DE3817912C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordneten Drehstrommaschine, welcher einen Ankerkern mit einer in Nuten eingelegten dreiphasigen Ankerwicklung aufweist, mit einem Metall­ verbindungsteil zum elektrischen Verbinden der neutralen Leitungen, von welchen ein neutraler Leitungsanschluß herausgeführt ist. Ein derartiger Stator ist aus der FR-A 20 06 210 bekannt.

Der Stand der Technik zu der Erfindung ist in den Fig. 9 bis 20 dargestellt. In diesen Figuren zeigen:

Fig. 9 ein Schaltkreisdiagramm einer üblichen Vorrichtung;

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

Fig. 11 eine Seitenansicht der üblichen Vorrichtung;

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

Fig. 13 bis 18 Herstellungsschritte der üblichen Vorrichtung;

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

Fig. 20 eine Konstruktion des Hauptteiles der üblichen Vorrichtung.

Fig. 9 zeigt einen elektrischen Schaltkreis eines Beispieles einer üblichen Wechselstrommaschine. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Drei­ phasen-Wechselstrommaschine, die Bezugszeichen 101a, 101b und 101c die Ankerwicklungen für die jeweiligen Phasen, deren Leitungsanschlüsse durch die Buchstaben A, B und C bezeichnet sind, das Bezugszeichen 101n 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 Gleichrichter­ element 203 zum Gleichrichten eines Wechselstrom­ ausganges der Wechselstrommaschine 1 zusammengesetzt ist, das Bezugszeichen 3 eine Spannungsregeleinrichtung zum Regulieren des Ausgangs der Wechselstrommaschine 1 durch Schalten eines Erregerstromes der Erregerwicklung 102, das Bezugszeichen 4 eine Batterie, das Bezugszeichen 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 bezeichnet, der fest auf der Drehwelle 9 angeordnet ist, auf welcher die Erregerspule 102 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 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 13a auf, in welchen Ankerwicklungen 101a, 101b und 101c 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 zweiten 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 201a und 202a, 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 101a, 101b, 101c und des neutralen Punktes an die Anschluß­ leitungsteile der ersten und zweiten Gleichrichterelemente jeder Phase werden Verdrahtungen der ersten und zweiten Gleichrichterelemente 201 und 202 und der Wicklungen 101a, 101b und 101c des Ankers gleichzeitig vervoll­ ständigt.

Obwohl das dritte Gleichrichterelement 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 Wicklungseinheit, 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 Spulenformmaschine 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 32A und 32N bezeichnen Leitungsanschlußklemmen der Wicklungsteile 32, wobei 32N ein Leitungsanschluß eines neutralen Punktes ist. 33 bezeichnet einen Stator, der durch Einsetzen des Wicklungsteiles 32 in Schlitze 13A des Ankerkerns 13 erhalten wird, 34 Wicklungsenden, 35 einen Keil, der in jeden der Schlitze 13A eingesetzt ist, 36 ein Schutzrohr für eine Verbindung von drei neutralen Leitungen 32N jeder Phase und 37 einen Leitungsteil, der durch neutrale Leitungen von den jeweiligen Schutzrohren 36 ausge­ bildet ist und der den neutralen Leitungsanschluß N bildet.

Zum Herstellen des oben erwähnten 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 Spulenform­ 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 dies in Fig. 17 dargestellt ist, und werden in die Schlitze 13a des Ankerkerns 13 aufeinanderfolgend eingesetzt, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Daher, wie in Fig. 20 dargestellt, werden jeweils die Wicklungsteile (1) und (4), (2) und (5) und (3) und (6) zu Paaren zusammengefaßt, und sie werden in die 36 Schlitze 13a des Ankers 13 in der Reihenfolge (1), (4), (2), (5), (3) und (6) einge­ setzt. Danach werden drei neutrale Leitungen 32N der jeweiligen Wicklungsteile (1), (4) und (2) miteinander durch Löten verbunden, von welchen sich der Leitungsteil (37) durch das Wicklungsende (34) zu einer Stelle zwischen den Leitungsanschlüssen B und C der jeweiligen Phasen erstreckt. Drei neutrale Leitungen 32N der Wick­ lungsteile (5), (3) und (6) werden durch Löten zusammen verbunden, von welchen aus ein Leitungsteil 37 abgeleitet und ähnlich positioniert wird. Diese zwei Leitungs­ teile 37 bilden den neutralen Leitungsanschluß N.

Im Stator der üblichen in Fahrzeugen angeordneten Wechsel­ strommaschine, die wie oben beschrieben konstruiert ist, werden die neutralen Leitungsanschlüsse 32N der Ankerspulen 101A, 101B und 101C der jeweiligen Phasen in Umfangsrichtung des Ankerkernes 13 in einem Winkel von 100° gegeneinander getrennt. Daher ist es erforderlich, drei der neutralen Leitungen 32N 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 stabilgehalten werden kann. Daher erfolgt 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 32N der Ankerspulen 101a, 101b und 101c jeder Phase in Umfangsrichtung verlängert 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 Wechselstrom­ maschine so auszubilden, daß er automatisch montierbar ist, und daß weniger Befestigungsteile benötigt werden.

Gemäß vorliegender Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Stator der eingangs beschriebenen Art erfindungs­ gemäß dadurch gelöst,

• a) daß die Drehstrommaschine eine Polzahl 2p größer als 2 aufweist und die Phasenenden der Ankerwicklung in einen begrenzten Bereich angeordnet sind,
• b) daß jede Phase der Ankerwicklung aus wenigstens zwei Wicklungsteilen besteht,
• c) daß das neutrale Ende eines dieser Wicklungsteile je Phase entsprechend einem Winkel von länger ist als das neutrale Ende des zugehörigen zweiten Wick­ lungsteils,
• d) daß die neutralen Enden der Ankerwicklung jeweils direkt an einen Punkt zwischen den Phasenenden der Ankerwicklung geführt sind, und
• e) daß der neutrale Leitungsanschluß von diesem Punkt herausgeführt ist.

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

Vorteilhaft ist das neutrale Ende des einen der zwei Wicklungsteile in die gleiche Nut des Ankerkerns einge­ legt, in die das neutrale Ende des anderen der zwei Wicklungsteile eingelegt ist.

Diesbezüglich ist in der nicht veröffentlichten DE 37 12 652 A1 lediglich vorgeschlagen worden, eine ansich außerhalb des Blechpakets verlaufende Verbindungsleitung durch die Nuten zu führen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 3, 4 und 5 hervor.

Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Hauptteiles eines Stators einer in einem Fahrzeug angeordneten Drehstrommaschine gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung;

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

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

Fig. 5 bis 8 Vorderansicht jeweils anderer Ausfüh­ rungsformen vorliegender Erfindung.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Ausführungsform vorliegender Erfindung dargestellt, wobei das Bezugszeichen 32N jeweils ein neutrales Ende eines Paares von Wicklungs­ teilen 32 bezeichnet, die parallel geschaltet sind und jeweils die Ankerwicklung z. B. 101a jeder Phase dar­ stellen. Das Bezugszeichen 32N′ bezeichnet ein neutrales Ende eines anderen Wicklungsteils 32, welches um eine einem Winkel von 60° (bei 2p=12) entsprechende Länge länger ist als die übliche Leitung. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet ein Metallverbindungsteil zum Zusammenbinden und elektrischen Verbinden der drei neutralen Leitungen 32N und der drei neutralen Leitungen 32N′. Das Verbindungs­ teil 25 verbindet die neutralen Leitungen 32N und 32N′ an einer Stelle zwischen den Leitungsanschlüssen bzw. Anschlußklemmen B der Ankerwicklungen 101b und den Leitungsanschlüssen bzw. Anschlußklemmen C der Ankerwicklungen 101c und ist einstückig mit diesen verstemmt und ver­ lötet. Ein neutraler Leitungsanschluß N ist aus zwei neutralen Leitungen 32N gebildet, die aus dem Verbindungsteil 25 hervorragen.

Bei dieser Ausführungsform kann die Leitung 32N′ eines der zwei Wicklungsteile 32, welche jeweils die Anker­ wicklungen 101a, 101b oder 101c für eine Phase dar­ stellen, in die gleiche Nut 13a eines Ankerkerns 13 eingesetzt werden, in dem die neutrale Leitung 32N 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 32N und 32N′ von sechs Wicklungs­ teilen 32 für drei Phasen innerhalb eines Winkels von 40° in einem inneren Umfang des Ankerkerns 13 anzuordnen.

Da es bei dieser Ausführung möglich ist, die neutralen Leitungen 32N und 32N′ der drei Ankerwicklungen 101a, 101b und 101c in die jeweiligen Nuten 13a 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 Wicklungs­ leitungsabschnittes vereinfacht, und deren Automation wird ebenfalls vereinfacht. Zusätzlich zu diesen Vorteilen kann das Bündeln und elektrische Verbinden der neutralen Leitungen 32N und 32N′ 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 Leitungsanschlüsse 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 vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 sind die zwei neutralen Leitungsanschlüsse 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 32N und 32N′ des Ankers angeordnet sind, um ungefähr 50° durch Wickeln der neutralen Leitung 32N′ 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 vorliegenden Erfindung, bei welcher die Ankerwicklung 101a, 101b und 101c in Serie zueinander angeordnet sind. Das bedeutet, daß jede Ankerwicklung 101a, 101b oder 101c eine einzelne Wicklungsleitung 32A, 32B oder 32C und eine einzelne neutrale Leitung 32N aufweist. Die drei neutralen Leitungen 32N sind durch zwei Metallverbin­ dungsteile 25 an einer Stelle zwischen den Wicklungs­ leitungen 32B und 32C gebündelt und nach einem Verstemmen zusammengelötet, um einen neutralen Leitungsanschluß N zu bilden.

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

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

Obwohl in den jeweiligen Ausführungsformen die Anker­ wicklungen 101a, 101b und 101c in einer jeweiligen Nut 13a des Ankers 13 in gegenüberliegenden Richtungen angeordnet sind, können die Richtungen der Wicklungen in der Nut jeweils entsprechend den jeweiligen 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 gebündelt, von welchem aus der neutrale Leitungsanschluß mit dem Kommutator verbunden wird. Daher werden alle neutralen Leitungen auf einfache und verläßliche Art und Weise an einem einzigen Punkt gebündelt und elektrisch mit­ einander verbunden, welche nahe den jeweiligen Wicklungen 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 (5)

1. Stator einer insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordneten Drehstrommaschine, welcher einen Anker­ kern mit einer in Nuten eingelegten dreiphasigen Ankerwicklung aufweist, mit einem Metallverbindungs­ teil zum elektrischen Verbinden der neutralen Leitungen, von welchen ein neutraler Leitungsanschluß herausgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Drehstrommaschine eine Polzahl 2p größer als 2 aufweist und die Phasenenden der Anker­ wicklung (z. B. 101a) in einem begrenzten Bereich angeordnet sind,
• b) das jede Phase der Ankerwicklung (z. B. 101a) aus wenigstens zwei Wicklungsteilen (32) besteht,
• c) daß das neutrale Ende (32N′) eines dieser Wick­ lungsteile je Phase entsprechend einem Winkel von länger ist als das neutrale Ende (32), des zugehörigen zweiten Wicklungsteils (32),
• d) daß die neutralen Enden (32N, 32N′) der Anker­ wicklung (z. B. 101a) jeweils direkt an einen Punkt zwischen den Phasenenden der Ankerwicklung geführt sind, und
• e) daß der neutrale Leitungsanschluß (N) von diesem Punkt herausgeführt ist.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das neutrale Ende (32N′) des einen der zwei Wicklungs­ teile (32) in die gleiche Nut (13a) des Ankerkerns (13) eingelegt ist, in die das neutrale Ende (32N) des anderen der zwei Wicklungsteile (32) eingelegt ist.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der neutrale Leitungsanschluß (N) wenigstens eines der neutralen Enden (32N, 32N′) aufweist, die mittels des Metallverbindungsteiles (35) gebündelt sind.

4. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der neutrale Leitungsanschluß (N) ein elektrisch leit­ fähiges Teil aufweist, das mit dem Metallverbindungs­ teil (25) verbunden ist.

5. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der neutrale Leitungsanschluß (N) eine Verlängerung des Metallverbindungsteiles (25) ist.