DE102006032791A1

DE102006032791A1 - Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102006032791A1
Application number: DE102006032791A
Authority: DE
Inventors: Akiya Kariya Shichijo; Shin Kariya Kusase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2007-01-25
Also published as: US7417355B2; US20070013261A1; FR2889000A1; CN1909339B; JP2007028788A; CN1909339A; JP3941821B2

Abstract

Es ist eine rotierende elektrische Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge offenbart, welche erste und zweite Statorkerne (23, 33) aufweist, die erste und zweite umlaufend beabstandet angeordnete Nuten aufweisen, um darin jeweils erste und zweite Statorspulen (24, 34) aufzuweisen, sowie erste und zweite Rotorkerne (21, 31) vom Lundell-Typ aufweist, die auf einer gemeinsamen Drehwelle (4) in axial anliegender Beziehung derart gelagert ist, dass dieser mit den ersten und zweiten Statorkernen jeweils drehbar ist, auf welchen jeweils erste und zweite Feldspule (22, 32) gewickelt sind. Sowohl die ersten als auch die zweiten Statorspulen (24, 34) weisen jeweils sequenziell segment-verbundene Statorspulen auf, die jeweils Segmentleiter enthalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Rotationsmaschinen und insbesondere eine rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge, welche eine einzelne Drehwelle, sowie eine Mehrzahl von Stator-Rotor-Paaren aufweist.

Es wurden bereits Versuche unternommen, rotierende elektrische Maschinen (nachstehend als rotierende elektrische Maschinen vom Tandem-Typ für Fahrzeuge bezeichnet) vorzusehen, von welchen jede zwei Rotoren vom Lundell-Typ enthält, welche zum Erreichen einer doppelten Leistungsausgabe tandemartig gekoppelt sind, wie in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 1-157251, 5-137295, 5-308751, 5-500300, 6-22518, 11-98789 und 2005-117843 offenbart ist. Bei diesen rotierenden elektrischen Maschinen vom Tandem-Typ können die rotierenden elektrischen Maschinen in einem kompakten Aufbau hergestellt werden, welcher angeordnet ist, zwei Ausgangsspannungen verschiedener Höhen vorzusehen, welche unabhängig voneinander steuerbar sind.

Mit anderen Worten kann die rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ im Gegensatz zu einem Aufbau, in welchem zwei rotierenden elektrische Maschinen individuell verbaut sind, die Produktionskosten und den Einbauraum bemerkenswert verringern. Die Möglichkeit der Individuellsteuerung der beiden Ausgangsspannungen ist insbesondere für eine rotierende elektrische Maschine vom Zweispannungstyp nützlich, welche betrieben wird, um eine hohe Ausgangsspannung, z. B. 42 Volt zusätzlich zu einer geringen Ausgangsspannung von 12 Volt vorzusehen.

Es wurde des weiteren durch den gleichen Anmelder als die in der vorliegenden Anmeldung ein Versuch unternommen, rotierende elektrische Maschinen vom Tandem-Typ vorzusehen, von welchen jede angeordnet ist, eine sequentiell segment-verbundene Statorspule zu enthalten, welche aus U-förmigen Segmentleitern besteht, die in einem Statorkern ausgebildeten Schlitz bzw. Nut wie in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 2004-048939, 2004-048941, 2004-064914, 2004-048967, 2004-032987, 200-032882, 2004-032884 und 2004-032890 offenbart ist, eingefügt sind.

Bei den rotierenden elektrischen Maschinen vom Tandem-Typ, welche eine Mehrzahl von Rotorkernen vom Lundell-Typ in einer Axialrichtung enthalten, ergibt sich ein Problem mit einer bemerkenswerten Zunahme in einer axialen Länge im Vergleich zu der eines herkömmlich verwendeten Fahrzeugwechselstromgenerators, welcher einen Rotorkern vom Lundell-Typ einsetzt.

Eine solche Zunahme der axialen Länge der rotierenden elektrischen Maschine führt zu einer Zunahme des Auftretens einer Bewegung bzw. eines Ausschlags einer Drehwelle in einer Radialrichtung dieser. Dies resultiert in einem Bedarf, einen elektromagnetischen Spalt zwischen dem Statorkern und dem Rotorkern in einer Radialrichtung dieses zu erhöhen. Solch eine Zunahme des elektromagnetischen Spalts in der Radialrichtung geht jedoch mit einer Zunahme der Magnetflussreluktanz einer Magnetflussschaltung mit dem resultierenden Leistungsabfall der rotierenden elektrischen Maschine einher. Die Zunahme der axialen Länge der rotierenden elektrischen Maschine bewirkt ferner eine Zunahme einer rotierenden Masse und es ergibt sich ein Bedarf, dass die Drehwelle mit einem großen Durchmesser ausgebildet wird, und die Lager, sowie das Gehäuse mit einer erhöhten Festigkeit angesichts des Minimierens von Schwingungen der Komponenten Teile entworfen werden. Dies resultiert in dem Auftreten eines Problems des Anstiegs eines Gesamtgewichts der rotierenden elektrischen Maschine.

Es wurde in Erwägung gezogen, dass die erhöhte axiale Länge der rotierenden elektrischen Maschine des Tandem-Typs ein unlösbares Problem darstellt, welches in rotierenden elektrischen Maschinen vom Tandem-Typ des Stands der Technik verursacht wird, in welchen die beiden Stator-Rotor-Paare in Axialrichtung angeordnet werden müssen. Ein solcher Faktor spiegelt einen Hauptgrund wieder, weshalb die rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ ungeachtet verschiedener Vorteile im Stand der Technik nicht weit verbreitet ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der Widmung der obigen Probleme durchgeführt und weist die Aufgabe auf, eine rotierende elektrische Maschine vom Lundell-Typ vorzusehen, welche eine beträchtliche Verringerung der Größe eines Gesamtaufbaus, d. h. einer axialen Länge im Gegensatz zu der des Stands der Technik erreichen kann.

Um das obige Ziel zu erreichen, wird im Rahmen eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung eine rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ vorgesehen, welche durch eine fahrzeugseitigen Motor angetrieben wird, die ein erstes Stator-Rotor-Paar aufweist, welches einen ersten Statorkern enthält, der Schlitze bzw. Nuten aufweist, die darin eine erste Statorspule tragen, sowie einen ersten Rotorkern vom Lundell-Typ enthält, welcher darin eine erste Feldspule trägt, ein zweites Stator-Rotor-Paar enthält, welches zweite Statorkernnuten enthält, die darin eine zweite Statorspule trägt, sowie einen zweiten Rotorkern vom Lundell-Typ enthält, welcher eine zweite Feldspule trägt, erste und zweite Gleichrichter, welche betrieben werden, um Ausgangsspannungen der Statorspulen der ersten und zweiten Stator-Rotor-Paare jeweils gleichzurichten und eine Steuervorrichtung, welche jeweils an die ersten und zweiten Feldspulen gesteuerte Feldströme vorsieht. Die ersten und zweiten Rotorkerne vom Lundell-Typ sind auf einer gemeinsamen Drehwelle in einer axial benachbarten Beziehung gelagert, um eine Drehfähigkeit jeweils innerhalb der ersten und zweiten Statorkerne aufzuweisen. Die ersten und zweiten Statorpulen weisen jeweils sequentiell segment-verbundene Statorspulen auf, von welchen jede in die Nuten jedes Statorkerns von einer Seite in Axialrichtung eingefügte Segmentleiter enthält und Enden aufweisen, welche sequentiell verbunden sind.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge entsprechend dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen sowohl die ersten als auch die zweiten Statorspulen der ersten und zweiten Stator-Rotor-Paare jeweils sequentiell segment-verbundene Statorspulen auf, von welchen jede die in die Nuten jedes Statorkerns von einer Seite in Axialrichtung eingefügte Segmentleiter enthält und Enden aufweist, welche sequentiell verbunden sind.

Die vorliegenden Erfinder haben insbesondere von einem Schema Notiz genommen, wobei das Ausbilden sämtlicher Statorspulen der sequentiell verbundenen Statorspulen eine beträchtliche Verringerung einer axialen Länge der axial hervorstehenden Spulenenden der Statorspule im Vergleich zu der der Statorspule eines herkömmlich verwendeten Verdrahtungsverfahrens ermöglicht. D. h. das Anwenden der sequentiell segment-verbundenen Statorspulen, welche zum Verkürzen der Axiallänge des Spulenendes verfügbar ist, auf die rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ, welche ein Spulenende mit einer axialen Länge aufweist, welche zweimal länger als die eines Spulenendes einer rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ des Stands der Technik aufweist, ermöglicht eine Verringerung eines axialen Spalts zwischen den beiden Stator-Rotor-Paaren der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ. Dies ermöglicht eine Verringerung der axialen Länge der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ, ohne einen Abfall der Ausgangsleistung zu verursachen, um dadurch die Unterdrückung einer Zunahme einer Rotationsmasse und eines Ausschlags einer Drehwelle zu erreichen. Demzufolge ergibt sich kein Bedarf eines Erhöhens eines radi alen elektromagnetischen Spalts des Erregerstroms ermöglicht, welcher an die rotierende Maschine bereitgestellt wird. Die Verringerung der rotierenden Masse geht ebenfalls mit der Unterdrückung einer Zunahme des Durchmessers der Drehwelle, sowie der Zunahme der Festigkeit der Lager und des Gehäuses einher, und resultiert in Verringerungen eines Gesamtrahmens, sowie des Gewichts während eine leichtgewichtige Anordnung erreicht werden kann.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ einer bevorzugten Ausführungsform können die sequentiell verbundenen Statorspulen der ersten und zweiten Statorspulen jeweils in sequentiell segment-verbundenen Statorspulenaufbauten ausgebildet werden, von welchen jede lediglich Spulenabschnitte enthält, die in radial benachbarten ersten und zweiten Leiteraufnahmepositionen in jedem Schlitz besetzt sind. Bei einem solchen Aufbau unter verschiedenen sequentiell segment-verbundenen Statorspulenaufbauten, wird der sequentiell segment-verbundene Statorspulenaufbau verwendet, welcher es dem Spulenende ermöglicht, die kürzeste axial hervorstehende Länge aufzuweisen, was es ermöglicht, eine weitere Verringerung der axialen Länge des Spulenendes zu erreichen.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine der bevorzugten Ausführungsform kann die erste Statorspule Spulenenden enthalten, welche der zweiten Statorspule axial gegenüberliegen und axial extrem hervorstehende Abschnitte aufweisen, und die zweite Statorspule kann Spulenenden enthalten, welche der ersten Statorspule axial gegenüberliegen und axial extrem hervorstehende Abschnitte aufweisen, wobei die axial extrem hervorstehenden Abschnitte der Spulenenden der ersten und zweiten Statorspulen mit einem gegebenen Abstand in Umfangsrichtung abweichend angeordnet sind. D. h. die sequentiell segment-verbundenen Statorspulen weisen Spulenenden auf, welche axial extreme distale Enden aufweisen, die in Konvex-Konkavmustern in Axialrichtung mit einem festen Umfangsabstand angeordnet sind. Ein Anordnen der axialen extremen distalen Enden der Spulenenden, sodass sich diese axial gegenüberliegen, sodass diese in Axialrichtung eine Verbindung bilden, ermöglich dementsprechend eine Verringe rung eines axialen Spalts zwischen den beiden Statorkernen, während ein Abstand zwischen den sich axial gegenüberliegenden Spulenenden verbessert bzw. erhöht wird.

Bei der oben geschilderten rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge kann die erste Feldspule eine axiale Mittenposition aufweisen, welche von einer axialen Position des ersten Statorkerns abweicht, so dass diese näher an dem zweiten Stator-Rotor-Paar angeordnet ist und/oder die zweite Feldspule eine axiale Mittenposition aufweist, welche von einer axialen Mittenposition des zweiten Statorkerns abweicht, so dass diese näher an den ersten Stator-Rotor-Paar angeordnet ist. D. h. eine solche Anordnung ermöglicht es, dass das Paar von Rotorkernen in axial abweichenden Positionen angeordnet werden, um nahe aneinander zu liegen. Dies resultiert in der Fähigkeit, die Zentrifugalkühlgebläse in bestrahlten Bereichen (radiated areas) direkt unter dem Paar von Spulenenden, dass sich axial von dem Paar von Statorkernen nach außen erstreckt, ohne eine Verringerung der Größe des Magnetfeldflusses zu bewirken. Die Statorspulen können deshalb bevorzugt gekühlt werden und die rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ kann eine verkürzte axiale Länge aufweisen.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge kann der erste Rotorkern vom Lundell-Typ des ersten Stator-Rotor-Paars erste und zweite Halbkerne enthalten, welche in axial anliegendem Eingriff miteinander gehalten werden und Klauenabschnitte mit unterschiedlichen magnetischen Polaritäten aufweisen, und der zweite Rotorkern vom Lundell-Typ des zweiten Stator-Rotor-Paars enthält dritte und vierte Halbkerne, die in axial anliegendem Eingriff miteinander gehalten werden und Klauenabschnitte mit unterschiedlichen magnetischen Polaritäten aufweisen. Die zweiten und dritten Halbkerne werden axial in engem Kontakt miteinander gehalten. Bei einem solchen Aufbau kann zugelassen werden, dass der Magnetfluss von den Klauenabschnitten des zweiten Halbkerns zu den Klauenabschnitten des dritten Halbkerns fließt. Dies ermöglicht es, Verringerungen in der axialen Breite der Klauenabschnitte der zweiten und dritten Halbkerne zu erreichen, welche sich von den jeweiligen Nabenabschnitten erstrecken, sowie die Fähigkeit des Erreichens von Verringerungen der Rotationsmasse und der axialen Länge des Rotorkerns vorzusehen.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge kann der erste Rotorkern vom Lundell-Typ des ersten Stator-Rotor-Paars erste und zweite Halbkerne enthalten, welche in axial anliegenden Eingriff miteinander gehalten werden, sowie Klauenabschnitte mit unterschiedlichen magnetischen Polaritäten aufweisen, sowie kann der zweite Rotorkern vom Lundell-Typ des zweiten Stator-Rotor-Paars dritte und vierte Halbkerne enthalten, welche in axial anliegendem Eingriff miteinander gehalten werden, und Klauenabschnitte mit unterschiedlichen magnetischen Polaritäten aufweisen. Die zweiten und dritten Halbkerne sind miteinander in einem einzelnen Stück eines weichen magnetischen Magnetkernglieds integral ausgebildet. Eine solche Anordnung bietet die Möglichkeit des Realisierens einer rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ, welche vier Halbkerne in dem Stand der Technik enthalten müsste, mit der Verwendung von drei Halbkernen. Dies ermöglicht die Realisierung der Verringerung der Magnetflussreluktanz und der Verringerung der Anzahl der Komponententeile.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge können die zweiten und dritten Halbkerne auf der gemeinsamen Welle Nabenabschnitte aufweisen, sowie erste und zweite Klauenabschnitte aufweisen, welche sich von äußeren Peripherien der Nabenabschnitte nach außen erstrecken und sich anschließend in axial gegenüberliegene Richtungen erstrecken. Eine solche Anordnung erlaubt es den zweiten und dritten Halbkernen Klauenabschnitte aufzuweisen, welche in Kontakt miteinander angeordnet sind oder welche einwärts des axialen Spalts zwischen den Statorkernen integral in dem im wesentlichen, sowie umfangsmäßig gleichen Positionen in einem Bereich angeordnet werden. Bei einem solchen Aufbau können die Klauenabschnitte der zweiten und dritten Halbkerne effizient einen zentrifugalen Kühlwind erzeugen, was ermöglicht, dass das Paar von Spulenenden effizient gekühlt wird.

Im Rahmen eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge vorgesehen, welche durch einen fahrzeugseitigen Motor angetrieben wird, und welche ein erste Stator-Rotor-Paar aufweist, einschließlich einem ersten Statorkern, welcher Nuten aufweist, in denen eine erste Statorspule getragen wird; sowie einen Rotorkern vom Lundell-Typ, auf welchem eine erste Feldspule getragen wird und welche auf einer gemeinsamen Drehwelle gelagert wird, die mit dem ersten Statorkern drehbar ist, ein zweites Stator-Rotor-Paar einschließlich einem zweiten Statorkern, welcher darin eine zweite Statorspule trägt, sowie einen zweiten Rotorkern vom Lundell-Typ, welcher darauf eine zweite Feldspule trägt, sowie auf der gemeinsamen Drehwelle derart gelagert ist, dass es mit dieser innerhalb des zweiten Statorkerns drehbar ist, erste und zweite Gleichrichter, welche betrieben werden, um Ausgangsspannungen der Statorspulen der ersten und zweiten Stator-Rotor-Paare jeweils gleichzurichten, eine Steuervorrichtung, welche jeweils gesteuerte Feldströme an die ersten und zweiten Feldspulen vorsieht, und eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden zentrifugalen Kühlblättern, welche aus einem nichtmagnetischen Material bestehen und in Umfangsspalten angeordnet sind, von welchen jeder zwischen einem Klauenabschnittpaar und einem anderen Klauenabschnittpaar angeordnet sind, welche von dem einen Klauenabschnittpaar mit einem gegebenen Abstand zum Erzeugen der zentrifugalen Kühlwinde in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet ist. Bei einem solchen Aufbau sind die Klauenabschnitte der zweiten und dritten Halbkerne derart angeordnet, dass diese den zentrifugalen Blättern, welche aus einem nichtmagnetischen Material bestehen, es erlauben, in den Spalten zwischen den Klauenabschnitten ausgebildet zu sein, welche mit dem gegebenen Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Klauenabschnitte der zweiten und dritten Halbkerne können somit das Paar von Spulenenden, welches in dem axialen Spalt zwischen den Statorkernen vorgesehen ist, effizient kühlen.

Das richtmagnetische zentrifugale Blatt kann ebenfalls an beiden Enden gelagert sein, an dem distalen Ende des Klauenabschnitts es erstem Halbkerns und dem distalen Ende des Klauenabschnitts des vierten Halbkerns. In einer weiteren Alternative kann das nichtmagnetische zentrifugale Blatt an dem zweiten oder dritten Halbkern sicher angebracht sein.

Im Rahmen eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge vorgesehen, welche durch einen fahrzeugseitigen Motor angetrieben wird, und welche ein erstes Stator-Rotor-Paar aufweist, einschließlich einem ersten Statorkern, welcher Nuten aufweist, in denen eine erste Statorspule getragen wird, und einen Rotorkern vom Lundell-Typ aufweist, auf welchem eine erste Feldspule getragen wird, sowie auf einer gemeinsamen Drehwelle innerhalb des ersten Statorkerns drehbar ist, ein zweites Stator-Rotor-Paar einschließlich einem zweiten Rotorkern, welcher Nuten aufweist, in denen eine zweite Statorspule getragen wird, sowie einen zweiten Rotorkern vom Lundell-Typ, auf welchem eine zweite Feldspule getragen wird, und welches auf der gemeinsamen Drehwelle, die innerhalb des zweiten Statorkerns drehbar ist, gelagert ist, erste und zweite Gleichrichter, welche derart betrieben werden, dass diese Ausgangsspannungen der Statorspulen der ersten und zweiten Stator-Rotor-Paare jeweils gleichrichten, ein erstes Kühlgebläse, welches an einer äußeren Endfläche des ersten Rotorkerns sicher angebracht ist, um einen Kühlwind in einer Zentrifugalrichtung zu erzeugen und ein zweites Kühlgebläse, welches an einer äußeren Endfläche des zweiten Rotorkerns sicher angebracht ist, um einen Kühlwind in einer Zentrifugalrichtung zu erzeugen. Das erste und das zweite Kühlgebläse erzeugen jeweils Kühlwinde in axial nach innen gerichteten Richtungen.

Bei einer solchen rotierenden elektrischen Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge ist das erste Kühlgebläse, welches an der vorderen Endfläche des vorderen Rotorkerns sicher angebracht ist, in einer derartigen Form ausgebildet, dass dieses einen Kühlwind in einer axial heckwärtigen Richtung erzeugt und das zweite Kühlgebläse, welches an der hinteren Endfläche des hinteren Rotorkerns sicher angebracht ist, ist in einer derartigen Form ausgebildet, dass dieses einen Kühlwind in einer axial nach vorne gerichteten Richtung erzeugt. Eine solche Anordnung ermöglicht es, dass der Kühlwind in der axial heckwärtigen Richtung über den Spalt zwischen den Klauenabschnitten des vorderen Rotorkerns strömt und ein weiterer Kühlwind in der axial nach vorne gerichteten Richtung über den Spalt zwischen den Klauenabschnitten des hinteren Rotorkerns strömt. Dies ermöglicht es, dass der Kühlwind das Paar von Spulenenden, welches in dem axialen Spalt zwischen dem Paar von Statorkernen angeordnet ist, effektiv zu kühlen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine axiale Schnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine vom Lundell-Typ für Fahrzeuge, welche einen Rotorkern vom Lundell-Typ aufweist entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 eine axiale Schnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine vom Lundell-Typ für Fahrzeuge einer zweiten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung.
3 ein Musterdiagramm einer Leiteranordnung, welches einen Teil der in 2 gezeigten segment-verbundenen Statorspulen zeigt.
4 ein Schaltdiagramm der in 2 gezeigten sequentiell segment-verbundenen Statorspulen.
5 ein Anordnungsdiagramm, welches Spulenenden in einem axialen Spalt zwischen den in 2 gezeigten sequentiell segment-verbundenen Statorspulen zeigt.
6 eine Einsatzansicht (deployment view) einer typischen Sektion, welche eine Anordnung der in 2 gezeigten Rotorkerne zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden sind verschiedene Ausführungsformen von tandemartigen rotierenden elektrischen Maschinen für Fahrzeuge entsprechend der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht als auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ausgelegt werden und ein technisches Konzept der vorliegenden Erfindung kann in Kombination mit anderen bekannten Technologien oder anderen Technologien, welche Funktionen aufweisen, die zu solchen bekannten Technologien äquivalent sind, implementiert werden.
[Erste Ausführungsform]
(Beschreibung des Gesamtaufbaus)
Zunächst ist, Bezug nehmend auf 1 ein Gesamtaufbau einer tandemartigen rotierenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge einer ersten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die tandemartige rotierende elektrische Maschine 1 für Fahrzeuge weist ein Gehäuse 1, erste und zweite Sektionen der rotierenden elektrischen Maschine (welche eine Rolle als erste und zweite Stator-Rotorkerne spielen) 2, 3, welche auf einer gemeinsamen Drehwelle 4 gelagert sind, vordere und hintere Lager 6, 7, welche an dem Gehäuse 1 an Vorder- und Hinterseiten dieses montiert sind, eine durch einen Motor (nicht gezeigt) angetriebene Riemenscheibe 5, Gleichrichter 8, welche an dem Gehäuse 1 an einer Hinterseite dieses montiert sind, einen mit dem Gleichrichter 8 verbundenen Regler 9 und einen Schleifring-Leistungsversorgungsmechanismus 10 auf.
Das Gehäuse 1 weist ein vorderes Gehäuse 11, ein Mittelgehäuse 12 und ein hinteres Gehäuse 13 auf, welche sämtliche durch Durchgangsbolzen 14 miteinander gekoppelt sind. Das Gehäuse 1 weist die vorderen und hinteren Lager 6, 7 auf, durch welche die Drehwelle 4 drehbar gelagert ist. Die Riemenscheibe 5 ist an der Drehwelle 4 an einem sich axial erstreckenden vorderen Ende dieser fest angebracht. Die Gleichrich ter 8, der Regler 9 und der Schleifring-Leistungsversorgungsmechanismus 10 sind an dem Gehäuse 13 an einer Hinterseite der zweiten Sektion 3 der rotierenden elektrischen Maschine fest montiert.
Die erste Sektion 2 der rotierenden elektrischen Maschine, welche eine Rolle als das erste Stator-Rotor-Paar spielt, enthält einen Rotorkern 21 vom Lundell-Typ, eine auf den Lundell-artigen Rotorkern 21 gewickelte Feldspule 22, einen Statorkern 23, innerhalb welchem der Rotorkern 21 vom Lundell-Typ radial einwärts angeordnet ist, sowie eine auf den Statotorkern 23 gewickelte Statorspule 24. Der Rotorkern 21 vom Lundell-Typ weist Nabenabschnitte 211, ein Paar von Halbkernen 213, 214, welche sich von der äußeren Peripherie der Narbenschnitte 211 radial nach außen erstrecken und sich axial erstreckende Klauenabschnitte aufweisen, die wechselweise in gleichen Abständen entlang einer Umfangsperipherie des Rotorkerns 21 angeordnet sind, sowie die Feldspule 22, welche auf den Nabenabschnitten 211 gewickelt ist. Der Statorkern 23 ist zwischen dem vorderen Gehäuse 11 und dem Mittelgehäuse 12 zwischenangeordnet und trägt die Statorwicklungen 24.
Gleichermaßen enthält die zweite Sektion 3 der rotierenden elektrischen Maschine, welche eine Rolle als das zweite Stator-Rotor-Paar spielt, einen Lundell-artigen Rotorkern 31, eine auf den Lundell-artigen Rotorkern 31 gewickelte Feldspule 32, einen Statorkern 33, innerhalb welchem der Lundell-artige Rotorkern 31 radial einwärts angeordnet ist, und eine auf dem Statorkern 32 gewickelte Statorspule 34. Der Rotorkern 31 vom Lundell-Typ weist die Nabenabschnitte 311, ein paar von Halbkernen 313, 314, welche sich von der äußeren Peripherie der Nabenabschnitte 311 radial nach außen erstrecken und sich axial erstreckende Klauenabschnitte aufweisen, die wechselweise in gleichen Abständen entlang einer Umfangsperipherie des Rotorkerns 32 angeordnet sind, sowie die auf die Nabenabschnitte 311 gewickelte Feldspule 32 auf. Der Statorkern 33 ist zwischen dem Mittelgehäuse 12 und dem hinteren Gehäuse 13 angeordnet und trägt die Statorspule 34: Die oben erwähnten ersten und zweiten Sektionen 2, 3 der rotierenden elektrischen Maschine bilden eine rotierende elektrische Maschine, welche typische Rotorkerne vom Lundell-Typ aufweist und, weisen einen ähnlichen sonstigen Aufbau verglichen mit einer herkömmlich verwendeten rotierenden elektrischen Maschine vom Lundell-Typ auf. Es wird daher von einer zusätzlichen Beschreibung der gleichen Komponenten aus Gründen der Vereinfachung abgesehen.
Die Rotorkerne der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandemtyp enthalten dementsprechend insgesamt vier Halbkerne 213, 214, 313, 314, welche auf der gemeinsamen Drehwelle 4 axial angeordnet sind. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform sind die Halbkerne 214, 313 miteinander in anliegendem Eingriff mit keinem Abstand zwischen den Halbkernen 214, 313 angeordnet.
(Beschreibung der Magnetfeldschaltung)
Der Schleifring-Leistungsversorgungsmechanismus 10 weist ein paar von Schleifringen auf, mit welchen ein paar vom Bürsten individuell in Kontakt gehalten wird. Einer der Schleifringe ist mit einem negativen Anschluss einer Batterie elektrisch verbunden und der andere ist mit einem positiven Anschluss der Batterie verbunden, welche mit elektrischer Leistung versorgt werden soll. Jeder der Rotorkerne 21, 31 vom Lundell-Typ trägt ein paar von Feldstromsteuertransistoren, welche in gesteuerten Tastzyklen ein- und ausgeschaltet werden. Der Regler 9 ist derart angeordnet, dass dieser die Tastzyklen der auf die Feldstromsteuertransistoren angewendeten Ansteuerimpulse steuert, und spielt eine Rolle als eine Steuervorrichtung zum Vorsehen von gesteuerten Feldströmen an die Feldspulen 22, 32. Während ein Motor (nicht gezeigt) angelassen wird, um die Rotorkerne 21, 31 durch die Riemenscheibe 5 über einen Riemen (nicht gezeigt) zu drehen, erzeugen die Statorspulen 24, 34 jeweils Gleichströme einer gegebenen Größe.
(Beschreibung der Statorspulen 24, 34)
Die Gleichrichter 8 enthalten ein paar von Drei-Phasen Vollwellengleichrichtern. Die Statorspule 24 weist die Drei-Phasen Wicklungen U, V, W auf, welche in einer Drei-Phasen Sternverbindung derart angeordnet sind, dass diese auf einem ersten Drei- Phasen Vollwellengleichrichter des Gleichrichters 8 eine Drei-Phasen Wechselspannung ausgeben. Der erste Drei-Phasen Vollwellengleichrichter führt eine Drei-Phasengleichrichtung der Drei-Phasenspannung durch, um eine Niederspannungs-Gleichstromleistung an externe Lasten auszugeben, welche mit einer Niederspannung betrieben werden. Die Statorspule 34 weist ebenfalls die Drei-Phasen Wicklungen U', V', W' auf, welche in einer Drei-Phasen Sternverbindung derart angeordnet sind, dass diese eine Drei-Phasenwechselspannung auf einem zweiten Drei-Phasen Vollwellengleichrichter des Gleichrichters 8 ausgeben. Der zweite Drei-Phasenvollwellengleichrichter führt eine Drei-Phasengleichrichtung der Drei-Phasenspannung derart durch, dass dieser eine Hochspannungs-Gleichstromleistung an externe Lasten ausgibt, welche bei einer Hochspannung betrieben werden. Die Multi-Phasen Wicklungen U, V, W und die Multi-Phasen Wicklungen U', V', W' können eine Leistungsausgabe in der gleichen Phase oder in abweichenden Phasen erzeugen.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform weist die Statorspule 24 der ersten Sektion 2 der rotierenden elektrischen Maschine die gleiche Anzahl von Wicklungen oder eine größere Anzahl von Wicklungen als die der Statorspule 34 der zweiten Sektion 3 der rotierenden elektrischen Maschine auf. Dies erlaubt es der ersten Sektion 2 der rotierenden elektrischen Maschine eine Rolle als eine Leistungserzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer hohen Ausgangsspannung (z. B. 42 Volt) zu spielen und der zweiten Sektion 3 der rotierenden elektrischen Maschine eine Rolle als eine Leistungserzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer geringen Ausgangsspannung (z. B. 12 Volt) zu spielen. Die erste Sektion 2 der rotierenden elektrischen Maschine stellt eine elektrische Leistung an Hochspannungslasten bereit und die zweite Sektion 3 der rotierenden elektrischen Maschine stellt eine elektrische Leistung an Niederspannungslasten bereit. Darüber hinaus ist im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform die zweite Sektion 3 der rotierenden elektrischen Maschine derart angeordnet, so dass diese eine elektrische Leistung an wichtige elektrische Lasten (z. B. elektrische Lasten, welche häufig verwendet werden) bereitzustellen, welche jederzeit mit elektrischer Leistung versorgt werden müssen, die ausgelegt sind, bei einer Niederspannung betrieben zu werden. Hochspannungslasten sind dagegen ausgelegt, eine Rolle als elektrische Lasten geringerer Priorität zu spielen, wobei kein Bedarf besteht, diese jederzeit mit elektrischer Leistung zu versorgen, an welche elektrische Leistung von der ersten Sektion 2 der rotierenden elektrischen Maschine bereitgestellt wird.
Im Folgenden werden die Statorspulen 24, 34 ausführlich beschrieben:
Im Rahmen der vorliegenden Ausführurugsform nehmen die Statorspulen 24, 34 die Form von dem Stand der Technik bekannten sequentiell segment-verbundenen Statorspulenaufbauten an. Der sequentiell segment-verbundene Statorspulenaufbau enthält eine Große Anzahl von U-förmigen Segmentleitern, deren eines paar von Schenkelabschnitten (Linearabschnitte) individuell in zwei Nuten eingefügt sind, welche voneinander um einen elektrischen Winkel σ in einer Axialrichtung von einer Seite der Nuten verschoben angeordnet sind. Paare von distalen Endabschnitten der U-förmigen Segmentleiter, welche von den Nuten hervorstehen, sind sequentiell in einem Wellenwicklungsverfahren oder einem Schleifwicklungsverfahren verbunden. Der sequentiell segment-verbundene Statorspulenaufbau ist bereits durch die oben erwähnte Patentliteratur bekannt, so dass von einer ausführlichen Beschreibung desselben hiervon abgesehen wird.
Während die Ausführungsform mit Bezug auf einen Aufbau beschrieben worden ist, in welchem die jeweiligen Nuten der Statorspulen 24, 34 vier Leiteraufnahmepositionen entlang einer Radialrichtung aufweisen, wobei die jeder Phase zugewiesene Anzahl von Nuten, sowie jeder Pol als „1" ausgewählt wird, kann eine gerade Anzahl von Leiteraufnahmepositionen in einem Schlitz in radialer Richtung zugewiesen werden. Alternativ kann eine Mehrzahl von Nuten für jede Phase und jeden Pol zugewiesen werden.
Während die. vorliegende Ausführungsform z. B. die Form von sequentiell segment-verbundenen Statorspulen annehmen kann, welche zwei Typen von Segmenten enthalten, welche aus einem großen Segment bestehen, bei welchem beide Schenkelabschnitte in die radialinnerste Position und die radialäußerste Position der Nuten einge fügt sind, sowie ein kleines Segment, bei welchem beide Schenkelabschnitte in die zweiten und dritten radial zugewiesenen Positionen der Nuten eingefügt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration begrenzt und kann die Form verschiedener sequentiell segment-verbundener Statorspulenaufbauten des Stands der Technik annehmen.
Bei dem sequentiell segment-verbundenen Statorspulenaufbau, welcher die oben dargelegten zwei Arten von Segmenten einsetzt, weist jede der Phasenwicklungen U, V, W der Statorspule 24 N1/3 Stücke kleiner Segmente und N1/3 Stücke großer Segmente auf, davon ausgehend, dass die Anzahl von Nuten des Statorkerns 23 N1 ist und die Anzahl der Nuten des Statorkerns 33 N2 ist. Jede der Phasenwicklungen U, V, W der Statorspule 24 enthält eine kleine Spulensektion, welche aus dem N1/3 Stücken der sequentiell verbundenen kleinen Abschnitte besteht, sowie eine große Spulensektion, welche aus den N1/3 Stücken der sequentiell verbundenen großen Segmente besteht.
Jede der Phasenwicklungen U, V, W der Statorspule 24, welche in einer von dem Gleichrichter 8 entfernten Position angeordnet sind, weisen dementsprechend eine Anzahl von Wicklungen auf, welche als zwei N1/3 ausgedrückt wird. Bei einer solchen Anordnung sind ein vorderer Segmentleiter und ein hinterer Segmentleiter jeder der U, V, W Phasenwicklungen nicht in einer U-Form, sondern in einer I-Form konfiguriert. Der vordere I-förmige Segmentleiter spielt eine Rolle als eine ausziehbare Verbindungsleitung für jede Phase und der hintere I-förmige Segmentleiter ist wie in 4 gezeigt, mit einem neutralen Punkt verbunden.
Jede der Phasenwicklungen U', V', W' der Statorspule 34 kann gleichfalls N2/3 Stücke kleiner Segmente und N2/3 Stücke großer Segmente aufweisen. Jede der Phasenwicklungen U', V', W' der Statorspule 34 enthält demzufolge eine kleine Wicklungssektion, welche aus einer kleinen Spulensektion besteht, die N2/3 Stücke sequentiell verbundener kleinen Segmente enthält und eine große Spulensektion, welche N2/3 Stücke sequentiell verbundener großer Segmente enthält, welche einen in Reihe verbundenen aufweisen.
Jede der Phasenwicklungen U', V', W' der Statorspule 34, welche mehr an den Gleichrichtern 8 angeordnet ist, weist dementsprechend eine Anzahl von Wicklungen auf, welche als 2N2/3 ausgedrückt wird. Bei einer solchen Anordnung ist ein vorderer Segmentleiter und ein hinterer Segmentleiter jeder der Phasenwicklungen U', V', W' nicht in einer U-Form, sondern in einer I-Form konfiguriert. Der vordere U-förmige Segmentleiter spielt eine Rolle als eine ausziehbare Verbindungsleitung für jede Phase und der hintere I-förmige Segmentleiter ist wie in 4 gezeigt mit dem neutralen Punkt verbunden.
Wie oben dargelegt weist die rotierende elektrische Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge der vorliegenden Ausführungsform das Paar von Statorspulen 24, 34 auf, welche jeweils die Form von sequentiell segment-verbundenen Statorspulenaufbauten annehmen. Die Verwendung solcher Aufbauten ermöglicht jedem Paar von Spulenenden der Statorspulen 24, 34, mit verkürzten axialen Längen ausgebildet zu sein. Dies resultiert in der Fähigkeit eine axiale Länge der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge im Vergleich zu der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge des Stands der Technik, welche eine erhöhte axiale Länge aufweist, beträchtlich zu verkürzen. Sowohl die Größe als auch das Gewicht der rotierenden elektrischen Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge kann deshalb minimiert werden, was eine Verringerung der Biegung bzw. des Ausschlags, sowie der schädlichen Schwingungen einer Drehwelle ermöglicht.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht die Verwendung der sequentiell segment-verbundenen Statorspulenaufbauten ferner, dass die rotierende elektrische Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge mit einer verkürzten axialen Länge ausgebildet wird. Dies ermöglicht, dass die zweiten und dritten Halbkerne 214, 313 axial miteinander in anliegendem Eingriff gehalten werden, ohne eine Erhöhung des axialen Raums zwischen den Klauenabschnitten der zweiten und dritten Halbkerne 214, 313 zu bewirken. Dies ermöglicht es, die Ausbildung eines Kühlwindabflusses bzw. Verlustwegs zwischen den benachbarten Klauenabschnitten zu verhindern, was bewirkt, dass ein Kühlwind in einer Umfangsrichtung des Rotors strömt. Die Drehbewegungen der Klauenabschnitte des zweiten Halbkerns 214 und die Klauenabschnitte des dritten Halbkerns 313 erlauben deshalb beiden Klauenabschnitten eine Rolle als zentrifugal Blätter zu spielen, um eine Luftströmung zu schaffen, welche vorteilhafterweise in zentrifugaler Richtung ausgeblasen wird. Dies resultiert in der Fähigkeit zu bewirken, dass die Luftströmungen das Paar von Spulenenden in einem axialen Luftspalt zwischen den benachbarten Statorkernen effizient kühlt, welche im Rahmen des Stands der Technik nur schwer gekühlen werden können.
Im Rahmen des in 1 gezeigten Aufbaus ist der zweite Halbkern 214 ausgewählt, die gleiche Gesamtanzahl von Klauenabschnitten als die der Klauenabschnitte des dritten Halbkerns 313 aufzuweisen und beide Klauenabschnitte nehmen die gleichen Umfangspositionen ein. Dies ermöglicht es den Klauenabschnitten des zweiten Halbkerns 214 und den Klauenabschnitten des dritten Halbkerns 313, welche beide in einer Axialrichtung aneinander angrenzen, eine einheitliches Zentrifugalblatt (in) auszubilden, was es ermöglicht, in effizienter Weise einen Zentrifugalkühlwind zu erzeugen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform fließen des weiteren elektrische Ströme durch die Feldspulen 22, 32 in Richtungen, welche bestimmt werden, um zu ermöglichen, dass die Klauenabschnitte der zweiten und dritten Halbkerne 214, 313 die gleichen Polaritäten aufweisen. Ein solcher Aufbau ermöglicht eine Verringerung einer Querschnittsoberfläche eines Magnetflusswinkels, was bewirkt, dass der Magnetfluss durch die Klauenabschnitte der zweiten und dritten Halbkerne 214, 313 und die Nabenabschnitte der zweiten und dritten Halbkerne 214, 313 verläuft. Dies ermöglicht die Realisierung eines Rotorkerns in einem kompakten Aufbau. D. h. ein Axialabstand (Breite) zwischen den Klauenabschnitten der zweiten und dritten Halbkerne, welcher sich von den jeweiligen Nabenabschnitten erstreckt, kann verringert werden und eine Rotationsmasse sowie eine axiale Länge des Rotorkerns kann in diesem Umfang verringert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform ist es überdies aus 1 ersichtlich, dass die Feldspule 22 eine axiale Mittenposition aufweist, welche von einer axialen Mittenposition der Statorspule 23 verschoben ist, um näher an dem zweiten Stator-Rotor-Paar 3 (in einer rückwärtigen Richtung) angeordnet zu sein und dass die Feldspule 32 gleichfalls eine Axialmittenposition aufweist, welche von einer Axialmittenposition der Statorspule 33 verschoben ist, um näher an dem zweiten Stator-Rotor-Paar 2 (in einer Vorwärtsrichtung) angeordnet zu sein. D. h. das Paar von Rotorkernen 21, 31 ist in axial einseitigen Positionen angeordnet, um gegenseitig nah aneinander zu sein. Ein solcher Aufbau ermöglicht es, dass eine vordere Endfläche des Rotorkerns 21 heckwärts platziert werden kann und eine hintere Endfläche des Rotorkerns 31 weiter vorne angeordnet werden kann, ohne einen Abfall der Größe des magnetischen Feldflusses zu bewirken. Dies ermöglicht es, dass ein vorderes Kühlgebläse 101, welches an der vorderen Endfläche des Rotorkerns 21 fest angebracht ist, radial einwärts von einem vorderen Spulenende 24a der Statorspule 24 an einem vorderen Ende dieses angeordnet ist. Dies ermöglicht es ebenfalls, dass ein hinteres Kühlgebläse 102, welches an der hinteren Endfläche des Rotorkerns 31 fest angebracht ist, radial einwärts von einem hinteren Spulenende 34a der Statorspule 34 an einem hinteren Ende dieses angeordnet ist. Dies resultiert in der Fähigkeit diese Spulenenden 24a, 34a effektiv zu kühlen.
[Zweite Ausführungsform]
Mit Bezug auf 2 wird eine rotierende elektrische Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge einer zweiten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei 2 einen Gesamtaufbau der rotierenden elektrischen Maschine in einer Querschnittsansicht zeigt. Die rotierende elektrische Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge der vorliegenden Ausführungsform weist den gleichen grundlegenden Aufbau als die der ersten Ausführungsform auf, so dass die Beschreibung im Hinblick auf die unterschiedlichen Punkte zu erfolgt.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform weist ein Rotorkern 21A vom Lundell-Typ einer ersten Sektion 2A der rotierenden elektrischen Maschine die Halb kerne 201, 202 auf und ein Rotorkern 31A vom Lundell-Typ einer zweiten Sektion 3A der rotierenden elektrischen Maschine weist die Halbkerne 202, 203 auf. Die Rotorkerne 21A, 31A vom Lundell-Typ sind im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform insbesondere derart aufgebaut, so dass der Halbkern 201 an einer Vorderseite angeordnet ist, der zwischen Halbkern 202 und der Halbkern 203 an einer Hinterseite angeordnet sind und miteinander in einer Axialrichtung in anliegendem Eingriff gehalten werden. Der Halbkern 201 weist die gleiche Konfiguration wie die des in 1 gezeigten Halbkerns 213 auf. Der Halbkern 202 weist ebenfalls, wie in 1 gezeigt, einen einheitlichen Aufbau bestehend aus den Halbkernen 214, 313 auf.
Der Zwischenhalbkern 202 enthält demzufolge einen gemeinsamen Nabenabschnitt 2020, welcher auf einer Drehwelle 4A getragen wird und eine äußere Peripherie aufweist, welche mit Klauenbasisabschnitten (ebenfalls als Schachtabschnitte bezeichnet) 2021 ausgebildet ist, welche sich in gleichmäßig beanstandeten Positionen entlang einer Umfangsperipherie des Zwischenhalbkerns 202 radial nach außen erstreckt, sowie erste und zweite Klauenabschnitte 212, 312 sich wechselweise in gegenüberliegende Richtungen entlang einer Achse der Drehwelle 4A erstrecken. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Verringerung der Anzahl der Komponententeile und eine Abnahme der magnetischen Reluktanz eines Magnetfeldflussweges, während eine Verringerung der Höhe des Erregerstromes erreicht wird.
Die rotierende elektrische Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge der vorliegenden Ausführungsform nimmt ferner einen zweischichtigen sequentiell segment-verbundenen Statorspulenaufbau an, welcher es erlaubt, dass sequentiell segment-verbundene Statorspulen, welche die Statorspulen 24A, 34A ausbilden, in jeweiligen Nuten in zwei radial benachbarten Leiteraufnahmepositionen aufgenommen werden.
Im Folgenden sind mit Bezug auf 3 die sequentiell segment-verbundenen Statorspulenaufbauten des Zweischicht-Typs ausführlich beschrieben. 3 ist eine gestreckte Seitenansicht, welche den Statorkern 23A in vier Nuten, wiedergegeben durch den Nten Schlitz bis zu dem N+3ten Schlitz zeigt. Jeder Schlitz weist vier Leiteraufnahmepositionen (nachstehend ebenfalls als Schichten bezeichnet) auf, welche in einer Radialrichtung angrenzend angeordnet sind und jede Leiteraufnahmeposition nimmt einen Schlitz-Leiterabschnitt auf. Der Begriff „Schlitz-Leiterabschnitt" bezeichnet einen Zwischenabschnitt eines einzelnen Schenkels, welcher einen U-förmigen Segmentleiter ausbildet. Der U-förmige Segmentleiter weist Schenkelabschnitte auf, deren distale Endabschnitte von den Nuten radial nach außen hervorstehen, so dass diese ein Spulenende an einer Anschlussseite ausbilden. Ein U-förmiger Kopfabschnitt und Basisabschnitte von zugehörigen Schenkelabschnitten des U-förmigen Segmentleiters bilden ein Spulenende an einer Kopfabschnittseite aus.
Wie in 3 gezeigt bilden die Segmentleiter welche in die Leiteraufnahmepositionen in dritten und vierten Schichten jedes Schlitzes eingefügt sind, zwei Wellenwicklungsspulen 301, 302 aus, die jeweils in Wellenwicklungsmustern gewickelt sind, und die Segmentleiter, welche in die Leiteraufnahmepositionen in den ersten und zweiten Schichten jedes Schlitzes eingefügt sind, bilden zwei Wellenwicklungsspulen 303, 304 aus, die jeweils in Wellenwicklungsmustern gewickelt sind. Die Wellenwicklungsspulen 303, 304 sind in Reihe verbunden, um wie in 4 gezeigt, eine U-Phasenspule auszubilden. Eine V-Phasenspule und eine W-Phasenspule werden gleichfalls in einer ähnlichen Weise ausgebildet. Die U-Phasenspule, die V-Phasenspule und die W-Phasenspule sind in einer Sternverbindung konfiguriert, so dass diese die Drei-Phasenstatorspule 24A ausbilden. Da die Drei-Phasenstatorspule 34A in ähnlicher Weise ausgebildet ist, wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben hierin verzichtet.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform erlaubt ein Stapeln der sequentiell segment-verbundenen Statorspulen vom Zweischicht-Typ in Radialrichtung und das in Reihe verbinden dieser Statorspulen das Ausbilden jeder Phasenspule. Dies ermöglicht die Minimierung von axial hervorstehenden Längen von Spulenenden. D. h. das Spulenende der sequentiell segment-verbundenen Statorspule der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist eine erforderliche Länge auf, welche in einer Axialrichtung durch zumindest eine Querschnittsbreite des großen Segments in einem Bereich, wel cher axial außerhalb des kleinen Segments angeordnet ist, ergänzt. Bei der zweiten Ausführungsform tritt dagegen kein Überlappen zwischen dem kleinen Segment und dem großen Segment in einem solchen Spulenende auf. Das Spulenende kann somit im Grunde genommen eine verkürzte axiale Länge aufweisen, woraus sich die Fähigkeit einer weiteren Verringerung einer axialen Länge des Spulenendes der sequentiell segment-verbundenen Statorspule ergibt, so dass sich ein besonders vorteilhafter Effekt für eine rotierende elektrische Maschine vom Tandemtyp für Fahrzeuge ergibt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist das Spulenende 241 der Statorspule 24 ferner einen Heckabschnitt auf, welcher mit einem Axialextrem hervorstehenden Abschnitt 2410 ausgebildet ist, auf und die Statorspule 34 des Spulenendes 341 weist ein vorderes Ende auf, welches mit einem axial extrem hervorstehenden Abschnitt 3410 ausgebildet ist, der derart angeordnet ist, so dass dieser eine Position einnimmt, welche um im Wesentlichen einen halben Abstand in Umfangsrichtung abweicht. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform ist überdies, während der axial extrem hervorstehende Abschnitt 2410 des Spulenendes 241 ein distales Ende eines U-förmigen Kopfabschnitts des Segmentleiters aufweist, sowie der axial extrem hervorstehende Abschnitt 3410 des Spulenendes 341 an einem Schenkelabschnitt des Segmentleiters einen Schweißabschnitt aufweist, die vorliegende Erfindung nicht auf solche Konfigurationen begrenzt. D. h. die beiden Spulenenden 241, 341 sind im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform durch Verwenden der axialdistalen Enden der Spulenenden der sequentiell segment-verbundenen Statorspulen, welche in sich wiederholenden Konvex-Konkavmustern mit einem festen Umfangsabstand angeordnet sind, axial zueinander benachbart angeordnet, wobei ein axialer Spalt zwischen den Statorkernen in alternativen Positionen vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, dass zwischen den beiden Spulenenden 241, 341 ein Abstand erhalten werden kann, während es möglich gemacht wird, den axialen Spalt zwischen den beiden Statorkernen 23, 33 zu minimieren. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich die Klauenabschnitte 212, 312 der Zwischenhalbkerne 202, die als die zweiten und dritten Halbkerne 214, 313 der ersten Ausführungsform wirken (doubling) in axial gegenüberliegende Richtungen an der gleichen Umfangsposition. Die Klauenabschnitte 212, 312 des Zwischenhalb kerns 202 weisen somit keinen Abfluss eines in die Umfangsrichtung gerichteten Kühlwinds auf, wodurch ermöglicht wird, dass der Kühlwind vorzugsweise in einer Zentrifugalrichtung erzeugt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich überdies, wie in 6 gezeigt ein Zentrifugalblatt 300, welches aus einer nicht magnetischen Platte besteht, axial, und ist zwischen den Klauenabschitten 212, 312 der Halbkerne 201, 203 in einer Zwischenumfangsposition zwischen den Klauenabschnitten 212, 312 verbunden, welche an einer Umfangsposition des Klauenbasisabschnitts 2020 und den Klauenabschnitten 21, 312 ausgebildet ist, welche an dem Klauenbasisabschnitt 2020 an der anderen Umfangsposition ausgebildet sind, die durch einen gegebenen Umfangsabschnitt abweicht. Beide Enden des nichtmagnetischen Zentrifugalblattes 300 sind durch distale Enden des Klauenabschnitts 212 des vorderen Halbkerns 202 und ein distales Ende des Klauenabschnitts 212 des hinteren Halbkerns 203 gelagert. Dies ermöglicht eine Erhöhung der. Anzahl von Zentrifugalblättern, welche zwischen den beiden Rotorkernen 21, 31 vorgesehen sind, wodurch es möglich gemacht wird, einen Kühleffekt des Paars von Spulenenden in dem axialen Spalt zwischen den Statorkernen zu verbessern. Das nichtmagnetische Zentrifugalblatt 300 kann alternativ an dem Klauenabschnitt 2020 des Halbkerns 202 fest angebracht sein.
Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform ist das vordere Kühlgebläse 101, welches an einer vorderen Endfläche des Halbkerns 201 fest angebracht ist, zusätzlich wie in 6 gezeigt, schief ausgebildet und das hintere Kühlgebläse 102, welches an einer hinteren Endfläche des Halbkerns 203 fest angebracht ist, schief ausgebildet. Bei solchen Anordnungen können diese Kühlgebläse zentrifugal orientierte Windablassfunktionen, sowie die axial orientierte Windablassfunktionen aufweisen, um Wind in Richtung der nichtmagnetischen Zentrifugalblätter 300 in Axialrichtung abzublasen. Das Paar von Spulenenden in dem axialen Spalt zwischen dem Statorkern kann somit ferner bevorzugt gekühlt werden. Der Kühlwind kühlt ebenfalls das Paar von Spulenenden in dem axialen Spalt zwischen den Statorkernen und wird darauf hin aus einer Ausstoßöffnung 400 an das Äußere ausgestoßen.
Während die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, ist es dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Ausführungen in Anbetracht der Gesamtlehre der Offenbahrung entwickelt werden können. Die offenbarten bestimmten Anordnungen sind dementsprechend als darstellend beabsichtigt und schränken den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht ein, welcher durch die volle Breite der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente gegeben ist.

Claims

Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge, welche durch einen fahrzeugseitigen Motor angetrieben wird, aufweisend: ein erstes Stator-Rotor-Paar einschließlich einem ersten Statorkern, welcher Nuten aufweist, die darin eine erste Statorspule tragen, sowie einen ersten Rotorkern vom Lundell-Typ, der darauf eine erste Feldspule trägt; ein zweites Stator-Rotor-Paar einschließlich einem zweiten Statorkern, welcher Nuten aufweist, die darin eine zweite Statorspule tragen, sowie ein zweiter Rotorkern vom Lundell-Typ, der darauf eine zweite Feldspule trägt; erste und zweite Gleichrichter, welche betrieben werden, um jeweilige Ausgangsspannungen der Statorspulen der ersten und zweiten Stator-Rotor-Paare gleichzurichten; und eine Steuervorrichtung, welche gesteuerte Feldströme jeweils an die ersten und zweiten Feldspulen vorsieht; wobei die ersten und zweiten Rotorkerne vom Lundell-Typ auf einer gemeinsamen Drehwelle in einer axial benachbarten Beziehung derart gelagert sind, dass sich diese jeweils innerhalb der ersten und zweiten Statorkerne drehen können; und wobei die ersten und zweiten Statorspulen jeweils sequentiell segmentverbundene Statorspulen aufweisen, von welchen jede Segmentleiter enthält, die in die Nuten jedes Statorkerns von einer Seite in einer Axialrichtung eingefügt sind, sowie Enden aufweisen, welche sequentiell verbunden sind.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei: die sequentiell segmentverbundenen Statorspulen der ersten und zweiten Statorspulen jeweils in sequentiell segmentverbundenen Statorspulenaufbauten ausgebildet sind, von welchen jeder lediglich Spulenabschnitte enthält, die in radial benachbarten ersten und zweiten Leiteraufnahmepositionen in jeder Nut vorgesehen sind.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei: die erste Statorspule Spulenenden enthält, die der zweiten Statorspule axial gegenüberliegen und welche axial extrem hervorstehende Abschnitte aufweisen, und die zweite Statorspule Spulenenden enthält, die der ersten Statorspule axial gegenüberliegen und axial extrem hervorstehende Abschnitte aufweisen, wobei die axial extrem hervorstehenden Abschnitte der Spulenenden der ersten und zweiten Statorspulen mit einem gegebenen Abstand in einer Umfangsrichtung verschoben sind.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei: die erste Feldspule eine axiale Mittenposition aufweist, welche von einer axialen Mittenposition des ersten Statorkerns verschoben ist, um näher an dem zweiten Stator-Rotor-Paar angeordnet zu sein und/oder die zweite Feldspule eine axiale Mittenposition aufweist, welche von einer axialen Mittenposition des zweiten Statorkerns verschoben ist, um näher an dem ersten Stator-Rotor-Paar angeordnet zu sein.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge nach Anspruch 4, wobei: der erste Rotorkern vom Lundell-Typ des ersten Stator-Rotor-Paars erste und zweite Halbkerne enthält, welche miteinander in axial anliegendem Eingriff gehalten werden, und Klauenabschnitte mit unterschiedlichen magnetischen Polaritäten aufweisen; und der zweite Rotorkern vom Lundell-Typ des zweiten Stator-Rotor-Paars dritte und vierte Halbkerne aufweist, welche miteinander in axial anliegendem Eingriff gehalten werden, und Klauenabschnitte mit unterschiedlichen Polaritäten aufweisen; wobei die zweiten und dritten Halbkerne miteinander axial in engem Kontakt gehalten werden.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge nach Anspruch 4, wobei: der erste Rotorkern vom Lundell-Typ des ersten Stator-Rotor-Paars erste und zweite Halbkerne enthält, welche miteinander in axial anliegendem Eingriff gehalten werden, und Klauenabschnitte mit unterschiedlichen magnetischen Polaritäten aufweisen; und der zweite Rotorkern vom Lundell-Typ des zweiten Stator-Rotor-Paars dritte und vierte Halbkerne enthält, welche miteinander in axial anliegendem Eingriff gehalten werden, und Klauenabschnitte mit unterschiedlichen magnetischen Polaritäten aufweisen; wobei die zweiten und dritten Halbkerne miteinander integral in einem einzelnen Stück als weichmagnetisches Kernteil ausgebildet sind.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge nach Anspruch 5, wobei: die zweiten und dritten Halbkerne Nabenabschnitte aufweisen, welche von der gemeinsamen Welle getragen werden und erste, sowie zweite Klauenabschnitte aufweisen, welche sich von äußeren Peripherien der Nabenabschnitte radial nach außen erstrecken und sich anschließend in axial gegenüberliegende Richtungen erstrecken.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden zentrifugalen Kühlblättern, welche aus einem nichtmagnetischen Material bestehen und in Umfangsspalten jeweils zwischen einem Klauenabschnittpaar und einem weiteren Klauenabschnittpaar und in Umfangsrichtung von dem einen Klauenabschnittpaar mit einem gegebenen Abstand zum Erzeugen von zentrifugalen Kühlwinden beabstandet angeordnet sind.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein erstes Kühlgebläse, welches an einer äußeren Endfläche des ersten Rotorkerns fest angebracht ist, um einen Kühlwind in einer zentrifugalen Richtung zu erzeugen; und ein zweites Kühlgebläse, welches an einer äußeren Endfläche des zweiten Rotorkerns fest angebracht ist, um einen Kühlwind in einer zentrifugalen Richtung zu erzeugen; wobei das erste und zweite Kühlgebläse den Kühlwind jeweils in axial nach innen gerichteten Richtungen erzeugen.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge, welche von einem fahrzeugseitigen Motor angetrieben wird, aufweisend: ein erstes Stator-Rotor-Paar einschließlich einem ersten Statorkern, welcher Nuten aufweist, die darin eine erste Statorspule tragen, und einen ersten Rotorkern vom Lundell-Typ, welcher eine erste Feldspule trägt und welcher auf einer gemeinsamen Drehwelle derart gelagert ist, dass dass dieser innerhalb des ersten Statorkern drehbar ist; ein zweites Stator-Rotor-Paar einschließlich einem zweiten Statorkern, welcher Nuten aufweist, die darin eine zweite Statorspule tragen, und einen zweiten Rotorkern vom Lundell-Typ, welcher eine zweite Feldspule trägt und welcher auf der gemeinsamen Drehwelle derart gelagert ist, dass dieser innerhalb des zweiten Statorkerns drehbar ist; erste und zweite Gleichrichter, welche zum Gleichrichten jeweiliger Ausgangsspannungen der Statorspulen der ersten und zweiten Stator-Rotor-Paare betrieben werden; eine Steuervorrichtung zum Vorsehen von gesteuerten Feldströmen jeweils an die ersten und zweiten Feldspulen; und eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden zentrifugalen Kühlblättern bestehend aus einem nichtmagnetischen Material, welche in Spalten jeweils zwischen einem Klauenabschnittpaar und einem weiteren Klauenabschnittpaar und mit einem gegebenen Abstand von dem einen Klauenabschnittpaar zum Erzeugen von zentrifugalen Kühlwinden in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sind.
Rotierende elektrische Maschine vom Tandem-Typ für Fahrzeuge, welche durch einen fahrzeugseitigen Verbrennungsmotor angetrieben wird, aufweisend: ein erstes Stator-Rotor-Paar einschließlich einem ersten Statorkern, welcher Nuten aufweist, die darin eine erste Statorspule tragen, und einem ersten Statorkern vom Lundell-Typ, der darauf eine erste Feldspule trägt und auf einer gemeinsamen Drehwelle derart gelagert ist, dass dieser innerhalb des ersten Rotorkerns drehbar ist; ein zweites Stator-Rotor-Paar einschließlich eines zweiten Statorkerns, welcher Nuten aufweist, die darin eine zweite Statorspule tragen, und einem zweiten Rotorkern vom Lundell-Typ, der darauf eine zweite Feldspule trägt und auf der gemeinsamen Drehwelle derart gelagert ist, dass dieser innerhalb des zweiten Statorkerns drehbar ist; erste und zweite Gleichrichter, welche zum Gleichrichten von jeweiligen Ausgangsspannungen der Statorspulen der ersten und zweiten Stator-Rotor-Paare betrieben werden; eine Steuervorrichtung zum Vorsehen von gesteuerten Feldströmen an jeweils die ersten und zweiten Feldspulen; eine erstes Kühlgebläse, welches an einer äußeren Endfläche des ersten Rotorkerns fest angebracht ist, um einen Kühlwind in einer zentrifugalen Richtung zu erzeugen; und ein zweites Kühlgebläse, welches an einer äußeren Endfläche des zweiten Rotorkerns fest angebracht ist, um einen Kühlwind in einer zentrifugalen Richtung zu erzeugen; wobei das erste und zweite Kühlgebläse die Kühlwinde jeweils in axial nach innen gerichteten Richtungen erzeugen.