstharzteil (36 ) enthält, das die Spulenendabschnitte (31 ) der genannten Anzahl von Leitersegmenten (33 ) längs einer Umfangsrichtung des Stators (2 ) verbindet, wobei die Spulenendabschnitte (31 ) geneigte Abschnitte (33e ), die sich miteinander verschneiden, sowie Randabschnitte enthalten, die miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren folgende Schritte enthält: Aufbringen eines temperaturaushärtenden Epoxy-Pulvers auf die Randabschnitte (33f ) und auf begrenzte Teile jedes der geneigten Abschnitte (33e ) durch Verflüssigungs-Eintauchen und Erhitzen der genannten Randabschnitte und der begrenzten Teile jedes der geneigten Abschnitte (33e ) zur Bildung eines wellig gestalteten ringförmigen Kunstharzteiles (36 ) entsprechend der Gestalt der Oberfläche der genannten Randabschnitte (33f ), welche miteinander verschweißt sind. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Leitersegmente (
33 ), welche mit dem temperaturaushärtenden Kunstharzpulver bedeckt ist, in flüssiges Harz eingetaucht und erhitzt wird, um eine dünne Kunstharzschicht (361 ) auszubilden, so daß die Spulenendabschnitte (31 ) teilweise mit einer verhältnismäßig dicken Schicht des Kunstharzpulvers bedeckt werden und dicht von dem flüssigen Kunstharz eingeschlossen werden.
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