DE3817912A1 - Stator einer in kraftfahrzeugen angeordneten wechselstrommaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer insbesondere in Kraftfahrzeugen angeordneten Wechselstrommaschine und insbesondere eine Konstruktion eines neutralen Anschlus­ ses bzw. einer neutralen Anschlußklemme einer Anker­ wicklung einer Dreiphasen-Wechselstrommaschine.

Fig. 9 zeigt einen elektrischen Schaltkreis eines Bei­ spieles einer üblichen derartigen Wechselstrommaschine. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Drei­ phasen-Wechselstrommaschine, die Bezugszeichen 101 a, 101 b und 101 c die Ankerwicklungen für die jeweiligen Phasen, deren Leitungsanschlüsse durch die Buchstaben A, B und C bezeichnet sind, das Bezugszeichen 101 n einen üblichen neutralen Punkt der jeweiligen Phasen, deren Leitungsanschluß durch den Buchstaben N dargestellt wird, das Bezugszeichen 102 eine Erregerwicklung, das Bezugszeichen 2 einen Ganzwellengleichrichter, der aus einem ersten Gleichrichterelement 201, einem zweiten Gleichrichterelement 202 und einem dritten Gleichrich­ terelement 203 zum Gleichrichten eines Wechselstrom­ ausganges der Wechselstrommaschine 1 zusammengesetzt ist, das Bezugszeichen 3 eine Spannungsregeleinrichtung zum Regulieren des Ausganges der Wechselstrommaschine 1 durch Schalten eines Erregerstromes der Erregerwicklung 102, das Bezugszeichen 4 eine Batterie, das Bezugszei­ chen 5 eine elektrische Last, das Bezugszeichen 6 einen Schalter für die Last, das Bezugszeichen 7 einen Tasten­ schalter und das Bezugszeichen 8 eine Batterieladungs­ anzeigeeinrichtung.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen ein Beispiel des üblichen Wechselstrommaschinenaufbaues, bei welchem ein Bezugs­ zeichen 9 eine Drehwelle zeigt, die von einem nicht näher dargestellten Motor angetrieben wird und bei welchem das Bezugszeichen 10 einen Erregerkern bezeich­ net, der fest auf der Drehwelle 9 angeordnet ist, auf welcher die Erregerspule 102 angeordnet ist. Das Be­ zugszeichen 11 bezeichnet ein zylindrisches Gußteil, das auf der Drehwelle 9 angeordnet ist, auf dessen äußeren Umfang ein Paar Schleifringe 12 fest gelagert sind. Die Schleifringe 12 sind elektrisch an gegenüberliegende Enden der Erregerspule 102 angeschlossen. Ein Bezugs­ zeichen 13 bezeichnet einen ringförmigen Ankerkern, der gegenüberliegend zum Erregerkern 10 unter Bildung eines ringförmigen radialen Spaltes dazwischen angeordnet ist. Der ringförmige Ankerkern 13 weist auf einem äußeren Umfang eine Mehrzahl von Schlitzen 13 a auf, in welchen Ankerwicklungen 101 a, 101 b und 101 c angeordnet sind. Ein Bezugszeichen 14 bezeichnet Lager für die Drehwelle 9, ein Bezugszeichen 15 Stützen zum Lagern der Drehwelle 9 durch die Lager 14 und das Bezugszeichen 16 einen Bürstenhalter, der einstückig mit der Spannungsregler­ einrichtung 3 ausgebildet ist und auf den Stützen 15 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Kühlrippe auf einer positiven Seite des Ganzwellen­ gleichrichters in Gegenüberstellung einer radialen Kühl­ rippe 17. Positive Anschlußplatten der ersten und zwei­ ten Gleichrichterelemente 201 und 202 jeder Phase und negative Anschlußplatten sind mit den Kühlrippen 17 bzw. 18 verlötet.

Die ersten und zweiten Gleichrichterelemente 201 und 202 sind gegenüberliegend zwischen den Kühlrippen 17 und 18 angeordnet und ihre Leitungsdrähte 201 a und 202 a, die von den Anschlüssen daran befestigt sind, sind in der­ selben Richtung abgeleitet. Durch Löten der Leitungsan­ schlußklemmen A, B, C und N der Ankerwicklungen 101 a, 101 b, 101 c und des neutralen Punktes an die Anschlußlei­ tungsteile der ersten und zweiten Gleichrichterelemente jeder Phase werden Verdrahtungen der ersten und zweiten Gleichrichterelemente 201 und 202 und der Wicklungen 101 a, 101 b und 101 c des Ankers gleichzeitig vervollstän­ digt.

Obwohl das dritte Gleichricherelement 203 zwischen den Kühlrippen 17 und 18 angeordnet ist und an die Leitungs­ anschlüsse A, B und C angeschlossen ist, werden Details davon in dieser Beschreibung weggelassen, da diese nicht im Bereich vorliegender Erfindung liegen. Die auf der positiven Seite liegende Kühlrippe 17 ist elektrisch von der auf der negativen Seite liegenden Kühlrippe 18 durch ein Isolierungsmaterial 19 isoliert, wie in Fig. 12 dar­ gestellt.

Der Ganzwellengleichrichter 2, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist mittels einer Schraube 21 über ein Isoliermaterial 20 und einen Ausgangsanschlußbolzen 22 mit einer Mutter 23 über ein Isoliermaterial 23 an der Stütze 15 festgelegt.

In den Fig. 13 bis 20, die einen Rotor zeigen, d. h. einen Anker einer üblichen in einem Fahrzeug angeord­ neten Wechselstrommaschine, zeigt ein Bezugszeichen 31 eine Wicklunseinheit, die durch kreisförmiges Auf­ wickeln von Wicklungen 30 ausgebildet wird, wobei die Zahl der Schleifen, die für eine Phase erforderlich ist, z. B. sechs Wicklungen umfaßt, während das Bezugszeichen 32 ein Wicklungsteil bezeichnet, das durch Formen mittels einer nicht näher dargestellten Shapingmaschine der Wicklungseinheit 31 in eine Zahnradform ausgebildet ist. Zwei von diesen Wicklungsteilen 32 sind jeder Phase zugeordnet, und daher sind sechs von ihnen für drei Phasen erforderlich. Die Bezugszeichen 32 A und 32 N be­ zeichnen Leitungsanschlußklemmen der Wicklungsteile 32, wobei 32 N ein Leitungsanschluß eines neutralen Punktes ist. 33 bezeichnet einen Stator, der durch Einsetzen des Wicklungsteiles 32 in Schlitze 13 A des Ankerkernes 13 erhalten wird, 34 Wicklungsenden, 35 einen Keil, der in jeden der Schlitze 13 A eingesetzt ist, 36 ein Schutzrohr für eine Verbindung von drei neutralen Leitungen 32 N jeder Phase und 37 einen Leitungsteil, der durch neutra­ le Leitungen von den jeweiligen Schutzrohren 36 ausge­ bildet ist und der den neutralen Leitungsanschluß N bil­ det.

Zum Herstellen des obenerwähnten Ankers wird zunächst die Wicklungseinheit 31 durch Wickeln von Wicklungen 30 in der erforderlichen Anzahl für eine Phase hergestellt. Dann wird die Wicklungseinheit 31 mittels der Shaping­ maschine in die Zahnradanordnung geformt, um das Wick­ lungsteil 32 auszubilden. Zwei der Wicklungsteile 32 werden zu einem Paar zusammengefaßt und derart kombi­ niert, daß die Vorsprünge des einen Wicklungsteiles den Einbuchtungen des anderen gegenüberstehen, wie sie in Fig. 14 dargestellt ist, und werden in die Schlitze 13 a des Ankerkernes 13 aufeinanderfolgend eingesetzt, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Daher, wie in Fig. 20 dar­ gestellt, werden jeweils die Wicklungsteile (1) und (4), (2) und (5) und (3) und (6) zu Paaren zusammengefaßt, und sie werden in die 36 Schlitze 13 a des Ankers 13 in der Reihenfolge (1), (4), (2), (5), (3) und (6) einge­ setzt. Danach werden drei neutrale Leitungen 32 N der je­ weiligen Wicklungsteile (1), (4) und (2) miteinander durch Löten verbunden, von welchen sich der Leitungsteil (37) durch das Wicklungsende (34) zu einer Stelle zwi­ schen den Leitungsanschlüssen B und C der jeweiligen Phasen erstreckt. Drei neutrale Leitungen 32 N der Wick­ lungsteile (5), (3) und (6) werden durch Löten zusammen verbunden, von welchen aus ein Leitungsteil 37 abgelei­ tet und ähnlich positioniert werden. Diese zwei Leitungs­ teile 37 bilden den neutralen Leitungsanschluß N.

Im Stator der üblichen in Fahrzeugen angeordneten Wech­ selstrommaschine, die wie oben beschrieben konstruiert ist, werden die neutralen Leitungsanschlüsse 32 N der Ankerspulen 101 A, 101 B und 101 C der jeweiligen Phasen in Umfangsrichtung des Ankerkernes 13 in einem Winkel von 100° gegeneinander getrennt. Daher ist es erforderlich, drei der neutralen Leitungen 32 N für jede Phase zu ver­ drehen und zu verlöten. Ferner ist es erforderlich, das Isolierungsrohr 36 auf jeden gelöteten Abschnitt vorzu­ sehen, und der Leitungsteil 37 muß durch das Isolierrohr abgeleitet und durch das Wicklungsende 34 hindurchge­ führt werden, so daß die Stellung eines Endbereiches stabil gehalten werden kann. Daher erfordert die Bildung des Leitungsanschlusses N des üblichen Ankers eine Anzahl von von Hand auszuführenden Arbeiten, die eine automatische Montage unmöglich macht. Ferner müssen die neutralen Leitungen 32 N der Ankerspulen 101 a, 101 b und 101 c jeder Phase in Umfangsrichtung ausgedehnt werden, und relativ lange Leitungsteile 37 müssen vorgesehen werden. Daher ist die Schwingungsfestigkeit des Ankers niedrig, was zu einer Verschlechterung der Isolierung der jeweiligen Wicklungen führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Stator einer insbesondere in einem Fahrzeug angeordneten Wechsel­ strommaschine so auszubilden, daß er automatisch mon­ tierbar ist, wobei die Isolierung der Anschlußdrähte der Ankerwicklungen jeder Phase verbessert werden soll.

Gemäß vorliegender Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Stator gelöst, bei dem die neutralen Leitungen der Ankerwicklungen bzw. Ankerspulen jeder Phase direkt zu einer Stelle zwischen den Leitungsanschlüssen der Anker­ wicklungen der jeweiligen Phasen abgeleitet werden und Enden der neutralen Leitungen mittels eines Metallver­ binders verbunden werden, von wo aus ein Leitungsan­ schluß, der an einen Gleichrichter anzuschließen ist, abgeleitet wird.

Der erfindungsgemäße Stator weist daher einen einzigen Verbindungsbereich auf, der zwischen den Leitungsan­ schlüssen der Ankerwicklungen angeordnet ist, an wel­ chen die neutralen Leitungen verläßlich miteinander ver­ bunden sind. Daher kann die Länge der neutralen Leitun­ gen jeder Phase zum Verbindungsbereich minimiert werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin­ diung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Hauptteiles eines Stators einer in einem Fahrzeug angeordneten Wechselstrommaschine bzw. -generator gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung;

Fig. 2 eine Konstruktion des Hauptteiles, das in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 3 und 4 Herstellungsschritte der Ausführungs­ form, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 5 bis 8 Vorderansichten jeweils anderer Aus­ führungsformen vorliegender Erfindung;

Fig. 9 ein Schaltkreisdiagramm einer üblichen Vorrichtung;

Fig. 10 einen Querschnitt, der die übliche Vor­ richtung zeigt;

Fig. 11 eine Seitenansicht der üblichen Vorrich­ tung;

Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie XII-XII in Fig. 11;

Fig. 13 bis 18 Herstellungsschritte der üblichen Vor­ richtung;

Fig. 19 eine Vorderansicht eines Hauptteiles eines Stators der üblichen Vorrichtung; und

Fig. 20 eine Konstruktion des Hauptteiles der üblichen Vorrichtung.

in den Fig. 1 bis 3 ist eine Ausführungsform vorliegen­ der Erfindung dargestellt, wobei das Bezugszeichen 32 N eine neutrale Leitung eines Teiles eines Paares von Wicklungs- bzw. Spulenteilen 32 bezeichnet, die jeweils Ankerwicklungen 101 a, 101 b oder 101 c jeder Phase dar­ stellen, die parallel zueinander angeordnet sind, während das Bezugszeichen 32 N′ eine neutrale Leitung eines anderen Wicklungsteilen 32 bezeichnet, welches um eine einem Winkel von 60° entsprechende Länge länger ist als die übliche Leitung. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet ein Metallverbindungsteil zum Zusammenbinden und elek­ trischen Verbinden der drei Leitungen 32 N und der drei neutralen Leitungen 32 N′. Das Verbindungsteil 25 bindet die neutralen Leitungen 32 N und 32 N′ an einer Stelle zwischen den Leitungsanschlüssen bzw. Anschlußklemmen B der Ankerwicklungen 101 b und den Leitungsanschlüssen bzw. Anschlußklemmen C der Ankerwicklungen 101 c und ist einstückig mit diesen verstemmt und verlötet. Ein neutraler Leitungsanschluß N ist aus zwei neutralen Leitungen 32 N gebildet, die aus dem Verbindungsteil 25 hervorragen.

Bei dieser Ausführungsform kann die Leitung 32 N′ eines der zwei Wicklungsteile 32, welche jeweils die Anker­ wicklungen 101 a, 101 b oder 101 c für eine Phase dar­ stellen, in den gleichen Schlitz 13 a eines Ankerkerns 13 eingesetzt werden, wie in dem, in dem die neutrale Lei­ tung 32 N des anderen Wicklungsteiles eingesetzt wird, wozu sie um ¹/₆ Umdrehung entsprechend 60° mehr gewunden wird, als beim üblichen Wicklungsteil, wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Daher ist es möglich, die neutralen Leitungen 32 N und 32 N′ von sechs Wicklungs­ teilen 32 für drei Phasen innerhalb eines Winkels von 40° in einem inneren Umfang des Ankerkerns 13 anzuord­ nen.

Da es bei dieser Ausführung möglich ist, die neutralen Leitungen 32 N und 32 N′ der drei Ankerwicklungen 101 a, 101 b und 101 c in den jeweiligen Schlitzen 13 a des Anker­ kernes 13 anzuordnen, welche nahe beieinanderliegen, so daß sie leicht zusammen direkt an einer einzelnen Stelle gebunden werden können, bedeutet dies, daß das Löten derselben minimiert werden kann im Vergleich zu der üblichen Vorrichtung, bei der zumindest zwei Lötungen erforderlich sind. Ferner ist bei dieser Ausführungsform kein manuelles Verdrillen der Drähte erforderlich, um sie zu verbinden und um sie durch die Wicklungsenden in Stellungen zu bringen, die zu ihrem Verbinden geeignet sind. Daher wird die Verdrahtung eines Wicklungslei­ tungsabschnittes vereinfacht, und deren Automation wird ebenfalls vereinfacht. Zusätzlich zu diesen Vorteilen kann das Bündeln und elektrische Verbinden der neutralen Leitungen 32 N und 32 N′ auf einfache Art und Weise mittels des Verbindungsteiles 25 mit Hilfe eines Ver­ stemmens durchgeführt werden, da es nicht erforderlich ist, Isolierungsmaterial auf jedem Verbindungsbereich der neutralen Leitungen vorzusehen. Da ferner der Abstand zwischen den Wicklungsleitungen minimiert werden kann, weist der resultierende Anker eine verbesserte Schwingungsfestigkeit und eine verbesserte Widerstands­ fähigkeit gegen eine Isolationsunterbrechung auf.

Da es bei dieser Ausführungsform möglich ist, einen Winkel um ungefähr 10° zu reduzieren, innerhalb welchem die Wicklungsleitungen A, B und C und die neutralen Lei­ tungsanschlüsse N des Ankers angeordnet sind, ist es möglich, die Größe eines Abstreifers zum Abstreifen der Isolierung der entsprechenden Leitungen zu minimieren und das Abstreifen zu vereinfachen.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. In Fig. 5 sind die zwei neutralen Lei­ tungsanschlüsse bzw. Anschlußklemmen N vom Metallverbin­ dungsteil 25 ferner durch ein oder zwei Verbindungsteile gebunden und verstemmt, um einen einzelnen neutralen Leitungsanschluß N zu bilden. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, den Winkel, innerhalb welchem die neutralen Leitungen 32 N und 32 N′ des Ankers angeordnet sind, um ungefähr 50° durch Wickeln der neutralen Lei­ tungen 32 N′ des Wicklungsteiles (6) um 60° mehr zu vermin­ dern, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 gezeigt ist, was dazu führt, daß die Leitungen näher beieinander sind.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung, bei welcher die Ankerwicklungen 101 a, 101 b und 101 c in Serie zueinander angeordnet sind. Das bedeutet, daß jede Ankerwicklung 101 a, 101 b oder 101 c eine einzelne Wicklungsleitung 32 A, 32 B oder 32 C und eine einzelne neutrale Leitung 32 N aufweist. Die drei neutralen Leitungen 32 N sind durch zwei Metallverbin­ dungsteile 25 an einer Stelle zwischen den Wicklungs­ leitungen 32 B und 32 C gebündelt und nach einem Verstem­ men zusammengelötet, um einen neutralen Leitungsanschluß N zu bilden.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die drei neutralen Leitungen 32 N durch ein Metallverbin­ dungsteil 25 in Form eines Ringes gebündelt und mitein­ ander verstemmt sind, von welchem ein neutraler Lei­ tungsanschluß N in Form einer Verlängerung eines der neutralen Leitungen oder eines separaten Teiles abge­ leitet ist.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung, welche ähnlich derjenigen ist, die in Fig. 1 dargestellt ist, mit der Ausnahme, daß die neu­ tralen Leitungen 32 N und 32 N′ durch ein Metallverbin­ dungsteil 25 gebündelt und verstemmt sind, von welchem ein Leitungsteil 25 A, das einstückig mit dem Verbin­ dungsteil 25 ausgbildet ist, hervorragt, um einen neu­ tralen Leitungsanschluß N bzw. eine Anschlußklemme N zu bilden.

Obwohl in den jeweiligen Ausführungsformen die Anker­ wicklungen 101 a, 101 b und 101 c in einem jeweiligen Schlitz 13 a des Ankers 13 in gegenüberliegenden Richtungen angeordnet sind, können die Richtungen der Wicklungen im Schlitz jeweils entsprechend den jewei­ ligen Anforderungen gewählt werden.

Wie zuvor erwähnt, werden gemäß vorliegender Erfindung die neutralen Leitungen der jeweiligen Ankerwicklungen der drei Phasen direkt zwischen den Wicklungsleitungen abgeleitet und mittels eines Verbindungsteiles gebün­ delt, von welchem aus der neutrale Leitungsanschluß mit dem Kommutator verbunden wird. Daher werden alle neutra­ len Leitungen auf einfache und verläßliche Art und Weise an einem einzigen Punkt gebündelt und elektrisch mit­ einander verbunden, welche nahe den jeweiligen Wicklun­ gen angeordnet ist. Daher kann das Montieren des Ankers einfach automatisiert werden, und die Vibrationswider­ standsfähigkeit und die Sicherheit gegen einen Zusammen­ bruch der Isolation des Ankers kann verbessert werden.

Claims (4)

1. Stator einer insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordneten Wechselstrommaschine, die einen Rotor und einen Gleichrichter aufweist, wobei der Stator einen Ankerkern in seinem inneren Umfang mit einer Mehrzahl von Schlitzen und dreiphasigen Ankerwick­ lungen, die in jeweiligen Schlitzen des Ankerkernes gewickelt sind, Wicklungsleitungsanschlüsse und einen neutralen Leitungsanschluß der Ankerwicklungen für jede Phase aufweist, die in einem begrenzten Bereich angeordnet sind, so daß deren Verbindungen mit dem Gleichrichter der Wechselstrommaschine erleichtert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die neutralen Leitungen (32 N, 32 N′) der Ankerwicklungen (101 a, 101 b, 101 c) für drei Phasen direkt jeweils an einem Punkt zwischen den Wicklungsleitungen der Anker­ wicklungen (101 a, 101 b, 101 c) abgeleitet sind, und daß wenigstens ein Metallverbindungsteil (25) zum Bündeln und elektrischen Verbinden der neutralen Leitungen (32 N, 32 N′) zusammen an dem Punkt vorge­ sehen ist, von welchem ein neutraler Leitungsanschluß (N), der mit dem Gleichrichter zu verbinden ist, abgeleitet wird.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der neutrale Leitungsanschluß (N) wenigstens eine der neutralen Leitungen (32 N, 32 N′) aufweist, die mittels des Verbindungsteiles (25) gebündelt sind.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der neutrale Leitungsanschluß (N) ein elektrisch leitfähiges Teil aufweist, das mit dem Metallverbindungsteil (25) verbunden ist.

4. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der neutrale Leitungsanschluß (N) eine Verlängerung des Metallverbindungsteiles (25) ist.