DE69904671T2

DE69904671T2 - Kraftfahrzeugwechselstromgenerator

Info

Publication number: DE69904671T2
Application number: DE69904671T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ishida; Shin Kusase; Shinichi Matsubara; Yoshio Naka; Tsutomu Shiga; Atsushi Umeda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: EP0961386A1; EP0961386B1; DE69904671D1; US6147430A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator eines Wechselstromgenerator nach dem Anspruch 1.
Aus der US-A-3 745 394 ist ein Stator bekannt, der auch bei einem Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug anwendbar ist, und der einen Statorkern aufweist, welcher eine Vielzahl an Schlitzen enthält, mit einer Statorwicklung, die in den Schlitzen angeordnet ist, und mit einer Vielzahl an säulenförmig gestalteten Isolatoren, die in der Vielzahl der Schlitze angeordnet sind, um die Statorwicklung gegenüber dem Statorkern zu isolieren, wobei jeder der Vielzahl der Isolatoren einen Außenumfang aufweist, der in einen der Vielzahl der Schlitze eingepaßt ist, einen glatten Rand, der sich von einem Ende des Statorkernes aus erstreckt, und mit einem Anschlagabschnitt, der an das andere Ende des Statorkernes angreift. Die Statorwicklung besteht aus einer Vielzahl von Leitersegmenten.
Aus dem Dokument Patent Abstracts of Japan, Vol. 008, Nr. 243 (E-277), 8. November 1984 (1984-11-08) & JP 59 122330 A (Hitachi Seisakusho KK), 14. Juli 1984 (1984-07-14) ist ein Schlitzisolator für eine elektrische Rotationsmaschine bekannt. Gemäß dieser bekannten Konstruktion wird ein Schlitzisolator zunächst auf einer der Wicklungseinführseiten eines Isolators gebogen, um eine Versatz-Anschlageinrichtung zu formen mit der Gestalt von Stulpen, wobei dann der Isolator in eine U-Gestalt gebogen wird und axial von einem Kern in einen Schlitz eingeführt wird. In diesem Fall werden die Stulpen an der Wicklungseinführseite des Isolators umgestülpt und zwar an der Außenseite einer Schlitzwand, um dadurch in einen Blockierungszustand zwischen den Schlitzen zu gelangen. Jedoch wird das Ende, welches keine Stulpen des anderen Isolatorkörpers aufweist, entlang der Schlitzgestalt geformt und es wird ein Luftspalt zwischen benachbarten Schlitzen an dem Ende des Kernes gebildet. Auf diese Weise kann der Isolator effektiv eingeführt und in einem Schlitz angeordnet werden.
Aus der WO 92 06527 A (Bosch GmbH Robert) 16. April 1992 (1992-04-16) ist ein Stator für elektrische Motoren und ein Prozeß zur Herstellung derselben bekannt. Gemäß dieser bekannten Statorkonstruktion besteht eine Stabwicklung aus einzelnen Windungsstäben, die in eine Haarnadelgestalt vorgebogen werden und zwar mit einer Trennung, die der Polteilung zwischen den Polen entspricht, und die dann in die Nut eines Laminat-Pakets eingeschoben werden. Die Enden von denselben werden an der anderen Seite des Laminat-Paketes verschachtelt und werden dann in Paaren miteinander verbunden. Um die Möglichkeit zu schaffen, die erforderlichen Zwischen- und Rückführanschlüsse in die Stabwicklung einzuführen und zwar so einfach wie möglich und so automatisch wie möglich, werden sie getrennt in eine U-Gestalt in Form von Leiterstäben gebogen und werden mit den anderen Wicklungsstäben zusammen verschachtelt, werden in die Nuten in dem Laminat-Paket eingeführt, so daß deren Enden dann miteinander verschachtelt sind und auch mit den Enden der Wicklungsstäbe verschachtelt sind und werden dann zuletzt galvanisch an diese angeschlossen.
Es ist auch bekannt, daß eine Statorwicklung eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug aus einer Vielzahl an Leitersegmenten gebildet ist, die miteinander beschweißt sind. Die WO 92 06527 offenbart ein Beispiel solch einer Statorwicklung, bei der jedes der Leitersegmente von einem Ende des Statorkernes aus eingeführt wird, die Enden der Leitersegmente miteinander verschweißt werden und zwar an dem anderen Ende des Statorkernes. Gewöhnlich werden Isolatoren in die Schlitze des Statorkernes eingeführt. Die JP-A-4-17539 offenbart Isolatoren, von denen jeder eine U-gestaltete Querschnittsform hat und auch gefaltete Lippen an den sich gegenüberliegenden Enden ausgebildet sind. Die gefalteten Lippen positionieren den Isolator in dem Schlitz in einfacher Weise.
Es ist jedoch schwierig die Isolatoren in den Schlitz einzuführen, da der in der JP- A-4-17539 offenbarte Isolator umgefaltete Lippen an sich gegenüberliegenden Enden aufweist. Während es einfach ist, einen Isolator mit keinen gefalteten Lippen in einen Schlitz einzuführen, ist es schwierig solch einen Isolator in der axialen Richtung in Position zu bringen. Wenn ein Versuch unternommen wird ein Ende der Isolatoren zu falten bzw. umzufalten, nachdem die Leitersegmente in die Schlitze eingeschoben worden sind, kann der umgefaltete Abschnitt aufgrund des Faltdruckes beschädigt werden. Daher können die Leitersegmente nicht gegenüber dem Statorkern mit Hilfe eines einzelnen Blattes aus einem Isolierfilm gut isoliert weiden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Stator eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug zu schaffen, bei dem die Isolatoren in einfacher Weise ohne Beschädigung installiert und positioniert werden können und die gesamte Konstruktion effektiv Wasser ausschließen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Verbesserte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wechselstromgenerators ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem Wechselstromgenerator kann die Statorwicklung aus einer Vielzahl von Leitersegmenten mit einem U-Windungsabschnitt bestehen, der an einem Ende des Statorkernes angeordnet ist, und es kann ein Anschlagabschnitt (stopper portion) an dem gleichen Ende wie der U-Windungsabschnitt angeordnet sein.
Andere Ziele, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung als auch Funktionen der miteinander in Beziehung stehenden Teile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klar aus einem Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Ansprüche und der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines U-gestalteten Leitersegments, welches einen, Teil einer Statorwicklung des Stators gemäß der ersten Ausführungsform bildet; Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht des Stators gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die einen Isolator veranschaulicht, der in einen der Schlitze des Statorkernes des Stators einzuführen ist, gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 5A eine Teil-Seitenansicht eines Abschnitts des Statorkernes und eines Isolators, Fig. 5B eine Teilseitenansicht eines Abschnitts des Stators mit Leitersegmenten, die in einem der Schlitze angeordnet sind;
Fig. 6 eine Teil-Seitenansicht eines Abschnitts des Stators gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht, die Wicklungsenden veranschaulicht, die an sich gegenüberliegenden Endendes Stators angeordnet sind, gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 8 eine Teil-Querschnittsansicht eines Abschnitts des Stators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 eine perspektivische Teilansicht des Stators gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht, die ein abgewandeltes Leitersegment veranschaulicht;
Fig. 11 eine Teilansicht des Stators mit einer Vielzahl der modifizierten Leitersegmente, die in Fig. 10 gezeigt sind;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht, die eine Abwandlung des Isolators veranschaulicht, der in einen der Schlitze eines Statorkernes des Stators gemäß der ersten Ausführungsform einzuführen ist; und
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht, die eine Abwandlung eines Isolators veranschaulicht, der in einen der Schlitze eines Statorkernes des Stators gemäß der ersten Ausführungsform einzuführen ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Hinweis auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält ein Wechselstromgenerator 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung einen Stator 2, einen Rotor 3, einen Rahmen 4, einen Gleichrichter 5 usw.
Der Stator 2 besteht aus einem Statorkern 32, einer Vielzahl von Leitersegmenten 33 und einer Vielzahl Voll Isolatoren 34. Der Statorkern 32 besteht aus einer Laminierung von Stahlplatten mit einer Anzahl von Schlitzen, die im Inneren derselben ausgebildet sind. Der Abschnitt der Leitersegmente, der aus dem Statorkern 32 vorspringt, bildet Wicklungsenden 31.
Der Rotor 3 enthält eine Feldwicklung 8, ein Paar an Polkernen 7 und eine Welle 6. Jedes Paar der Polkerne 7 besitzt sechs Klauenpolteile, die sich axial erstrecken, um die Feldwicklung 8 zu umschließen. Die Feldwicklung 8 besteht aus einem zylinderförmig gewickelten mit einer Isolation beschichteten Kupferdraht. Ein Axialströmungs- Kühl-Lüfter 11 ist an dem frontseitigen Polkern 7 angeschweißt, um Kühlluft von der Frontseite desselben in sowohl die radiale als auch axiale Richtung zu blasen. Ein Zentrifugal-Kühllüfter 12 ist an den rückseitigen Polkern 7 angeschweißt, um Kühlluft von der Rückseite desselben aus radial nach außen zu fördern.
Der Rahmen 4 nimmt den Stator 2 und den Rotor 3 auf und haltert den Rotor 3, damit dieser sich um die Welle 6 drehen kann. Der Stator 2 ist an den Rahmen 4 um das Paar der Polkerne 7 unter Einhaltung eines gewissen Spaltes von diesem befestigt. Der Rahmen 4 besitzt Luftaustragsöffnungen 42 an Abschnitten gegenüber den Wicklungsenden 31 des Stators 2 und besitzt Lufteinlaßöffnungen 41 an den axialen Enden desselben.
Der oben beschriebene Wechselstromgenerator 1 wird in einer bestimmten Richtung durch eine Maschine (nicht gezeigt) über einen Riemen und eine Riemenscheibe 20 in Drehung versetzt. Wenn die Feldwicklung 8 durch eine außenseitige Stromversorgungsquelle erregt wird, werden die Polkerne 7 erregt, so daß die Statorwicklung eine Dreiphasen-Wechselspannung liefert. Demzufolge liefert der Gleichrichter 5 eine bestimmte Größe eines Gleichstromes an den Ausgangsanschlüssen.
Wie in Fig. 2 veranschaulicht ist, bestehen die Leitersegmente 44 aus einem U- gestalteten Teil, welches aus einem Kupferstab oder Kupferplatte gebildet ist. Das Leitersegment 33 besitzt einen inneren Leiterabschnitt 33a, einen äußeren Leiterabschnitt 3b und einen U-Windungsabschnitt 33c. Jeder der inneren Leiterabschnitte 33a und äußeren Leiterabschnitte 33b besitzt einen geraden inneren Abschnitt, der in dem Schlitz 35 angeordnet wird, und einen äußeren Abschnitt, der außerhalb des Schlitzes 35 angeordnet wird.
Ein Paar von Leitersegmenten 33 ist in jedem einzelnen der Schlitze 35 angeordnet und ist mit einem anderen in einen gut bekannten Weise verbunden, um die Statorwicklung zu bilden. Wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, besitzen die inneren und die äußeren Leiterabschnitte 33a, 33b des Leitersegments 33 einen rechteckförmigen Querschnitt. Die Umfangsseiten des Leitersegments 33 sind länger als dessen radiale Seiten. Die Leitersegmente 33 sind mit einem Isolierfilm beschichtet, um ein Segment gegenüber dem anderen zu isolieren. Die Isolatoren 34 isolieren die Leitersegmente 33 gegenüber dem Statorkern 32.
Der säulenförmig gestaltete Isolator 34 besteht aus einem Harzblatt, welches eingerollt ist, so daß es in den Schlitz hinein paßt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Der Isolator 34 besitzt eine glatte Kante oder glatten Rand an einem Ende und eine nach außen gefaltete Lippe 36 an dem andren Ende desselben. Der Isolator 34 wird in den Schlitz 35 in axialer Richtung eingeführt, wobei die glatte Kante oder der glatte Rand am Kopf gelegen ist, die umgefaltete Lippe 36 funktioniert als ein Anschlag oder eine Positioniervorrichtung für den Isolator 34. Der Isolator 34 wird in den Schlitz 35 so weit eingeführt, bis die gefaltete Lippe 36 an ein ende des Statorkernes 32 angreift, so daß beide Enden des Isolators 34 aus dem Statorkern 32 herausragen, wie dies in Fig. 5A gezeigt ist.
Nachfolgend werden die Leitersegmente 33 dort eingeführt, wie in Fig. 5B gezeigt ist, und werden verschweißt, um die Statorwicklung zu bilden. Demzufolge sind die Leitersegmente 33 von den Randabschnitten des Statorkernes 32 durch die vorspringenden Abschnitte des Isolators 34 isoliert. Hierbei ist die umgefaltete Lippe 36 des Isolators 34 an der Seite des Statorkernes 32 angeordnet, wo der U-Windimgsabschhnitt 33c gelegen ist. Mit anderen Worten werden die Leitersegmente 33 in der gleichen Richtung wie die Isolatoren 34 eingeführt.
Wie in Fig. 6 veranschaulicht ist, sind die U-Windungsabschnitte 33c an einem axialen Ende des Statorkernes 32 angeordnet und es sind die gegenüberliegenden Enden 33d an dem anderen Ende desselben angeordnet. Jedes der Leitersegmente 33 besitzt einen schlanken Abschnitt 33e, der das Wicklungsende 31 an einem Ende des Statorkernes 32 formt. Die schlanken Abschnitte 33e der Leitersegmente 33, die in den äußeren Schichten angeordnet sind, erstrecken sich in der gleichen Richtung, während die schlanken Abschnitte 33e, die in den inneren Schichten angeordnet sind, sich in einer unterschiedlichen Richtung erstrecken, die Enden 33d der Leitersegmente 33 sind durch Ultraschallwellen-Schweißtechnik oder Bogenschweißen verbunden oder auch durch Löten oder auf mechanische Weise.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird einer der Isolatoren 34 in jedem der Schlitze 35 eingesetzt. Die Leitersegmente 33 sind aus Kupferplatten hergestellt, von denen jede durch eine Preßmaschine gebogen wurde, um eine U-Gestalt herzustellen. Eine Anzahl der U-gestalteren Leitersegmente 33 werden aufgereiht, so daß U-Windungsabschnitte 33c an dem gleichen Ende des Statorkernes 32 angeordnet werden können. Die. Leitersegmente 33 werden in Form eines Preßsitzes in die jeweiligen Schlitze 35 eingesetzt, so daß äußere und innere Leiterabschnitte 3b, 33a in parallele Wände des Schlitzes 35 eingepaßt sein können und zwar über die Isolatoren 34 an den sich gegenüberliegenden Flächen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, werden die äußeren Leiterabschnitte 33b in die Innenseite der Schlitze 35 eingeschoben, die durch die Isolatoren 34 isoliert sind, und die inneren Leiterabschnitte 33a werden in die Außenseite der Schlitze 35 eingeführt. Danach werden zwei Endabschnitte 33d in entgegengesetzten Richtungen umgebogen und zwar jeweils, um eine Verbindung zu den Endabschnitten 33d der anderen Leitersegmente 33 in den unterschiedlichen Schichten herzustellen.
Da der Isolator 34 eine umgefaltete Lippe 36 an einem Ende desselben aufweist, und das andere Ende glatt ist, kann der Isolator 34 in den Schlitz in sehr einfacher Weise eingeführt werden. Darüber hinaus können Zusammenbauwerkzeuge in der axialen Richtung angeordnet werden, wenn die Isolatoren 34 in der gleichen axialen Richtung wie die Leitersegmente 33 eingeschoben werden.
Somit greifen die umgefalteten Lippen 36 an das Ende des Statorkernes 32 an, wenn die Leitersegmente 33 voll in die Schlitze 35 eingeschoben werden, um dadurch die Isolatoren 34 in richtiger Weise zu positionieren.
Die umgefalteten Lippen 36 können gegenüber dem U-Windungsabschnitt gelegen sein oder dem Ende, von welchem die Leitersegmente 33 aus eingeschoben werden. Die umgefalteten Lippen 36 schützen die Isolatoren 34 gegen einen Druck, der aufgebracht wird, wenn die Endabschnitte 33d gebogen werden.
Die Zahl der Leitersegmente in jedem der Schlitze kann erhöht werden. Ein Stator gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besitzt vier Leitersegmente 133, jedes in den Schlitzen, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Vier Leitersegmente 133 sind in der radialen Richtung in jedem der Schlitze 135 aufgereiht und sind in der Weise angeschlossen oder verbunden, wie sie in Fig. 9 veranschaulicht ist. Jeder der vier Leitersegmente 133 erstreckt sind von einem der Schlitze 135 in der alternativen gegenüberliegenden Richtung, die Leitersegmente 133 auf dieser Seite von Fig. 9 erstrecken sich im Uhrzeigersinn und diejenigen auf der gegenüberliegenden Seite erstrecken sich im Gegenuhrzeigersinn. Der Endabschnitt 133d des einen Leitersegments 133 ist mit dem Endabschnitt 133b des anderen Leitersegments 133 verbunden und zwar unter Einhaltung eines Abstandes gemäß einer vorbestimmten Teilung. Eines der Leitersegmente 133 in der innersten Schicht ist mit einem anderen in der zweiten inneren Schicht verbunden, und eines der Leitersegmente 133 in der dritten Schicht ist mit dem anderen in der äußersten Schicht verbunden. Fig. 9 veranschaulicht einen Abschnitt des Stators gegenüber dem Ende, von wo aus die Leitersegmente eingeschoben werden und gegenüber den gefalteten Lippen 136 der Isolatoren 134.
Das U-gestaltete Leitersegment 33 kann durch ein Paar von windungslosen Leitersegmenten ersetzt werden, welche verschweißt werden nachdem sie zusammengebaut wurden. Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht, die ein I-gestaltetes oder J- gestaltetes Leitersegment 233 veranschaulicht. Das Leitersegment 233 besitzt einen geradlinigen innseitigen Abschnitt 233h und außenseitige Abschnitte 233i, die sich von sich gegenüberliegenden Enden des innseitigen Abschnitts 233h nach außen erstrecken. Einer der außenseitigen Abschnitte 233i ist aus dem strichliert gezeichneten Zustand heraus umgebogen. Der Endabschnitt 233d von einem Leitersegment 233 ist mit dem Endabschnitt 233d des anderen Leitersegments 233 verbunden, welches in dem anderen Schlitz angeordnet ist, um eine Statorwicklung zu bilden. Die Leitersegmente 233 haben eine einfache Gestalt und können in einfacher Weise hergestellt werden. Da jedes der Leitersegmente 233 einem der Isolatoren 34 entspricht, ist es einfach die Isolatoren 34 und die Leitersegmente 233 in die Schlitze 35 einzuführen.
Die oben beschriebenen Isolatoren 34 können durch einen offenen Isolator 341 ersetzt werden, der eine sich erweitende Lippe 361 aufweist, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, oder durch einen geschlossenen Isolator 342 ersetzt werden, der eine sich erweitende Lippe 362 besitzt, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Die sich erweitenden Lippen 361, 362 können ausgebildet werden, nachdem die Isolatoren in die Schlitze 35 eingeführt worden sind, was in einfacher Weise erfolgen kann und zwar ohne Interferenz unter denselben. Jede der sich erweitenden Lippen 361 und 362 funktioniert als ein Anschlag, um zu verhindern, daß der Isolator in den Schlitz 35 hinein gezogen wird, wenn das Leitersegment 33 vollständig in den Schlitz 35 eingeführt wird.
Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist der Überlappungsabschnitt 342a des geschlossenen Isolators 342 entfernt von der Öffnung des Schlitzes 35 angeordnet. Diese Konstruktion ist wirksam um Wasser auszuschließen.

Claims

1. Stator eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug, mit:

einem Statorkern (32) mit einer Vielzahl an Schlitzen (35) mit einer Öffnung,

einer Statorwicklung, die in den Schlitzen (35) angeordnet ist, und

einer Vielzahl von säulenförmig gestalteten Isolatoren (34), die in der Vielzahl der Schlitze (35) angeordnet sind, um die Statorwicklung gegenüber dem Statorkern (32) zu isolieren, bei dem

jeder der Vielzahl der Isolatoren (34) einen Außenumfang, der in einen der Vielzahl der Schlitze (35) eingepaßt ist, einen glatten Rand, der sich von einem Ende des Statorkernes (32) aus erstreckt, und einem Anschlagabschnitt (36) aufweist, der an das andere Ende des Statorkernes (32) angreift,

dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der Isolatoren einen Überlappungsabschnitt aufweist, der von der genannten Öffnung von einem der Vielzahl der Schlitze entfernt angeordnet ist.

2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, bei dem die Statorwicklung eine Vielzahl an Leitersegmenten (33, 233) aufweist, von denen jedes einen U- Biegeabschnitt (33c) aufweist, der an einem Ende des Statorkernes (32) angeordnet ist.

3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 2, bei dem jedes der Vielzahl der Leitersegmente (33, 233) angenähert die gleiche Querschnittsgestalt wie die Vielzahl der Schlitze (35) aufweist.

4. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, bei dem der Anschlagabschnitt (36) an dem gleichen Ende des Statorkernes (32) wie der U-Biegeabschnitt (33c) angeordnet ist.

5. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, bei dem der Anschlagabschnitt (36) eine gefaltete Lippe (36) eines Endabschnitts des Isolators (34) aufweist.

6. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Anschlagabschnitt ein sich erweitendes Lippenteil aufweist, welches sich in seinem Verlauf von einem Ende des Startorkernes aus allmählich erweitert.