DE3803752A1 - Staender fuer einen kraftfahrzeug-drehstromgenerator und herstellungsverfahren dafuer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft generell Drehstromgeneratoren, ins­ besondere einen Ständer, der zur Verwendung in einem Kraft­ fahrzeug-Drehstromgenerator od. dgl. geeignet ist, klein gebaut werden kann und mit verbesserter Leistung arbeitet; ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Ständers.

Für einen derartigen Ständer, der in einem Drehstromgenera­ tor für Kraftfahrzeuge verwendet wird, wird z. B. nach der JP-OS 55-79 660 ein massiver Elektrodraht mit Kreisquer­ schnitt in im Ständer gebildete Nuten unter Beibehaltung seiner Querschnittsform eingelegt, wobei entlang umfangs­ mäßig gegenüberliegenden Rändern des Endes jedes Zahns eines Ständerblechpakets Ansätze ausgebildet sind, die um­ gefaltet werden, so daß teilweise geschlossene Öffnungen für die Nuten gebildet werden.

Nach der JP-OS 55-94 567 wird ein ähnlicher massiver Elek­ trodraht mit Kreisquerschnitt in im Ständer gebildete Nuten eingelegt, und der Draht bzw. die Wicklung wird in Richtung der Nuttiefe gepreßt, um dadurch den Füllfaktor (das Ver­ hältnis der von der Wicklung eingenommenen Fläche zu der von der Nut eingenommenen Fläche) zu vergrößern. Schließ­ lich werden gegenüberstehende Ränder der Enden der Zähne des Ständerblechpakets in Umfangsrichtung verlängert, um teilweise geschlossene Öffnungen für die Nuten zu bilden.

Da jedoch bei dem vorgenannten Stand der Technik die mas­ siven Elektrodrähte bzw. die Wicklung mit Kreisquerschnitt in die Nuten ohne Änderung ihrer Querschnittsform eingelegt werden, kann der Füllfaktor nicht verbessert werden, weil zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der Wicklungen not­ wendigerweise Zwischenräume entstehen. Dies macht es schwierig, den Leistungspegel des Drehstromgenerators zu verbessern. Bei dem Ständer, bei dem der massive Elektro­ draht mit Kreisquerschnitt gepreßt wird, können die Win­ dungen der Wicklung in den Nuten einander teilweise über­ kreuzen, so daß es eventuell unmöglich wird, die richtige Anordnung der Windungen der Wicklung einzuhalten. Somit kann während des Pressens der Wicklung der auf die Wick­ lungsoberfläche aufgebrachte Isolierüberzug beschädigt wer­ den, so daß die Wicklungen kurzgeschlossen werden. Die Anwendung eines solchen Verfahrens führt somit zu einem größeren Ausschußanteil bei einem Massenfertigungsverfahren und damit zu einer Verringerung der Produktivität.

Es ist allgemein bekannt, daß insbesondere große umlaufende elektrische Maschinen anstelle eines Runddrahts einen fla­ chen Draht mit Viereckquerschnitt verwenden. Wenn man jedoch einen solchen flachen Viereckdraht so, wie er ist, in kleinen Drehstromgeneratoren od. dgl. verwendet, ergeben sich folgende Nachteile. Vor dem Einsetzen in die Nuten muß die Wicklung normalerweise eine vorgegebene Form erhalten. Bei einem Massenfertigungsverfahren zur Erzeugung eines großen Wicklungsvolumens innerhalb kurzer Zeit mit Hilfe von Wickelmaschinen ist die Verwendung dieser Art von fla­ chem Viereckdraht nicht geeignet, da dieser Draht hinsicht­ lich seiner Verarbeitungsfähigkeit dem Runddraht unterlegen ist, und zwar wegen des Vorhandenseins von Krümmungen oder Verdrehungen an seinen Wickelkopfabschnitten.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Ständers, der zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug-Dreh­ stromgenerator geeignet ist, und eines Verfahrens zur Her­ stellung eines solchen Ständers, wobei der Füllfaktor einer Wicklung erheblich verbessert wird, um dadurch den Lei­ stungspegel des Drehstromgenerators zu erhöhen, wobei fer­ ner während der Montage der Wicklungsüberzug in keiner Weise beschädigt wird, und wobei die Produktivität des Ver­ fahrens wesentlich verbessert ist.

Der Ständer nach der Erfindung für einen Kraftfahrzeug- Drehstromgenerator, mit einem Ständerblechpaket, in dessen Innenumfang mehrere Nuten gebildet sind, mit einer Ständer­ wicklung mit in die Nuten des Ständerblechpakets einge­ setzten Abschnitten, und einem Isolierstoff, der zwischen die Ständerwicklung und das Ständerblechpaket eingefügt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Ständer­ blechpaket gebildeten Nuten im wesentlichen Viereckquer­ schnittsform haben, und daß die in die Nuten eingesetzten Ständerwicklungsabschnitte ebenfalls Viereckquerschnitts­ form haben, während der Rest der Ständerwicklung Kreis­ querschnittsform hat.

Gemäß der Erfindung ist ein Teil der in die Nuten des Stän­ ders eingelegten Wicklung so geformt, daß die in die Nuten eingesetzten Wicklungsteile im wesentlichen Viereckquer­ schnittsform durch die Anwendung von Druck erhalten, so daß der Füllfaktor der Wicklung in den Nuten erheblich ver­ bessert wird. Da die Wicklung ferner aus Wicklungsmaterial besteht, das wenigstens eine kreisförmige Querschnittsform aufweist, können verschiedene Nachteile beseitigt werden, die bisher bei der Wicklungsbildung aufgetreten sind.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Teils eines Ständers für einen Kraftfahrzeug-Drehstromgenerator gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht II-II von Fig. 1;

Fig. 3 bis 5 Darstellungen, die die Bildung einer Ständer­ wicklung für den Ständer nach der Erfindung zum Einbau in einen Kraftfahrzeug-Drehstrom­ generator veranschaulichen; dabei zeigt Fig. 3 den Wickelzustand von Wicklungsmaterial gemäß der Erfindung, Fig. 4 ist eine Perspektivan­ sicht, die den Vorgang des Pressens des Wick­ lungsmaterials von Fig. 3 mit einer Preßform zeigt, und Fig. 5 zeigt perspektivisch eine Ständerwicklung, die gemäß der Erfindung her­ gestellt ist;

Fig. 6 eine Perspektivansicht eines Ständerblech­ pakets nach der Erfindung für einen Kraftfahr­ zeug-Drehstromgenerator, wobei ein Zustand dargestellt ist, in dem Verlängerungen, die als Magnetflußsammler dienen, noch nicht ge­ bildet sind;

Fig. 7A und 7B schematische Darstellungen, die ein Verfahren zur Herstellung der als Magnetflußsammler dienenden Abschnitte des erfindungsgemäßen Ständers für einen Kraftfahrzeug-Drehstrom­ generator zeigen, wobei Fig. 7A den Zustand zeigt, in dem eine Ständerwicklung in die Ständernuten eingesetzt ist, und Fig. 7B den Zustand zeigt, in dem die Endfläche jedes Zahnabschnitts des Ständerblechpakets unter Druckeinwirkung geformt wird;

Fig. 8A und 8B Querschnitte durch ein weiteres Beispiel der Ständerwicklung des Ständers nach der Erfin­ dung für einen Kraftfahrzeug-Drehstromgenera­ tor, wobei Fig. 8A einen Querschnitt durch einen Hohldraht zeigt und Fig. 8B den Hohl­ draht zeigt, der unter Druck zu im wesentli­ chen Viereckquerschnitt verformt ist;

Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Kraftfahrzeug- Drehstromgenerator, in den der Ständer nach der Erfindung eingebaut ist; und

Fig. 10 eine Grafik, die einen Vergleich zwischen der Leistungskurve des einen erfindungsgemäßen Ständer enthaltenden Kraftfahrzeug-Drehstrom­ generators und der Leistungskurve eines kon­ ventionellen Kraftfahrzeug-Drehstromgenerators zeigt.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Teil des Ankers eines Kraftfahrzeug-Drehstromgenerators, d. h. einen Ständer 1. Der Ständer 1 hat ein Ständerblechpaket 2 aus geschichteten Stahlblechen, die jeweils eine vorbestimmte Stanzform haben. Das Ständerblechpaket 2 umfaßt einen zylindrischen Teil 3 und eine Mehrzahl Zähne 4, die jeweils in Radial­ richtung vom zylindrischen Teil 3 nach innen ragen, und zwischen benachbarten Zähnen 4 ist jeweils eine Nut 5 be­ grenzt. Die Nut 5 hat Viereckquerschnitt. Bei der vorlie­ genden Ausführungsform des für einen Kraftfahrzeug-Dreh­ stromgenerator geeigneten Ständers 1 sind in dem zylindri­ schen Teil 3 des Ständerblechpakets 2 an dessen Innenum­ fangsseite zwölf Nuten ausgebildet. Fig. 1 zeigt beispiel­ haft nur drei dieser Nuten. Zwei Verlängerungen 6, die um­ fangsmäßig in entgegengesetzten Richtungen länglich sind, sind an den in Umfangsrichtung einander gegenüberstehenden Rändern des Innenendes jedes Zahns 4 gebildet. Jede Ver­ längerung 6 hat die Funktion, Magnetfluß zu sammeln und die teilweise geschlossene Öffnung der Nut 5 zu begrenzen, um zu verhindern, daß eine Wicklung daraus hervorsteht, wie noch erläutert wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in jede Nut 5 des Ständers 1 eine Ständerwicklung 7 mit jeweils sechs Win­ dungen eingesetzt. Selbstverständlich ist diese Ständer­ wicklung so gewickelt, daß wie bei bekannten Kraftfahrzeug- Drehstromgeneratoren ein Dreiphasenausgang erhalten wird. Zwischen dem Ständerblechpaket 2 und der Ständerwicklung 7 ist ein thermisch sehr beständiges Isolierpapier 8, z. B. Nomex (Wz), angeordnet. Damit ist eine stoffschlüssige elektrische Isolierung zwischen dem Ständerblechpaket 2 und der Ständerwicklung 7 vorgesehen.

Wie Fig. 2 deutlich zeigt, umfaßt die in der Nut 5 des Ständerblechpakets 2 aufgenommene Ständerwicklung 7 einen Abschnitt 7 a und Wickelköpfe 7 b. Der Abschnitt 7 a ist in die Nut 5 eingesetzt und hat ebenen oder Viereckquer­ schnitt. Die übrigen Abschnitte bzw. Wickelköpfe 7 b haben Kreisquerschnittsform. Da, wie ersichtlich, jede Nut 5 mit im wesentlichen Viereckquerschnitt eine Wicklung aufnimmt, die gleichermaßen Viereckquerschnitt hat, wird der Füll­ faktor der Wicklung in der Ständernut 5 verbessert.

Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der vor­ stehend erläuterten Ständerwicklung 7 beschrieben.

Gemäß Fig. 3 wird ein massives Elektrodrahtmaterial 17 mit Kreisquerschnitt mehrfach, z. B. sechsmal, zu im wesent­ lichen Viereckform gewickelt, wodurch eine Wicklung mit vorbestimmter Form vorbereitet wird. Bei dem beschriebenen Beispiel wird das Wicklungsmaterial 17 zu im wesentlichen Viereckform gewickelt, und Wickelköpfe 17 b werden bogen­ förmig gemacht. Wenn daher die Wicklung in die Nut 5 des Ständerblechpakets 2 eingesetzt wird, kann der Wickelkopf 17 b in einfacher Weise bearbeitet werden. Da ferner Elek­ trodraht mit Kreisquerschnitt verwendet wird, erfolgt keine Verschlechterung der Verarbeitbarkeit etwa infolge eines Verdrehens des Elektrodrahts im Gegensatz zu dem Fall, in dem die Wicklung aus sogenanntem Viereckdraht gewickelt ist. Es ist daher nicht notwendig, auf ein Verdrehen von Elektrodrähten zu achten. Somit ist ersichtlich, daß das beschriebene Wicklungsmaterial sich aufgrund seiner über­ legenen Verarbeitbarkeit zur Verwendung in der Massenfer­ tigung eignet.

Nachdem das Ständerwicklungsmaterial 17 in der beschrie­ benen Weise zu vorgegebener Form gewickelt ist, wird sein Abschnitt 17 a, der in die Nut 5 einzusetzen ist, durch eine Preßformvorrichtung 9 in Flachform gebracht. Die Preßform­ vorrichtung 9 umfaßt eine Basis 10, einen in Längsrichtung der Basis 10 mittig angeordneten Anschlag 11, zwei an den in Längsrichtung der Basis 10 entgegengesetzten Enden an­ geordnete Blöcke 12, zwei Schieber 13, die in Längsrichtung über die Basis 10 schiebbar sind, Federn 14, die jeweils mit einem Ende an einem Block 12 und mit dem anderen Ende an einem Schieber 13 befestigt sind, und ein Druckorgan 15, das durch Hydraulikdruck od. dgl. in Vertikalrichtung be­ wegbar ist. Das entsprechend Fig. 3 geformte Wicklungs­ material wird zwischen dem Anschlag 11 und den Schiebern 13 angeordnet, und seine Abschnitte 17 a, die in die Nuten ein­ zusetzen sind, d. h. also nicht die Wickelköpfe 17 b, werden durch die Kraft der Federn 14 in dieser Lage festgehalten. Dann werden die eingesetzten Abschnitte 17 a von dem Druck­ organ 15 in Pfeilrichtung mit Druck beaufschlagt. Durch dieses Pressen wird das Wicklungsmaterial 17 zu einer Ständerwicklung 7 gemäß Fig. 5 geformt, wobei die in die Nut 5 einzusetzenden Abschnitte 7 a im Querschnitt im we­ sentlichen Viereckform haben. Nachdem bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel das Wicklungsmaterial gewickelt wurde und die so erhaltene Wicklung derart ange­ ordnet wurde, daß ihre Windungen übereinanderliegen, werden vorbestimmte Teile der übereinanderliegenden Windungen druckbeaufschlagt. Nachdem jedoch nur die vorbestimmten Teile des Wicklungsmaterials druckbeaufschlagt wurden, kann das erhaltene Wicklungsmaterial zu gewünschter Form ge­ wickelt werden.

Die in der obigen Weise hergestellte Ständerwicklung 7 wird in jede der Nuten 5, die zwischen den benachbarten Zähnen 4 des Ständerblechpakets 2 von Fig. 6 gebildet sind, mit einem zwischengefügten Isolierpapier fest eingefügt. Wie Fig. 6 zeigt, ist durch jeden Zahn 4 des Ständerblechpakets 2 ein im wesentlichen ellipsenförmiges Durchgangsloch 16 in Axialrichtung ausgebildet. Wie noch beschrieben wird, wer­ den die bereits erwähnten Ansätze 6, die als Magnetfluß­ sammler dienen, durch Pressen der Endfläche jedes Zahns 4 gebildet. Dadurch ist es möglich, ein Herausfallen der ein­ gesetzten Wicklungen aus den Nuten 5 zu verhindern. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß nach dem Einsetzen der Wicklung 7 in die Nut 5 der als Magnetfluß­ sammler dienende Ansatz 6 an der Endfläche des Zahns 4 des Ständerblechpakets 2 gebildet wird. Somit ist also auch eine Wicklung 7 mit im wesentlichen Viereckform ohne wei­ teres in jede Nut 5 einsetzbar. Es ist zu beachten, daß die Montageleistung insbesondere in einem Massenfertigungsver­ fahren bedeutend verbessert wird.

Nachstehend folgt die Beschreibung eines Verfahrens zur Bildung der als Magnetflußsammler dienenden Ansätze des Ständerblechpakets 2.

Gemäß Fig. 7A sind in jede Nut 5 sechs Windungen der Stän­ derwicklung 7 eingesetzt, wobei zwischen der Wicklung 7 und der Oberfläche der Nut 5 jeweils Isolierpapier 8 angeordnet ist.

Dann wird nach Fig. 7B die Endfläche des Zahns 4 des Stän­ derblechpakets 2 durch eine geeignete Druckvorrichtung (z. B. eine Presse oder eine Rolle) in Pfeilrichtung F mit Druck beaufschlagt. Wie die Vollinien in Fig. 7B zeigen, werden die in Axialrichtung die Enden der Zähne 4 durch­ setzenden Durchgangsöffnungen 16 zusammengedrückt, und gleichzeitig werden die Abschnitte des Ständerblechpakets 2, die an die umfangsmäßig gegenüberstehenden Seiten des Durchgangslochs 16 angrenzen, parallel zum Umfang des Stän­ derblechpakets 2 nach außen gepreßt. Damit ist es möglich, die Magnetflußsammler 6 so zu formen, daß jeder eine an einen Bogen angenäherte ideale Form hat.

Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform wird bei­ spielsweise ein massiver Elektrodraht mit Kreisquerschnitt zur Bildung der Ständerwicklung eingesetzt. Bei der vor­ liegenden Erfindung kann aber auch anstelle des runden Drahts ein Hohldraht 27 entsprechend Fig. 8A verwendet wer­ den. Dieser hat, wie gezeigt, ursprünglich Kreis- bzw. Ringquerschnitt. Beim Pressen des Hohldrahts 27 nimmt die­ ser eine längliche Form mit abgerundeten Enden entsprechend Fig. 8B an. Wenn also bei dem Preßvorgang, der in Verbin­ dung mit Fig. 4 erläutert wurde, der Hohldraht 27 verwendet wird, so ist ersichtlich, daß die erforderliche Preßkraft gegenüber dem runden Draht verringert werden kann, und es ist möglich, in einfacher und positiver Weise den runden Draht zu Viereckquerschnitt zu verformen. Selbstverständ­ lich werden die Abschnitte des Hohldrahts 27, die in die Nuten einzusetzen sind, zu Flachform verformt. Ferner kann gegenüber dem Bearbeiten eines massiven Elektrodrahts der zum Bearbeiten des Hohldrahts erforderliche Preßdruck ver­ ringert sein. Somit ist die Gefahr einer Beschädigung einer auf die Wicklung aufgebrachten Isolierschicht während des Preßvorgangs geringer, und die Ausschußrate kann auf einen extrem niedrigen Wert gesenkt werden.

Fig. 9 zeigt im Querschnitt einen Kraftfahrzeug-Drehstrom­ generator mit dem vorstehend beschriebenen Ständer 1. Fig. 10 zeigt einen Vergleich zwischen der Leistungskurve eines typischen bekannten Drehstromgenerators und eines solchen mit dem Ständer nach der Erfindung. Aus Fig. 10 geht her­ vor, daß es mit dem Ständer nach der Erfindung möglich ist, den Füllfaktor auf einen Wert von ca. 80% zu verbessern. Infolgedessen ist es möglich, wie Fig. 10 zeigt, den Lei­ stungspegel über den gesamten Drehzahlbereich des Dreh­ stromgenerators gegenüber dem bekannten Drehstromgenerator gleicher Größe (dessen Leistungskurve in Strichlinien ange­ geben ist) zu erhöhen. Insbesondere hat sich gezeigt, daß der Leistungspegel bei einer Nenndrehzahl von 5000 U/min um etwa 25% entsprechend der Vollinie gesteigert werden konnte.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein Ständer mit großem Füllfaktor zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Drehstromgenerator angegeben wird; dadurch ist es möglich, einen Kraftfahrzeug-Dreh­ stromgenerator zu schaffen, der klein gebaut werden kann und dessen Ausgangsleistung hoch ist.

Claims (8)

1. Ständer für einen Kraftfahrzeug-Drehstromgenerator, mit
einem Ständerblechpaket (2), in dessen Innenumfang mehrere Nuten (5) gebildet sind;
einer Ständerwicklung (7) mit in die Nuten des Ständer­ blechpakets eingesetzten Abschnitten; und
einem Isolierstoff (8), der zwischen die Ständerwicklung und das Ständerblechpaket eingefügt ist;
dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Ständerblechpaket (2) gebildeten Nuten (5) im wesentlichen Viereckquerschnittsform haben, und daß die in die Nuten eingesetzten Ständerwicklungsabschnitte eben­ falls Viereckquerschnittsform haben, während der Rest der Ständerwicklung Kreisquerschnittsform hat.

2. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest der Ständerwicklung Hohlquerschnittsform hat.

3. Verfahren zur Herstellung eines Ständers für einen Kraftfahrzeug-Drehstromgenerator, wobei der Ständer ein Ständerblechpaket mit einer Mehrzahl von in seinem Innen­ umfang gebildeten Nuten, eine Ständerwicklung, die in jede der Nuten des Ständerblechpakets eingesetzte Abschnitte hat, und einen zwischen der Ständerwicklung und dem Stän­ derblechpaket eingefügten Isolierstoff aufweist, gekennzeichnet durch Preßformen der in die Nuten einzusetzenden Abschnitte der Ständerwicklung von deren Kreisquerschnittsform zu einer im wesentlichen Viereckquerschnittsform.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung aus einem Wickelmaterial mit Hohl­ querschnittsform hergestellt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Ständers für einen Kraftfahrzeug-Drehstromgenerator, wobei der Ständer ein Ständerblechpaket mit einer Mehrzahl von in seinem Innen­ umfang gebildeten Nuten, eine Ständerwicklung, die in jede der Nuten des Ständerblechpakets eingesetzte Abschnitte hat, und einen zwischen der Ständerwicklung und dem Stän­ derblechpaket eingefügten Isolierstoff aufweist, gekennzeichnet durch
Wickeln eines Wickelmaterials mit Kreisquerschnittsform zu einer vorbestimmten Wicklungsform; und
anschließendes Preßformen der in die Nuten einzusetzenden Abschnitte der Ständerwicklung von deren Kreisquerschnitts­ form zu einer im wesentlichen Viereckquerschnittsform.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung aus einem Wickelmaterial mit Hohl­ querschnittsform hergestellt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Ständers für einen Kraftfahrzeug-Drehstromgenerator, wobei der Ständer ein Ständerblechpaket mit einer Mehrzahl von in seinem Innen­ umfang gebildeten Nuten, eine Ständerwicklung, die in jede der Nuten des Ständerblechpakets eingesetzte Abschnitte hat, und einen zwischen der Ständerwicklung und dem Stän­ derblechpaket eingefügten Isolierstoff aufweist, gekennzeichnet durch
Preßformen der in die Nuten einzusetzenden Abschnitte der Ständerwicklung von ihrer Kreisquerschnittsform zu im wesentlichen Viereckquerschnittsform; und
anschließendes Wickeln dieses Wickelmaterials zu vorbe­ stimmter Wicklungsform unter Bildung der Ständerwicklung.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung aus einem Wickelmaterial mit Hohl­ querschnittsform hergestellt wird.