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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Generator, der beispielsweise
von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird, und betrifft insbesondere eine
Statorkonstruktion für
einen Kraftfahrzeuggenerator, der auf einem Kraftfahrzeug wie beispielsweise einem
Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen vorgesehen ist.
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2. Beschreibung der Stand
der Technik
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Das
Dokument JP-A-10126992 beschreibt eine Anordnung, bei welcher Leiter,
welche das Wickelende binden, nahe aneinander liegen. Das durch diese
Anordnung zu lösende
Problem besteht in der Bereitstellung einer Kühlanordnung der Statorwicklung
zum wirksamen Kühlen
des Wickelendes, durch Ausbildung eines Spaltes zwischen den Leitern durch
Wickeln von Garnen auf die Leiter, und durch Belüften der Wickelenden durch
die Spalte. Dieses Dokument gibt keine ausdrückliche Lehre in Bezug auf
die Statorwicklungsanordnung an.
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Das
Dokument US-A-1926331 beschreibt eine Statorwicklung, die so ausgebildet
ist, dass mehrere Wicklungseinheiten bereitgestellt werden, die
jeweils durch Wickeln von Leitungen in einer vorbestimmten Anzahl
an Windungen hergestellt werden, die Wicklungseinheiten innerhalb
der Paare von Nuten angebracht werden, und die Endabschnitte der
Wicklungseinheiten miteinander verbunden werden.
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Das
Dokument JP-A-11155270 beschreibt eine Statorwicklung entsprechend
dem Stand der Technik, die nachstehend geschildert wird. Die Statorwicklung
wird so hergestellt, dass mehrere U-förmige Leiter innerhalb jedes
Paars von Nuten angebracht werden, und jedes Paar von Endabschnitten der
Leiter verbunden wird, die sich von den Nuten aus nach außen erstrecken.
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19 ist
eine Teil-Vorderansicht eines herkömmlichen Stators, der in einem
Kraftfahrzeuggenerator vorgesehen ist, gesehen von einer Innenumfangsseite
aus, und 20 ist eine Perspektivansicht
eines Teils des herkömmlichen
Stators, der in einem Kraftfahrzeuggenerator vorgesehen ist, gesehen
von der Vorderseite aus.
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In
den 19 und 20 weist
ein Stator 50 auf: einen zylindrischen Statorkern 51,
der mit einer Anzahl an Nuten 51a versehen ist, die sich
in Axialrichtung in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung
erstrecken; eine Statorwicklung 52, die auf den Statorkern 51 gewickelt
ist; und Isolatoren 53, die in jeder der Nuten 51a angeordnet
sind, um elektrisch die Statorwicklung 52 gegenüber dem
Statorkern 51 zu isolieren. Obwohl nicht dargestellt, weist
bei diesem herkömmlichen
Beispiel ein Rotor 12 Pole auf, und weist der Stator 50 sechsunddreißig Nuten 51a auf,
also eine Nut pro Pol pro Phase.
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Die
Statorwicklung 52 ist so ausgebildet, dass eine Anzahl
an Wickelsegmenten 55 in Reihe geschaltet ist, die aus
kurzen Längen
eines isolierten elektrischen Leiters bestehen. Jedes der Wickelsegmente 55 ist
im Wesentlichen U-förmig
ausgebildet, und weist ein Paar von Schenkelabschnitten 55a auf, die
durch einen Windungsabschnitt 55b verbunden sind.
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Die
Wickelsegmente 55 werden in einer Anzahl von jeweils zwei
von einem rückwärtigen Ende des
Statorkerns in Gruppen von Nuten 51a eingeführt, die
um drei Nuten getrennt sind. Hierbei werden vier Schenkelabschnitte 55a in
jeder Nut 51a aufgenommen, so dass sie in einer Reihe in
Radialrichtung ausgerichtet werden. Jedes der Wickelsegmente 55 an
der Innenumfangsseite wird in eine erste Position von der Innenumfangsseite
einer ersten Nut 51a und eine zweite Position von der Innenumfangsseite
einer zweiten Nut 51a drei Nuten entfernt eingeführt, und
jedes der Wickelsegmente 55 an der Außenumfangsseite wird in eine
dritte Position von der Innenumfangsseite der ersten Nut 51a und
eine vierte Position von der Innenumfangsseite der zweiten Nut 51a drei
Nuten entfernt eingeführt.
Anders ausgedrückt,
werden die Wickelsegmente 55 in Gruppen von Nuten 51a drei
Nuten getrennt aufgenommen, so dass sie sich in unterschiedlichen
Schichten befinden.
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Dann
wird jedes der Wickelsegmente 55 so gebogen, dass freie
Enden 55c, die sich von einem Vorderende nach außen erstrecken,
sich nach außen in
Umfangsrichtung öffnen.
Dann werden freie Enden 55c von Wickelsegmenten 55,
die sich nach außen von
dem Vorderende von der ersten Position von der Innenumfangsseite
der Nuten 51a erstrecken, in Radialrichtung übereinander
angeordnet, wobei die freien Enden 55c der Wickelsegmente 55 sich
nach außen
von dem Vorderende von der zweiten Position von der Innenumfangsseite
von Nuten 51a drei Nuten entfernt erstrecken, und werden
durch Löten
oder Laserschweißen
verbunden. Auf diese Weise werden zwei Innenumfangswickel erhalten,
die aus sechs Wickelsegmenten 55 bestehen, die in Reihe
geschaltet sind.
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Entsprechend
werden freie Enden 55c von Wickelsegmenten 55,
die sich von dem Vorderende von der dritten Position von der Innenumfangsseite der
Nuten 51a nach außen
erstrecken, in Radialrichtung übereinander
angeordnet, wobei die freien Enden 55c der Wickelsegmente 55 sich
nach außen von
dem Vorderende von der vierten Position von der Innenumfangsseite
von um drei Nuten entfernten Nuten 51a erstrecken, und
werden durch Löten
oder Laserschweißen
verbunden. Auf diese Weise werden zwei Außenumfangswickel erhalten,
die aus sechs Wickelsegmenten 55 bestehen, die in Reihe
geschaltet sind.
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Diese
inneren und äußeren umfangsseitigen Wickel
werden in Reihe geschaltet, um eine Phase eines Wickels zu bilden,
die vier Windungen aufweist.
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Weiterhin
werden zwei andere Wickelphasen ebenfalls auf entsprechende Weise
hergestellt.
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Die
Statorwicklung 52 wird so ausgebildet, dass diese drei
Wickelphasen in einer Wechselstromschaltung verbunden werden.
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Wie
in den 19 und 20 gezeigt
ist, sind bei dem Stator 50 mit der geschilderten Konstruktion
die Wickelenden, die durch Verbinden der freien Enden 55c der
Wickelsegmente 55 miteinander hergestellt worden, voneinander
beabstandet und in zwei ordentlichen Reihen in Umfangsrichtung angeordnet,
und bilden Vorderend-Wickelendgruppen 52a. Die Wickelenden,
die aus den Wicklungsabschnitten 55b der Wickelsegmente 55 bestehen,
sind voneinander beabstandet und in ordentlichen Reihen in Umfangsrichtung
angeordnet, und bilden Hinterend-Wickelendgruppen 52b.
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Da
bei dem herkömmlichen
Stator 50 die Vorderend- und Hinderend-Wickelendgruppen 52a und 52b so
konstruiert sind, dass Wickelenden voneinander beabstandet und in
Umfangsrichtung angeordnet werden können, welche außerhalb
der Nuten unterschiedliche Schichten in um drei Nuten getrennten
Nuten 51a verbinden, sind die Höhen in Axialrichtung der Vorderend-
und Hinterend-Wickelendgruppen 52a und 52b angestiegen,
und traten Unregelmäßigkeiten
in der Umfangsrichtung auf der Innenumfangsseite der Vorderend-
und Hinterend-Wickelendgruppen 52a und 52b auf.
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Wenn
dieser Stator 50 in einem Generator vorgesehen ist, treten
daher die nachstehend geschilderten Nachteile auf, und bestand das
Problem, dass keine Verbesserungen in Bezug auf die Verlässlichkeit,
eine erhöhte
Leistung, und Kosteneinsparungen möglich waren.
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Es
besteht nämlich
das Risiko, dass Fremdkörper
in die Wickelendgruppen 52a und 52b durch Spalte
zwischen den Wickelenden eindringen, die Isolierung auf den elektrischen
Leitern beschädigen, und
die Isolierqualität
beeinträchtigen.
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Weiterhin
ist, je länger
die Axiallänge
der Wickelendgruppen 52a und 52b ist, desto größer der Gebläsewindwiderstand
in Bezug auf die Kühlluft,
die um die Wickelendgruppen 52a und 52b fließt, was die
Qualität
der Kühlung
verringert, so dass die Temperatur der Statorwicklung 52 übermäßig ansteigen kann.
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Weiterhin
ist, je länger
die Axiallänge
der Wickelendgruppen 52a und 52b ist, desto größer der Wickelwiderstand
und die Wickelend-Streuinduktivität, was die Ausgangsleistung
verringert, Kupferverluste erhöht,
und auf den Wirkungsgrad verringert.
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Da
Unregelmäßigkeiten
in Umfangsrichtung auf der Innenumfangsseite der Wickelendgruppen 52a und 52 vorhanden
sind, werden Störgeräusche zwischen
den Wickelendgruppen 52a und 52b und dem Rotor
erhöht,
was Gebläsewindgeräusche erhöht.
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Zusätzlich wird
die Menge an Kupfer erhöht, welche
das Material der Statorwicklung 52 bildet, was zu Kostenerhöhungen führt.
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Weiterhin
ist, je größer die
Anzahl an Nuten pro Pol pro Phase ist, desto größer die Axiallänge der Wickelendgruppen,
was die voranstehenden Nachteile verschlimmert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Zur
Lösung
der voranstehenden Probleme besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung
in der Bereitstellung eines Generators, der zum Einsatz bei Kraftfahrzeugen
geeignet ist, und die Erzielung einer verbesserten Verlässlichkeit
ermöglicht,
eine hohe Leistung, und geringe Kosten, durch Ausbildung der Wickelendgruppen
so, dass Wickelenden nahe aneinander angeordnet sind.
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Um
das voranstehende Ziel zu erreichen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein Generator gemäß Patentanspruch
1 zur Verfügung
gestellt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Querschnitt, der eine Konstruktion eines Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Teil-Vorderansicht eines Stators für den Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung, gesehen von einer Innenumfangsseite
aus;
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3 ist
eine Endansicht, welche Anschlüsse
in einer Phase einer Statorwicklung bei dem Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung erläutert;
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4 ist
ein Schaltbild für
den Kraftfahrzeuggenerator gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Perspektivansicht, die einen laminierten Kern zeigt, der einen
Statorkern bildet, der bei dem Kraftfahrzeuggenerator gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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6 zeigt
schematisch den Herstellungsvorgang für Wickelgruppen, welche die
Statorwicklung bilden, die bei dem Kraftfahrzeuggenerator gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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7 zeigt
schematisch den Herstellungsvorgang für Wickelgruppen, welche die
Statorwicklung bilden, die bei dem Kraftfahrzeuggenerator gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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8A und 8B zeigen
schematisch eine Wicklungsanordnung an einer Innenschichtseite,
welche die Statorwicklung bildet, die bei dem Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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9A und 9B zeigen
schematisch eine Wicklungsanordnung an einer Außenschichtseite, welche die
Statorwicklung bildet, die bei dem Kraftfahrzeuggenerator gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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10 ist
eine Perspektivansicht, die ein Teil eines Leitungsstrangs zeigt,
der die Statorwicklung bildet, die bei dem Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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11 zeigt
schematisch die Anordnung von Leitungssträngen, welche die Statorwicklung
bilden, die bei dem Kraftfahrzeuggenerator gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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12 ist
eine Teilquerschnittsansicht, welche die Konstruktion eines Kraftfahrzeuggenerators gemäß Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 ist
eine Teilquerschnittsansicht, welche die Konstruktion eines Kraftfahrzeuggenerators gemäß Ausführungsform
5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14 ist
eine Perspektivansicht eines Stators für einen Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
6 der vorliegenden Erfindung;
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15 ist
eine Teil-Vorderansicht eines Stators für den Kraftfahrzeuggenerator
gemäß einer Ausführungsform
7, gesehen von einer Innenumfangsseite aus;
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16A bis 16D erläutern schematisch das
Verfahren zum Wickeln der Statorwicklung, die bei dem Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
7 verwendet wird;
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17 ist
eine Teil-Vorderansicht eines Stators für den Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
8 der vorliegenden Erfindung, gesehen von einer Innenumfangsseite
aus;
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18 ist
eine Teil-Vorderansicht eines Stators für den Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
9 der vorliegenden Erfindung, gesehen von einer Innenumfangsseite
aus;
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19 ist
eine Teil-Vorderansicht eines herkömmlichen Stators für einen
Kraftfahrzeuggenerator, gesehen von einer Innenumfangsseite aus;
und
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20 ist
eine Perspektivansicht des herkömmlichen
Stators, der bei einem Kraftfahrzeuggenerator vorgesehen ist, gesehen
vom Vorderende aus.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen erläutert.
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Ausführungsform 1
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1 ist
ein Querschnitt, welcher die Konstruktion eines Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine
Teil-Vorderansicht
eines Teils eines Stators für
diesen Kraftfahrzeuggenerator, 3 ist eine
Hinteransicht, welche Anschlüsse
in einer Phase einer Statorwicklung bei diesem Kraftfahrzeuggenerator
erläutert, 4 ist
ein Schaltbild für
diesen Kraftfahrzeuggenerator, 5 ist eine
Perspektivansicht, die einen laminierten Kern zeigt, der einen Statorkern
bei diesem Kraftfahrzeuggenerator bildet, und die 6 und 7 erläutern schematisch
den Herstellungsvorgang für
Wickelgruppen, welche die Statorwicklung bilden, die bei diesem
Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird. Die 8A und 8B zeigen
eine Innenschichtseite-Wicklungsanordnung, welche die Statorwicklung
bildet, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator verwendet wird, wobei 8A eine
Seitenansicht und 8B eine Vorderansicht ist. Die 9A und 9B zeigen
eine Außenschichtseite-Wicklungsanordnung,
welche die Statorwicklung bildet, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator
verwendet wird, wobei 9A eine Seitenansicht und 9B eine
Vorderansicht ist. 10 ist eine Perspektivansicht,
die ein Teil eines Leitungsstranges zeigt, der die Statorwicklung
bildet, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird, und 11 zeigt
schematisch die Anordnung von Leitungssträngen, welche die Statorwicklung
bilden, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator verwendet wird.
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In
den 1 und 2 ist der Kraftfahrzeuggenerator
so ausgebildet, dass drehbeweglich ein Rotor 7 des Lundell-Typs
im innern eines Gehäuses angebracht
wird, das aus einer vorderen Stütze 1 aus Aluminium
und einer hinteren Stütze 2 aus
Aluminium besteht, mit Hilfe einer Welle 6, und ein Stator 8 an
einer Innenwand des Gehäuses
so befestigt wird, dass die Außenumfangsseite
des Rotors 7 abgedeckt wird.
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Die
Welle 6 wird drehbeweglich in der vorderen Stütze 1 und
der hinteren Stütze 2 gehaltert.
Eine Riemenscheibe 4 ist an einem ersten Ende dieser Welle 6 so
befestigt, dass Drehmoment von einer Brennkraftmaschine an die Welle 6 mit
Hilfe eines Riemens (nicht gezeigt) übertragen werden kann. Schleifringe 9 zum
Liefern elektrischen Stroms an den Rotor 7 sind an einem
zweiten Ende der Welle 6 befestigt, und zwei Bürsten 10 sind
in einem Bürstenhalter 11 aufgenommen,
der innerhalb des Gehäuses angeordnet
ist, so dass die beiden Bürsten
in Berührung
mit den Schleifringen 9 gleiten. Ein Regler 18 zum
Regeln der Ausgangsspannung des Stators 8 ist durch einen
Kleber an einem Kühlkörper 17 befestigt, der
auf den Bürstenhalter 11 aufgepasst
ist. Gleichrichter 12, die elektrisch an den Stator 8 angeschlossen
sind, und Wechselstrom gleichrichten, der in dem Stator 8 erzeugt
wird, und zwar im Gleichstrom, sind im innern des Gehäuses 3 angebracht.
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Der
Rotor 7 ist ein Rotor vom Klauen-Pol-Typ, und besteht aus
einem Rotorwickel 13 zur Erzeugung eines magnetischen Flusses
beim Durchgang elektrischen Stroms, und einem Paar von Polkernen 20 und 21,
die so angeordnet sind, dass sie den Rotorwickel 13 abdecken,
wobei Magnetpole in den Polkernen 20 und 21 durch
den magnetischen Fluss ausgebildet werden, der von dem Rotorwickel 13 erzeugt
wird. Die beiden Polkerne 20 und 21 bestehen aus
Eisen, jeder weist acht klauenförmige
Magnetpole 22 und 23 auf, die auf einem Außenumfang in
gleichen Abständen
in Umfangsrichtung so angeordnet sind, dass sie in Axialrichtung
vorstehen, wobei die Polteile 20 und 21 einander
gegenüberliegend so
an der Welle 6 befestigt sind, dass die klauenförmigen Magnetpole 22 und 23 ineinander
greifen, wodurch ein Rotorkern gebildet wird. Weiterhin sind Gebläse 5,
die eine Anzahl an Flügeln 5a aufweisen,
am ersten und zweiten Ende in Axialrichtung des Rotors 7 befestigt,
und arbeiten als Kühlvorrichtung.
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Der
Stator 8 weist auf: einen zylindrischen Statorkern 15,
der eine Anzahl an Nuten 15a aufweist, die sich in Axialrichtung
in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung erstrecken; eine Statorwicklung 16,
die auf den Statorkern 15 gewickelt ist; und Isolatoren
(nicht gezeigt), die in jeder der Nuten 15a zum elektrischen
Isolieren der Statorwicklung 16 gegenüber dem Statorkern 15 angebracht
sind.
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Die
Statorwicklung 16 weist eine Anzahl an Wicklungsunterabschnitten
auf, die wellenförmig
in jede sechste Nut der Nuten 15a so gewickelt sind, dass
Leitungen 30 abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht
in Nuttiefenrichtung einnehmen. Die Wickelenden der Leitungen 30 außerhalb der
Nuten, welche innere Schichten in ersten Nuten 15a mit äußeren Schichten
in zweiten Nuten 15a sechs Nuten entfernt verbinden, weisen
ein Verbindungsmuster auf, das aus Paaren von Fußabschnitten 100a (100b)
besteht, die sich von jeder der Nuten 15a aus nach außen von
Endoberflächen
des Statorkerns 15 erstrecken, Paare von Schrägabschnitten 101a (101b),
die in Richtungen zueinander gebogen sind, so dass sie sich in Umfangsrichtung
erstrecken, und Verbindungsabschnitte 102a (102b),
welche Endabschnitte von Paaren von Schrägabschnitten 101a (101b)
verbinden. Am ersten und zweiten Ende in Axialrichtung des Statorkerns 15 sind
Wickelenden, welche diese Verbindungsmuster aufweisen, in Umfangsrichtung
wiederholt vorgesehen, um Wickelendgruppen 16a und 16b zu
bilden. Weiterhin sind benachbarte Schrägabschnitte 101a (101b)
der Wickelenden nahe aneinander angeordnet.
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In
diesem Fall ist der Statorkern 15 mit sechsundneunzig Nuten 15a mit
gleichmäßigem Abstand
versehen, um so zwei Gruppen von Dreiphasen-Wechselstrom-Wicklungsabschnitten äufzunehmen,
so dass die Anzahl an Nuten, welche jede Phase der Wicklungsabschnitte
aufnehmen, der Anzahl an Magnetpolen (sechzehn) in dem Rotor 7 entspricht.
Weiterhin ist die Axiallänge
des Stators 8 kürzer
als die Axiallänge
des Rotorkerns. Die Wickelendgruppen 16a und 16b sind
so ausgebildet, dass sie die gleiche Axiallänge aufweisen. Eine durchgehende
Leitung, die aus isoliertem Kupferdrahtmaterial mit recheckigem
Querschnitt besteht, zum Beispiel, wird als die Leitungen 30 eingesetzt.
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Lufteinlassöffnungen 1a und 2a sind
in Axialendoberflächen
der vorderen Stütze 1 und
der hinteren Stütze 2 vorgesehen,
und Luftauslassöffnungen 1b und 2b sind
in zwei Außenumfangsschulterabschnitten
der vorderen Stütze 1 und
der hinteren Stütze 2 vorgesehen,
gegenüberliegend
der radialen Außenseite
der Vorderend- und Hinterend-Wickelenden 16a und 16b der
Statorwicklung 16.
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Als
nächstes
wird die Wicklungskonstruktion einer Phase einer Statorwicklungsgruppe 161 im
Einzelnen unter Bezugnahme auf 3 erläutert. 3 ist
eine Hinterendansicht, welche Verbindungen bei einer Phase der Statorwicklung 16 erläutert, wobei Verbindungen
am Hinterende in der Figur mit durchgezogenen Linien dargestellt
sind, und Verbindungen am Vorderende mit gestrichelten Linien.
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Eine
Phase der Statorwicklungsgruppe 161 besteht aus ersten
bis vierten Wicklungsunterabschnitten 31 bis 34,
die jeweils aus einem Leitungsstrang 30 hergestellt sind.
Der erste Wicklungsunterabschnitt 31 wird so hergestellt,
dass wellenförmig ein
Leitungsstrang 30 in jede sechse Nut gewickelt wird, von
Nut Nummer 1 bis 91, so dass abwechselnd eine erste Position gegenüber einer
Innenumfangsseite und eine zweite Position gegenüber der Innenumfangsseite innerhalb
der Nuten 15a eingenommen wird. Der zweite Wicklungsunterabschnitt 32 wird
dadurch hergestellt, dass wellenförmig ein Leitungsstrang 30 in
jede sechste Nut gewickelt wird, von Nut Nummer 1 bis 91, damit
abwechselnd die zweite Position und die erste Position innerhalb
der Nuten 15a eingenommen wird. Der dritte Wicklungsunterabschnitt 33 wird
so hergestellt, dass wellenförmig
ein Leitungsstrang 30 in jede sechste Nut gewickelt wird, von
Nut Nummer 1 bis 91, damit abwechselnd eine dritte Position gegenüber der
Innenumfangsseite und eine vierte Position gegenüber der Innenumfangsseite innerhalb
der Nuten 15a eingenommen wird. Der vierte Wicklungsunterabschnitt 32 wird
so hergestellt, dass wellenförmig
ein Leitungsstrang 30 in jede sechste Nut gewickelt wird,
von Nut Nummer 1 bis 91, damit abwechselnd die vierte Position und
die dritte Position innerhalb der Nuten 15a eingenommen
wird. Die Leitungsstränge 30 sind
so angeordnet, dass sie in einer Reihe von vier Strängen innerhalb
jeder Nut 15a ausgerichtet sind, wobei die Längsrichtung
ihrer rechteckigen Querschnitte in Radialrichtung ausgerichtet ist.
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Am
Vorderende des Statorkerns 15 werden ein erster Endabschnitt 31a des
ersten Wicklungsunterabschnitts 31, der sich nach außen von
Nut Nummer 1 erstreckt, und ein zweiter Endabschnitt 33b des
dritten Wicklungsunterabschnitts 33, der sich nach außen von
Nut Nummer 91 erstreckt, verbunden, und weiterhin werden ein erster
Endabschnitt 33a des dritten Wicklungsunterabschnitts 33,
der sich nach außen
von Nut Nummer 1 erstreckt, und ein zweiter Endabschnitt 31b des
ersten Wicklungsunterabschnitts 31 verbunden, der sich
nach außen von
Nut Nummer 91 erstreckt, um zwei Windungen der Wicklung zu bilden.
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Am
hinteren Ende des Statorkerns 15 werden ein erster Endabschnitt 32a des
zweiten Wicklungsunterabschnitts 32, der sich nach außen von Nut
Nummer 1 erstreckt, und ein zweiter Endabschnitt 34b des
vierten Wicklungsunterabschnitts 34, der sich nach außen von
Nut Nummer 91 erstreckt, verbunden, und weiterhin werden ein erster Endabschnitt 34a des
vierten Wicklungsunterabschnitts 34, der sich nach außen von
Nut Nummer 1 erstreckt, und ein zweiter Endabschnitt 32b des zweiten
Wicklungsunterabschnitts 32, der sich nach außen von
Nut Nummer 91 erstreckt, verbunden, um zwei Windungen der Wicklung
zu bilden.
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Weiterhin
wird ein Abschnitt der Leitung 30 des dritten Wicklungsunterabschnitts 33,
der sich nach außen
am hinteren Ende des Statorkerns 15 von den Nuten mit den
Nummern 61 und 67 erstreckt, abgeschnitten, und
wird auch ein Abschnitt der Leitung 30 des vierten Wicklungsunterabschnitts 34 abgeschnitten,
der sich nach außen
am rückwärtigen Ende
des Statorkerns 15 von den Nuten mit den Nummern 67 und 73 erstreckt.
Ein erstes abgeschnittenes Ende 33c des dritten Wicklungsunterabschnitts 33 und
ein erstes abgeschnittenes Ende 34c des vierten Wicklungsunterabschnitts 34 werden
verbunden, um eine Phase der Statorwicklungsgruppe 161 zu
bilden, welche vier Windungen aufweist, und so ausgebildet ist,
dass der erste bis vierte Wicklungsunterabschnitt 31 bis 34 in
Reihe geschaltet werden.
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Weiterhin
wird der Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten geschnittenen
Ende 33c des dritten Wicklungsunterabschnitts 33 und
dem ersten abgeschnittenen Ende 34c des vierten Wicklungsunterabschnitts 34 ein
Brückenverbindungs-Verbindungsabschnitt,
und ein zweites abgeschnittenes Ende 33d des dritten Wicklungsunterabschnitts 33 und
ein zweites abgeschnittenes Ende 34d des vierten Wicklungsunterabschnitts 34 werden
ein Sternpunkt-Leitungsdraht (N) bzw. ein Leitungsdraht (O).
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Sechs
Phasen der Statorwicklungsgruppe 161 werden entsprechend
hergestellt, durch Versetzen der Nuten 15a, in welche die
Leitungsstränge 30 gewickelt
werden, jedes Mal um eine Nut. Dann werden drei Phasen der Statorwicklungsgruppe 161 in Sternschaltung
geschaltet, durch Verbinden ihrer jeweiligen Sternpunkt-Leitungsdrähte (N)
zur Ausbildung einer Dreiphasen-Wechselstromwicklung 160. Die übrigen drei
Phasen der Statorwicklungsgruppe 161 werden entsprechend
geschaltet, um eine Dreiphasen-Wechselstromwicklung 160 auszubilden.
Auf diese Weise wird eine Statorwicklung 16 erhalten, die aus
zwei Gruppen von Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 besteht.
Wie in 4 gezeigt, ist jede der Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 an
ihren eigenen Gleichrichter 12 angeschlossen, und sind
die Gleichrichter 12 parallel geschaltet, so dass von jedem
Gleichstromausgangsleistung erhalten wird.
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Als
nächstes
wird das Verfahren zur Herstellung des Statorkerns 8 unter
Bezugnahme auf die 5 bis 11 erläutert.
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Zuerst
wird ein quaderförmiger,
laminierter Kern 37 hergestellt, wie in 5 gezeigt,
durch Zusammenlaminieren einer vorbestimmten Anzahl an Blechen aus
SPCC-Material, das ein magnetisches Material ist, und mit sechsundneunzig
trapezförmigen
Nuten 37a in einem vorbestimmten Abstand (einem elektrischen
Winkel von 30 Grad) versehen, und dann wird dessen äußerer Abschnitt
mittels Laser verschweißt.
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Wie
in 6 gezeigt, werden zwölf lange Leitungsstränge 30 gleichzeitig
in der selben Ebene so gebogen, dass sie die Form eines Blitzes
annehmen. Dann wird eine Wicklungsanordnung 35A erzeugt,
die in den 8A und 8B gezeigt
ist, durch aufeinanderfolgendes Abbiegen der Leitungsstränge in rechten
Winkeln, wie durch den Pfeil in 7 angedeutet,
unter Verwendung einer Einspannvorrichtung. Weiterhin wird auf entsprechende Weise
eine Wicklungsanordnung 35b hergestellt, welche Brückenschaltungsabschnitte
aufweist, Sternpunkt-Leitungsdrähte, und
Leitungsdrähte,
die sich nach außen
von einem Seitenabschnitt aus erstrecken, wie in den 9A und 9B gezeigt.
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Weiterhin
wird, wie in 10 gezeigt, jeder Leitungsstrang 30 so
ausgebildet, dass er zu einem ebenen Muster gebogen wird, in welchem
geradlinige Abschnitte 30b, die durch Windungsabschnitte 30a verbunden
sind, bei einem Nutabstand von sechs (6P) ausgerichtet werden. Benachbarte
geradlinige Abschnitte 30b sind um die Abmessung einer Breite
(W) der Leitungsstränge 30 mit
Hilfe der Windungsabschnitte 30a versetzt angeordnet. Die
Wicklungsanordnungen 35A und 35B werden so ausgebildet,
dass sechs Leitungspaare so angeordnet werden, dass sie um einen
Abstand von einer Nut versetzt angeordnet sind, wobei jedes Leitungspaar
aus zwei Leitungssträngen 30 besteht,
die das voranstehend geschilderte Muster aufweisen, die um einen Abstand
von sechs Nuten versetzt sind, und so angeordnet sind, dass sich
geradlinige Abschnitte 30b überlappen, wie dies in 11 gezeigt
ist. Sechs Endabschnitte der Leitungsstränge 30 erstrecken
sich jeweils nach außen
von einer ersten und einer zweiten Seite am ersten und am zweiten
Ende der Wicklungsanordnungen 35A und 35B. Weiterhin
sind die Windungsabschnitte 30a so angeordnet, dass benachbarte
Schrägabschnitte
nahe aneinander liegen, und in zwei Reihen am ersten und zweiten
Seitenabschnitt der Wicklungsanordnungen 35A und 35B ausgerichtet
sind.
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Obwohl
nicht gezeigt, sind Isolatoren in den Nuten 37a des laminierten
Kerns 37 angebracht, und werden die geradlinigen Abschnitte
der beiden Wicklungsanordnungen 35A und 35B so
eingeführt,
dass sie übereinander
in jeder der Nuten angeordnet sind. Dann wird der laminierte Kern 37 zusammengerollt, seine
Enden aneinander angestoßen,
und miteinander verschweißt,
um den zylindrischen Statorkern 15 zu erhalten. Durch Zusammenrollen
des laminierten Kerns 37 nehmen die Nuten 37a (entsprechend
den Nuten 15a in dem Statorkern) eine im wesentlichen rechteckige
Querschnittsform an, und werden Öffnungsabschnitte 37b der
Nuten 37a (entsprechend Öffnungsabschnitten 15b der
Nuten 15a) kleiner als die Abmessungen der geraden Abschnitte 30b in Richtung
der Breite der Nuten.
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Dann
werden auf Grundlage des in 3 dargestellten
Verbindungsverfahrens die Endabschnitte jedes der Leitungsstränge 30,
die Brückenverbindungsabschnitte,
usw. verbunden, und dann werden die Wickelendgruppen 16a und 16b mit Lack
imprägniert,
um den Stator 8 zu erhalten.
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Bei
dem auf diese Weise ausgebildeten Kraftfahrzeuggenerator wird elektrischer
Strom von einer Batterie (nicht gezeigt) über die Bürsten 10 und die Schleifringe 9 dem
Rotorwickel 13 zugeführt,
wodurch ein magnetischer Fluss erzeugt wird. Die klauenförmigen Magnetpole 22 des
ersten Polkerns 20 werden auf die Polung N magnetisiert
(nordsuchende Pole), durch diesen magnetischen Fluss, und die klauenförmigen Magnetpole 23 des
ersten Polkerns 21 werden entsprechend auf S-Polung (südsuchende
Pole) magnetisiert. Gleichzeitig wird Drehmoment von der Brennkraftmaschine über den
Riemen und die Riemenscheibe 4 auf die Welle 6 übertragen,
so dass sich der Rotor 7 dreht. Daher wirkt ein sich drehendes
Magnetfeld auf die Statorwicklung 16 ein, wodurch eine
elektromotorische Kraft in der Statorwicklung 16 erzeugt
wird. Diese Wechselstromenergie gelangt durch die Gleichrichter 12 und
wird zu Gleichstrom gleichgerichtet, die Ausgangsspannung wird durch
den Regler 18 geregelt, und die Batterie wird wieder aufgeladen.
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Am
hinteren Ende wird Außenluft
von den Lufteinlassöffnungen 2a angesaugt,
die gegenüberliegend
den Kühlkörpern der
Gleichrichter 12 bzw. dem Kühlkörper 17 des Reglers 18 angeordnet
sind, durch Drehung der Gebläse 5,
fließt
entlang der Achse der Welle 6, kühlt die Gleichrichter 12 und
den Regler 18, und wird dann in Zentrifugalrichtung durch die
Gebläse 5 abgelenkt,
wodurch die Hinterend-Wickelendgruppe 16b der Statorwicklung 16 gekühlt wird,
bevor sie nach außen über die
Luftauslassöffnungen 2b abgegeben
wird. Gleichzeitig wird am Vorderende Außenluft in Axialrichtung durch
die Lufteunlassöffnungen 1a durch
Drehung der Gebläse 5 angesaugt,
und wird dann in Zentrifugalrichtung durch die Gebläse 5 abgelenkt,
wodurch die Vorderend-Wickelendgruppe 16a der Statorwicklung 16 gekühlt wird,
bevor sie nach außerhalb über die
Luftauslassöffnungen 1b abgegeben
wird.
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Da
bei der Ausführungsform
1 die Vorderend- und Hinterend-Wickelendgruppen 16a und 16b so
ausgebildet sind, dass in Umfangsrichtung die Wickelenden außerhalb
der Nuten angeordnet sind, welche unterschiedliche Schichten in
Nuten 15a sechs Nuten entfernt verbinden, so dass benachbarte
Schrägabschnitte 101a und 101b nahe
aneinander liegen, kann die Axiallänge der Wickelendgruppen 16a und 16b verkleinert
werden, und können
signifikant Unregelmäßigkeiten
in Umfangsrichtung, die auf der Innenumfangsseite der Wickelendgruppen 16a und 16b auftreten,
verringert werden, verglichen mit den herkömmlichen Wickelendgruppen 52a und 52b.
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Wenn
dieser Stator in einem Generator vorgesehen ist, können Fremdkörper weniger
leicht in die Wickelendgruppen 16a und 16b durch
Spalte zwischen den Wickelenden eindringen, und wird eine Beschädigung der
Isolierung auf den Leitungssträngen 30 unterdrückt. Daher
wird die Qualität
der Isolierung verbessert, wodurch die Verlässlichkeit verbessert werden
kann.
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Da
die Axiallänge
der Wickelendgruppen 16a und 16b verkleinert ist,
wird der Gebläsewindwiderstand
gegen die Kühlluft
verringert, die um die Wickelendgruppen 16a und 16b herumfließt, was
die Qualität
der Kühlung
erhöht,
so dass Temperaturerhöhungen
in der Statorwicklung 16 unterdrückt werden können.
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Da
die Axiallänge
der Wickelendgruppen 16a und 16b verringert ist,
werden der Wickelwiderstand und die Wickelend-Streureaktanz verringert, was eine Verbesserung
der Ausgangsleistung ermöglicht,
und werden Kupferverluste verringert, wodurch der Wirkungsgrad erhöht werden
kann.
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Da
Unregelmäßigkeiten
in Umfangsrichtung, die auf der Innenumfangsseite der Wickelendgruppen 16a und 16b auftreten,
verringert sind, werden Störgeräusche zwischen
den Wickelendgruppen 16a und 16b und dem Rotor 7 verringert,
wodurch Gebläsewindgeräusche abnehmen.
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Weiterhin
wird die Menge an Kupfer verringert, der das Material bildet, aus
welchem die Statorwicklung 16 besteht, was Kosteneinsparungen
ermöglicht.
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Da
die Gebläse 5 als
die Kühlvorrichtungen verwendet
werden, kann der Stator 8 kostengünstig und verlässlich gekühlt werden.
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Da
die Gebläse 5 an
Endoberflächen
der Polkerne 20 und 21 befestigt sind, werden
Gebläsewindkanäle ausgebildet,
damit die Kühlluft
die Wickelendgruppen 16a und 16b von radial innerhalb kühlen kann,
so dass die Wickelendgruppen 16a und 16b wirksam
gekühlt
werden können.
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Da
die Wickelendgruppen 16a und 16b in der Nähe der Gebläse 6 an
der stromabwärtigen
Seite der Flussrichtung der Kühlluft angeordnet
sind, wird die Kühlluft
wirksam den Wickelendgruppen 16a und 16b zugeführt, so
dass Temperaturanstiege in der Statorwicklung 16 unterdrückt werden
können.
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Da
die Luftauslassöffnungen 1b und 2b in Abschnitten
der Stützen 1 und 2 vorgesehen
sind, die radial außerhalb
der Wickelendgruppen 16a und 16b liegen, wird
die Kühlluft,
die sich beim Kühlen
der Wickelendgruppen 16a und 16b erwärmt hat,
schnell nach außen über die
Luftauslassöffnungen 1b und 2b abgegeben.
Daher wird eine Beeinträchtigung
der Kühlung
der Statorwicklung 16 infolge erwärmter Kühlluft, die innerhalb der Stützen 1 und 2 verbleibt, unterdrückt.
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Da
die Wickelendgruppen 16a und 16b so ausgebildet
sind, dass sie die gleiche Länge
in Axialrichtung aufweisen, ist der Gebläsewindwiderstand an beiden
Enden des Statorkerns 15 im Wesentlichen gleich, und wird
Wärme von
der Statorwicklung 16 von den Wickelendgruppen 16a und 16b in
ausgeglichener Weise abgeführt,
wodurch die Kühleigenschaften
des Stators 8 verbessert werden können.
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Da
die Axiallänge
des Stators 8 kürzer
ist als die Axiallänge
des Rotorkerns, wird der Gebläsewindwiderstand
verringert, wodurch die Kühleigenschaften
verbessert werden, und der Generator kompakter ausgebildet werden
kann.
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Da
die Wickelendgruppen 16a und 16b so hergestellt
werden, dass Windungsabschnitte 30a von Leitungssträngen 30 in
Umfangsrichtung wiederholt werden, sind die Entfernungen zwischen
Innenumfangsoberflächen
der Wickelendgruppen 16a und 16b und den Außendurchmessern
der Gebläse
im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung,
und werden Geräusche,
die durch Störungen
zwischen den Wickelendgruppen 16a und 16b und den
Flügeln 5a hervorgerufen
werden, vergleichmäßigt, wodurch die
Gebläsewindgeräusche verringert
werden.
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Da
der Rotorkern die Polkerne 20 und 21 aufweist,
dienen Schulterabschnitte der klauenförmigen Magnetpole 22 und 23 als
Gebläsewindtransportvorrichtung,
wenn sich der Rotor 7 dreht, wodurch die Kühlleistung
verbessert werden kann.
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Da
die Wickelendgruppen 16a und 16b mit Lack imprägniert sind,
werden kleine Spalte zwischen benachbarten Wickelenden mit Lack
verschlossen, wodurch noch weiter das Eindringen von Fremdkörpern ins
Innere der Wickelendgruppen 16a und 16b verhindert
werden kann, und die Innenumfangsoberflächen der Wickelendgruppen 16a und 16b glatt
werden, wodurch Gebläsewindgeräusche noch
weiter verringert werden. Da die Wickelenden, welche die Wickelendgruppen 16a und 16b bilden, aneinander
durch den Lack befestigt werden, wird eine Beschädigung der Isolierung infolge
von Vibrationen der Wickelenden ausgeschaltet, was die Isoliereigenschaften
verbessert, und wird die Steifigkeit der Wickelendgruppen 16a und 16b vergrößert, wodurch das
magnetische Rauschen verringert werden kann.
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Da
die Leitungsstränge 30 einen
rechteckigen Querschnitt aufweisen, können Räume zwischen den Wickelenden
einfach gefüllt
werden, was die voranstehend geschilderten Effekte verstärkt. Weiterhin wird
der Raumfaktor der Leitungsstränge 30 innerhalb
der Nuten 15a vergrößert, was
eine verbesserte Wärmeübertragung
von den Leitungssträngen 30 an den
Statorkern 15 ermöglicht.
Weiterhin wird die Oberfläche
vergrößert, welche
Wärme von
den Windungsabschnitten 30a abstrahlt, welche die Wickelenden
bilden, wodurch wirksam von der Statorwicklung 16 erzeugte
Wärme abgestrahlt
wird. Bei der Ausführungsform
1 sind hierbei die Leitungsstränge 30 mit
recheckigem Querschnitt ausgebildet, jedoch ist die Querschnittsform
der Leitungsstränge 30 nicht
auf den rechteckigen Querschnitt beschränkt, und kann jede im Wesentlichen
flache Form aufweisen, beispielsweise eine länglich-elliptische Form, usw.
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Die
Statorwicklung 16 weist zwei Gruppen von Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 auf, wobei
jede der Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 so
ausgebildet ist, dass drei Phasen von Statorwicklungsgruppen 161 in
Wechselstromschaltung verbunden sind. Die Statorwicklungsgruppen 161 sind
jeweils so ausgebildet, dass der erste bis vierte Wicklungsunterabschnitt 31 bis 34 in
Reihe geschaltet sind, wobei jeder Wicklungsunterabschnitt aus einem
einzigen Leitungsstrang 30 besteht. Der erste Wicklungsunterabschnitt 31 wird
durch wellenförmiges
Wickeln eines einzelnen Leitungsstrangs 30 so hergestellt,
dass dieser abwechselnd die erste und die zweite Position in jeder
sechsten Nut 15a einnimmt. Anders ausgedrückt, wird
der erste Wicklungsunterabschnitt 31 durch wellenförmiges Wickeln
eines einzelnen Leitungsstranges 30 für eine Windung so hergestellt,
dass abwechselnd die innere Schicht und die äußere Schicht in Richtung der
Nuttiefe eingenommen wird. Entsprechend werden der zweite, dritte
und vierte Wicklungsunterabschnitt 32, 33 bzw. 34 ebenfalls
durch wellenförmiges
Wickeln einzelner Leitungsstränge 30 jeweils
für eine
Windung so hergestellt, dass abwechselnd eine innere und eine äußere Schicht
in Nuttiefenrichtung eingenommen wird.
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Daher
können
die Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30,
welche den ersten und zweiten Wicklungsunterabschnitt 31 bzw. 32 bilden,
mit im Wesentlichen gleicher Form ausgebildet werden, was es ermöglicht,
die Windungsabschnitte 30a so anzuordnen, dass sie in Reihen
in Umfangsrichtung übereinander
angeordnet sind. Entsprechend können
die Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30,
welche den dritten und vierten Wicklungsunterabschnitt 33 bzw. 34 bilden,
mit im Wesentlichen der gleichen Form ausgebildet werden, was es
ermöglicht,
diese Windungsabschnitte 30a so anzuordnen, dass sie aufeinander
in Reihen in Umfangsrichtung an der Außenumfangsseite des ersten
und zweiten Wicklungsunterabschnitts 31 und 32 angeordnet sind.
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Durch
Einsatz dieser Wickelkonstruktion können daher einfach Wickelendgruppen 16a und 16b hergestellt
werden, bei welchen die Schrägabschnitte 101a und 101b benachbarter
Wickelenden nahe beieinander liegen. Weiterhin können die Wickelendgruppen 16a und 16b so
hergestellt werden, dass sie die gleiche Form aufweisen, so dass
Wärme von
der Statorwicklung 16 von den Wickelendgruppen 16a und 16b in
ausgeglichener Weise abgestrahlt wird.
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Da
der erste bis vierte Wickelunterabschnitt 31 bis 34 jeweils
aus einem einzigen Leitungsstrang 30 besteht, werden die
Wickelenden aus den Windungsabschnitten 30a der Leitungsstränge 30 hergestellt.
Daher sind keine Verbindungsabschnitte zwischen freien Enden 55c von
Segmentwicklungen 55 in den Wickelenden vorhanden, und
können
die Höhen
der Wickelendgruppen 16a und 16b verringert werden,
was es ermöglicht,
den Gebläsewindwiderstand,
die Wickelend-Streuinduktivität, Kupferverluste,
usw., zu verringern.
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Die
Wicklungsanordnung 35A besteht aus einem Paar von Wicklungsgruppen,
die aus einer Wicklungsgruppe bestehen, in welcher sechs erste Wicklungsunterabschnitte 31 in
Reihen mit einem Abstand von einer Nut angeordnet sind, und einer Wicklungsgruppe,
in welcher sechs zweite Wicklungsunterabschnitte 32, die
durch Versetzen um einen elektrischen Winkel von 180 Grad zu den
ersten Wicklungsunterabschnitten 31 und Wickeln auf umgekehrte
Weise hergestellt sind, in Reihen mit einem Abstand von einer Nut
angeordnet sind, und die Wicklungsgruppe 35B besteht aus
einem Paar von Wicklungsgruppen, die aus einer Wicklungsgruppe bestehen,
bei welcher sechs dritte Wicklungsunterabschnitte 33 in
Reihen mit einem Abstand von einer Nut angeordnet sind, und einer
Wicklungsgruppe, in welcher sechs vierte Wicklungsunterabschnitte 34, die
durch Versetzen um einen elektrischen Winkel von 180 Grad zu den
dritten Wicklungsunterabschnitten 33 und Wickeln auf umgekehrte
Weise hergestellt sind, in Reihen mit einem Abstand von einer Nut
angeordnet sind. Da diese Wicklungsanordnungen 35A und 35B verwendet
werden, wird die Anzahl an Verbindungsabschnitten signifikant verringert,
verglichen mit dem Fall der Verwendung von Wickelsegmenten 55,
was die Produktivität
erhöht,
und die Verlässlichkeit
der Statorwicklung.
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Vier
Leitungsstränge 30 sind
so angeordnet, dass sie in einer Reihe in Radialrichtung innerhalb dieser
Nut 15a ausgerichtet sind, und die Windungsabschnitte 30a sind
so angeordnet, dass sie in zwei Reihen in Umfangsrichtung ausgerichtet
sind. Die Windungsabschnitte 30a, welche die Wickelendgruppen 16a und 16b bilden,
sind daher jeweils in zwei Reihen in Radialrichtung aufgeteilt,
wodurch die Axialhöhe
der Wickelendgruppen 16a und 16b verringert werden
kann. Dies führt
dazu, dass der Gebläsewindwiderstand
in den Wickelendgruppen 16a und 16b verringert
wird, wodurch Gebläsewindgeräusche infolge
der Drehung des Rotors 7 verringert werden können, was
die Wickelend-Streureaktanz verringert, und die Ausgangsleistung
und den Wirkungsgrad verbessert.
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Der
Rotor 7 weist sechzehn Magnetpole auf, und sechsundneunzig
Nuten 15a sind in gleichmäßigem Abstand in dem Statorkern 15 vorgesehen.
Da die Leitungsstränge 30 wellenförmig in
jede sechste Nut 15a gewickelt sind, entspricht der Abstand
der Nuten, in welche die Leitungsstränge 30 gewickelt sind,
dem Abstand zwischen dem nordsuchenden und dem südsuchenden Polen des Rotors 7,
so dass die Statorwicklung 16 eine vollbelastete Wicklung wird.
Daher kann ein maximales Drehmoment erhalten werden, was es ermöglicht,
eine erhöhte
Ausgangsleistung zu erzielen.
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Da
die Öffnungsabmessungen
der Öffnungsabschnitte 15b der
Nuten 15a so gewählt
sind, dass sie kleiner sind als die Abmessungen der Leitungsstränge 30 in
Richtung der Breite der Nuten 15a, wird verhindert, dass
die Leitungsstränge 30 aus
den Nuten 15a radial nach innen herausgelangen, und können Geräusche an
den Öffnungsabschnitten 15b infolge
gegenseitiger Störungen
mit dem Rotor 7 verringert werden.
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Wie
in 4 gezeigt, werden zwei Gruppen von Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 ausgebildet,
durch zwei Sternschaltungen von drei Statorwicklungsgruppen 161,
die jeweils durch Schalten der ersten bis vierten Wicklungsunterabschnitte 31 bis 34 in
Reihe gebildet werden, und jede dieser zwei Gruppen von Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 ist
an ihren eigenen Gleichrichter 12 angeschlossen, und darüber hinaus
sind die Ausgänge
der beiden Gleichrichter 12 parallel geschaltet. Die Gleichstromausgangsleistungen
der Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160,
die jeweils vier Windungen aufweisen, können daher vereinigt werden,
und abgezogen werden, was eine Ausschaltung von Energieerzeugungsdefiziten
im Bereich niedriger Drehzahlen ermöglicht.
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Durch
Einsatz dieser Wicklungskonstruktion kann eine Erhöhung der
Anzahl an Windungen in der Statorwicklung 16 einfach angepasst
werden, durch Ausrichten der geraden Abschnitte 30b der
Wicklungsanordnungen 35 (35A und 35B),
die aus durchgehenden Leitungssträngen bestehen, und deren Anbringung
so in dem Statorkern, dass sie übereinander
angeordnet werden.
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Der
Stator 8 gemäß Ausführungsform
1 kann dadurch hergestellt werden, dass die Wicklungsanordnungen 35,
die aus durchgehenden Leitungssträngen bestehen, in den Nuten 37a in
dem quaderförmigen,
laminierten Kern 37 durch die Öffnungsabschnitte 37b eingeführt werden,
und dann der laminierte Kern 37 ringförmig zusammengerollt wird.
Da die Öffnungsabmessungen
der Öffnungsabschnitte 37b der
Nuten 37a größer sein
können
als die Abmessungen der Leitungsstränge 30 in Richtung
der Breite der Nuten, wird der Vorgang des Einführens der Wicklungsanordnungen 35A und 35B erleichtert. Da
die Öffnungsabmessungen
der Öffnungsabschnitte 37b des
laminierten Kerns 37 kleiner sein können als die Abmessungen der
Leitungsstränge 30 in
Richtung der Breite der Nuten, wenn der laminierte Kern 37 zusammengerollt
wird, wird der Raumfaktor vergrößert, was
eine Verbesserung der Ausgangsleistung ermöglicht. Darüber hinaus wird, selbst wenn
die Anzahl an Nuten erhöht
wird, die Produktivität
des Stators nicht beeinträchtigt.
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Die
Anzahl an Nuten, welche die Statorwicklung 16 aufnehmen,
beträgt
zwei pro Pol pro Phase, und es sind zwei Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 jeweils
entsprechend der Anzahl an Nuten pro Pol pro Phase vorgesehen. Daher
kann die magnetomotorische Signalform annähernd als Sinussignal ausgebildet
werden, was höhere
harmonische Signalkomponenten verringert, und eine stabile Ausgangsleistung
sicherstellt. Da die Anzahl an Nuten 15a erhöht wird,
sind Zähne
in dem Statorkern 15 schlank, wodurch magnetische Kriechströme durch Zähne, welche
die gegenüberliegenden,
klauenförmigen
Magnetpole 22 und 23 überbrücken, verringert werden, wodurch
ein Brumm im Ausgangsstrom unterdrückt werden kann. Da eine größere Anzahl
an Nuten 15a bedeutet, dass eine entsprechend größere Anzahl
an Windungsabschnitten 30a vorhanden ist, werden darüber hinaus
die Wärmeabstrahleigenschaften
der Wickelenden verbessert.
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Da
die Nuten 15a und die Öffnungsabschnitte 15b in
gleichmäßigem Abstand
unter einem elektrischen Winkel von 30 Grad angeordnet sind, kann magnetischer
Brumm verringert werden, der zu Erregerkräften führt, die zu magnetischem Rauschen
führen.
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Weiterhin
sind bei der Ausführungsform
1 Gebläse 5 an
beiden Enden in Axialrichtung des Rotors 7 angeordnet,
jedoch müssen
die Gebläse 5 nicht
an beiden Enden des Rotors 7 angeordnet sein, und können sie
auch unter Berücksichtigung
der Positionen der Statorwicklung oder der Gleichrichter angeordnet
sein, welche Körper
mit starker Wärmeerzeugung
darstellen. So können
beispielsweise die Wickelenden der Statorwicklung, welche Körper mit starker
Wärmeerzeugung
darstellen, an der Auslassseite eines Gebläses mit höherer Kühlleistung angeordnet sein,
und kann ein Gebläse
an einem Endabschnitt des Rotors an der Seite angeordnet sein, an
welcher sich die Gleichrichter befinden. Weiterhin kann beim Einsatz
bei einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, da die Riemenscheibe
normalerweise über
einen Riemen mit der Kurbelwelle verbunden ist, das Gebläse an der
Seite weg von der Riemenscheibe angeordnet sein, so dass die abgeführte Kühlluft von
dem Gebläse
nicht den Riemen beeinflusst.
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Ausführungsform 2
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Bei
der voranstehenden Ausführungsform
1 sind die Luftauslassöffnungen 1b und 2b radial
außerhalb
der Wickelendgruppen 16a und 16b angeordnet, jedoch
sind bei der Ausführungsform
2 die Luftauslassöffnungen 1b und 2b nicht nur
radial außerhalb
der Wickelendgruppen 16a und 16b angeordnet, sondern
auch axial außerhalb
der Fußabschnitte 100a und 100b der
Wickelenden.
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In
diesem Fall können
Fremdkörper,
die ins Innere der Stützen 1 und 2 von
außerhalb
durch die Luftauslassöffnungen 1b und 2b eingeblasen
wurden, weniger leicht ins Innere der Wickelendgruppen 16a und 16b durch
Spalte zwischen benachbarten Fußabschnitten 100a und 100b der
Wickelenden hineingelangen, wodurch eine Beschädigung der Isolierung infolge
des Eindringens von Fremdkörpern unterdrückt wird,
und die Verlässlichkeit
noch weiter verbessert werden kann.
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Ausführungsform 3
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Bei
der Ausführungsform
3 weist das Gebläse 5,
das an der hinteren Endoberfläche
des Rotors 7 angebracht ist, eine größere Anzahl an Flügeln auf als
das Gebläse 5,
das an der vorderen Endoberfläche
des Rotors 7 vorgesehen ist. Im Übrigen ist die Konstruktion
ebenso wie bei der Ausführungsform
1.
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Bei
der Ausführungsform
3 wird, da die Anzahl an Flügeln
des Gebläses 5 am
hinteren Ende größer ist
als die Anzahl an Flügeln
des Gebläses 5 am
vorderen Ende, die Kapazität
des Gebläses 5 am hinteren
Ende erhöht.
Daher wird das Luftvolumen am hinteren Ende des Rotors 7 vergrößert, an
welchem sich Wärmeerzeugungsteile
wie beispielsweise die Gleichrichter 12, der Regler 18,
usw. befinden, wodurch Temperaturanstiege in diesen Wärmeerzeugungsteilen
unterdrückt
werden.
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Ausführungsform 4
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Wie
in 12 gezeigt, sind bei der Ausführungsform 4 die Längen in
Axialrichtung der Wickelendgruppen 16a und 16b ungefähr gleich,
und überlappen
die Wickelendgruppen 16a und 16b die Gebläse 5 in
Axialrichtung. Im Übringen
ist die Konstruktion ebenso wie bei der Ausführungsform 1.
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Bei
dem Stator 8A gemäß Ausführungsform 4
wird infolge der Tatsache, dass sich die Gebläse 5 und die Wickelendgruppen 16a und 16b in
Axialrichtung überlappen,
Kühlluft
direkt den Wickelendgruppen 16a und 16b mit Hilfe
der Gebläse 5 zugeführt, so
dass Wärme
von der Statorwicklung 16 wirksam durch die Wickelendgruppen 16a und 16b abgeführt wird.
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Ausführungsform 5
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Wie
in 13 gezeigt, ist bei der Ausführungsform 5 die Länge in Axialrichtung
der Wickelendgruppe 16a größer als die Länge in Axialrichtung
der Wickelendgruppe 16b. Im Übrigen ist die Konstruktion
ebenso wie bei der Ausführungsform
1.
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Bei
dem Stator 8B gemäß Ausführungsform 4
ist der Gebläsewindwiderstand
niedriger am hinteren Ende als am vorderen Ende, wodurch das Luftvolumen
am hinteren Ende des Rotors 7 vergrößert wird, an dem sich Wärmeerzeugungsteile
wie beispielsweise die Gleichrichter 12, der Regler 18,
usw. befinden, und Temperaturanstiege in diesen Wärmeerzeugungsteilen
unterdrückt
werden.
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Ausführungsform 6
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Wie
in 14 gezeigt, ist bei der Ausführungsform 6 ein elektrisch
isolierendes Harz 25 wie beispielsweise Epoxyharz so vorgesehen,
dass es vollständig
die Wickelendgruppen 16a und 16b abdeckt. Im Übrigen ist
die Konstruktion ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform
1.
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Bei
dem Stator 8C gemäß Ausführungsform 6
werden, da das elektrisch isolierende Harz 25 so angeordnet
ist, dass es vollständig
die Wickelendgruppen 16a und 16b abdeckt, die
Wickelenden aneinander befestigt, was die Isoliereigenschaften verbessert,
durch Ausscheiden einer Beschädigung
der Isolierung infolge von Schwingungen der Wickelenden, und eine
Verringerung des magnetischen Rauschens ermöglicht, durch Erhöhung der
Steifigkeit der Wickelendgruppen 16a und 16b.
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Da
die Schrägabschnitte 101a und 101b der Wickelenden
nahe aneinander liegen, ist die Innenumfangsoberfläche des
elektrisch isolierenden Harzes 25 glatt, wodurch eine Geräuscherhöhung infolge
von Störungen
mit dem Rotor 7 unterdrückt
wird, infolge des Vorsehens des elektrisch isolierenden Harzes 25.
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Weiterhin
sind bei der voranstehenden Ausführungsform
6 die Wickelendgruppen 16a und 16b vollständig durch
das elektrisch isolierende Harz 25 abgedeckt, jedoch kann
das elektrisch isolierende Harz 25 auch so angeordnet sein,
dass es zumindest eine Oberfläche
abdeckt, die ausgesucht ist unter der Innenumfangsoberfläche und
der Außenumfangsoberfläche der
Wickelendgruppen 16a und 16b.
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In
diesem Fall werden, da die Wickelenden aneinander befestigt werden,
die Isoliereigenschaften verbessert, wird die Steifigkeit der Wickelendgruppen 16a und 16b erhöht, was
die Verringerung magnetischen Rauschens ermöglicht. Wenn das elektrisch
isolierende Harz 25 so angeordnet ist, dass es die Innenumfangsoberfläche der
Wickelendgruppen 16a und 16b abdeckt, werden Geräusche infolge Störungen durch
den Rotor 7 verringert, wodurch Gebläsewindgeräusche verringert werden. Wenn
das elektrisch isolierende Harz 25 so angeordnet ist, dass es
die Außenumfangsoberfläche der
Wickelendgruppen 16a und 16b abdeckt, wird das
Eindringen von Fremdkörpern
ins Innere der Wickelendgruppen 16a und 16b durch
Eindringen von außen
durch die Luftauslassöffnungen 1b und 2b unterdrückt.
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Bei
der voranstehenden Ausführungsform
6 wird Epoxyharz als das elektrisch isolierende Harz 25 verwendet,
jedoch kann auch eine Mischung, die ein Bestandteil mit höherer Wärmeleitfähigkeit
als jener des Hauptbestandteils des Harzes aufweist, selbst als
das elektrisch isolierende Harz verwendet werden. So kann beispielsweise
das elektrisch isolierende Harz 25 eine Mischung aus Epoxyharz
(Hauptbestandteil), das ein Wärmeleitvermögen von 0,5(W/mk)
aufweist, und Aluminiumoxid sein, das ein Wärmeleitvermögen von 3,5 (W/mk) aufweist,
in einem Verhältnis
von eins zu vier (1:4). In diesem Fall wird die Kühlung der
Statorwicklung 16 verbessert, da in der Statorwicklung 16 erzeugte
Wärme schnell über das
elektrisch isolierende Harz an die Oberfläche des elektrisch isolierenden
Harzes geleitet wird, und von der Oberfläche des elektrisch isolierenden Harzes
abgestreift wird.
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Ausführungsform 7
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15 ist
eine Teil-Vorderansicht eines Stators für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform
7, die nicht eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, gesehen von einer Innenumfangsseite aus.
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In 15 weist
ein Stator 80 auf: einen zylindrischen Statorkern 50,
der eine Anzahl an Nuten 15a aufweist, die sich in Axialrichtung
in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung erstrecken; eine
Statorwicklung 40, die auf den Statorkern 15 gewickelt
ist; und Isolatoren (nicht gezeigt), die in jeder der Nuten 15a vorgesehen
sind, um die Statorwicklung 40 elektrisch gegenüber dem
Statorkern 15 zu isolieren. Die Statorwicklung 40 ist
so aufgebaut, dass eine Anzahl an Wickelsegmenten 41 in
Reihe geschaltet ist, die aus kurzen Längen eines isolierten elektrischen
Leiters aus Kupfermaterial oder dergleichen mit recheckigem Querschnitt
besteht. Jedes der Wickelsegmente 41 ist im Wesentlichen
U-förmig ausgebildet,
wobei ein Paar von Schenkelabschnitten 41a vorgesehen ist,
die durch einen Windungsabschnitt 41b verbunden werden.
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Die
Statorwicklung 40 weist eine Anzahl von Wicklungsunterabschnitten
auf, bei denen Wickelsegmente 41 in jede sechste Nut 15a so
eingeführt sind,
dass abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht in Nuttiefenrichtung
eingenommen wird, und freie Enden 41c, die sich nach außen von der
innersten Schicht erster Nuten 15a erstrecken, sowie freie
Enden 41c, die sich nach außen von der äußeren Schicht
zweiter Nuten 15a sechs Nuten entfernt erstrecken, miteinander
außerhalb
der Nuten verbunden sind. Die Wickelenden außerhalb der Nuten, welche innere
Schichten in ersten Nuten 15a mit äußeren Schichten in zweiten
Nuten 15a sechs Nuten entfernt verbinden, weisen ein Verbindungsmuster
auf, das aus Paaren von Fußabschnitten 100a (100b)
besteht, die sich nach außen
von Endoberflächen
des Statorkerns 15 aus jeder der Nuten 15a erstrecken,
Paaren von Schrägabschnitten 101a (101b),
die so abgebogen sind, dass sie sich aneinander annähern, so
dass sie sich in Umfangsrichtung erstrecken, und Verbindungsabschnitten 102a (102b),
welche Endabschnitte von Paaren von Schrägabschnitten 101a (101b)
verbinden. An einem ersten und einem zweiten Ende in Axialrichtung
des Statorkerns 15 sind Wickelenden, welche diese Verbindungsmuster
aufweisen, in Umfangsrichtung wiederholt, um Wickelendgruppen 40a und 40b auszubilden.
Weiterhin befinden sich benachbarte Schrägabschnitte 101a (101b)
der Wickelenden nahe beieinander.
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Im Übringen
ist die Konstruktion ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform
1.
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Als
nächstes
wird das Wickelverfahren für eine
Phase einer Statorwicklungsgruppe unter Bezugnahme auf die 16A bis 16D erläutert.
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Die
Wickelsegmente 41 werden jeweils zu zweit vom hinteren
Ende des zylindrischen Statorkerns 15 in Gruppen von Nuten 15a eingeführt, die um
sechs Nuten beabstandet sind, wie in 16A gezeigt
ist. Jedes der Wickelsegmente 41 an der Innenumfangsseite
wird in die erste Position einer ersten Nut 15a und die
zweite Position einer zweiten Nut 15a sechs Nuten entfernt
eingeführt,
und jedes der Wickelsegmente 41 an der Außenumfangsseite
wird in die dritte Position der ersten Nut 15a und die
vierte Position der zweiten Nut 15a sechs Nuten entfernt eingeführt. Auf
diese Weise werden vier Schenkelabschnitte 41a in jeder
Nut 15a so aufgenommen, dass sie in einer Reihe in Radialrichtung
ausgerichtet sind. Die Wickelsegmente 41 werden in Gruppen
von Nuten 15a sechs Nuten entfernt so aufgenommen, dass sie
sich in unterschiedlichen Schichten befinden.
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Dann
wird jedes der Wickelsegmente 41 so gebogen, dass freie
Enden 41c, die sich von dem vorderen Ende aus nach außen erstrecken,
sich nach außen
in Umfangsrichtung öffnen.
Hierbei zeigt 16B das freie Ende eines Stranges
des Wickelsegments 41, das nach außen in Umfangsrichtung gebogen
ist.
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Dann
werden freie Enden 41c von Wickelsegmenten 41,
die sich nach außen
an dem Vorderende von den ersten Positionen der Nuten 15a erstrecken,
in Radialrichtung übereinander
angeordnet, wobei sich die freien Enden 41c der Wickelsegmente 41 nach
außen
an dem Vorderende von den zweiten Positionen der Nuten 15a sechs
Nuten entfernt erstrecken, und werden durch Löten oder Laserschweißen verbunden,
wie in 16C gezeigt. Zwei Innenumfangswickel,
die aus Innenumfangs-Wickelsegmenten 41 bestehen, die in
Reihe geschaltet sind, werden so erhalten. Um die Wickelsegmente 41 auf
der Innenumfangsseite von jenen auf der Außenumfangsseite zu unterscheiden,
sind die freien Enden der Außenumfangs-Wickelsegmente 41 im
ungebogenen Zustand in 16C dargestellt.
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Entsprechend
werden freie Enden 41c von Wickelsegmenten 41,
die sich nach außen
am Vorderende von den dritten Positionen der Nuten 15a aus erstrecken,
in Radialrichtung übereinander
angeordnet, wobei sich die freien Enden 16c der Wickelsegmente 41 nach
außen
an dem Vorderende von den vierten Positionen von Nuten 15a sechs
Nuten entfernt erstrecken, und werden durch Löten oder Laserschweißen verbunden,
wie in 16D gezeigt. Auf diese Weise
werden zwei Außenumfangswickel
erhalten, die aus Außenumfangs-Wickelsegmenten 41 bestehen,
die in Reihe geschaltet sind.
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Diese
Innen- und Außen-Umfangswickel werden
auf Grundlage der in 3 gezeigten Verbindungen miteinander
verbunden, um eine Phase einer Statorwicklungsgruppe auszubilden,
welche vier Windungen aufweist.
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Fünf weitere
Phasen von Statorwicklungsgruppen werden so hergestellt, dass die
Gruppen der Wickelsegmente 41 jeweils um eine Nut versetzt
werden, und entsprechend geschaltet werden.
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Drei
Phasen jeder dieser Statorwicklungsgruppen werden in Wechselstromschaltung
verbunden, so dass zwei Gruppen von drei Phasen-Wechselstromwicklungen
gebildet werden, aus welchen die Statorwicklung 40 besteht.
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Bei
dem Stator 80 mit der voranstehend geschilderten Konstruktion
werden Wickelenden, die durch die Windungsabschnitte 41b der
Wickelsegmente 41 am ersten Ende des Statorkerns 15 gebildet
werden, in Umfangsrichtung wiederholt, um eine Wickelendgruppe 40b auszubilden,
und werden Wickelenden, die durch die Verbindungsabschnitte zwischen
den freien Enden 41c der Wickelsegmente 41 am
zweiten Ende des Statorkerns 15 gebildet werden, in Umfangsrichtung
wiederholt, um Wickelendgruppe 40a auszubilden. In beiden
Wickelendgruppen 40a und 40b sind die Schrägabschnitte 101a (101b)
benachbarter Wickelenden eng benachbart angeordnet. Da die Länge in Axialrichtung
der Wickelendgruppen 40a und 40b kürzer ist
als bei den herkömmlichen
Wickelendgruppen 52a und 52b, und Unregelmäßigkeiten
in Umfangsrichtung an der Innenumfangsseite der Wickelendgruppen 40a und 40b signifikant
verringert werden können,
können auch
bei der Ausführungsform
7 die gleichen Auswirkungen wie bei der Ausführungsform 1 erzielt werden.
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Da
die kurzen Wickelsegmente 41 verwendet werden, kann die
Form des Wickelendes gleichmäßig ausgebildet
werden, was es ermöglicht,
einfach eine Statorwicklung 40 herzustellen, welche Wickelendgruppen 40a und 40b aufweist,
bei welchen Schrägabschnitte 101a und 101b nahe
aneinander angeordnet sind.
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Sämtliche
Wickelsegmente 41 werden in die Nuten 15a vom
hinteren Ende des Statorkerns 15 aus eingeführt. Da
die Hinterend-Wickelendgruppe 40b nur durch die Windungsabschnitte 41b gebildet wird,
weist jedes der Wickelenden in der Wickelendgruppe 40b dieselbe
Form auf, was für
eine bessere Ausrichtung sorgt. Da die Vorderend- Wickelendgruppe 40a nur durch
die Verbindungsabschnitte zwischen freien Enden 41c gebildet
wird, weist entsprechend jedes der Wickelenden in der Wickelendgruppe 40a dieselbe
Form auf, was für
eine bessere Ausrichtung sorgt.
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Weiterhin
ist bei der Ausführungsform
7 infolge der Tatsache, dass Wickelsegmente 41, die im Wesentlichen
U-förmig
sind, als die Leitungsstränge eingesetzt
werden, ein Vorgang zum Verbinden der freien Enden 41c miteinander
erforderlich, und ist die Länge
in Axialrichtung der Wickelendgruppe 40a entsprechend größer, infolge
des Vorhandenseins der Verbindungsabschnitte zwischen den freien
Enden 41c, im Vergleich zur Ausführungsform 1, bei welcher Leitungsstränge 30 verwendet
werden, die aus einer durchgehenden Leitung bestehen, jedoch ist
die Ausführungsform
7 besser unter dem Gesichtspunkt der Ausrichtung der Wickelenden
und des Einbringens der Wickel in die Nuten 15a.
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Ausführungsform 8
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Wie
in 17 gezeigt, sind bei der Ausführungsform 8 die Wickelenden,
die durch die Windungsabschnitte 41b der Wickelsegmente 41 gebildet
werden, in Umfangsrichtung wiederholt vorgesehen, um die Wickelendgruppe 40b mit
den Schrägabschnitten 101b benachbarter
Wickelenden in enger Nähe
zueinander auszubilden, und sind die Wickelenden, die durch die
Verbindungsabschnitte zwischen den freien Enden 41c der
Wickelsegmente 41 gebildet werden, voneinander beabstandet
und in Umfangsrichtung wiederholt vorgesehen, um die Wickelendgruppe 40a auszubilden.
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Im Übringen
ist die Konstruktion ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform
7.
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Bei
einem Stator 80A, der auf diese Art und Weise ausgebildet
ist, ist die Länge
in Axialrichtung der Wickelendgruppe 40b, die durch die
Windungsabschnitte 41b der Wickelsegmente 41 gebildet
wird, kürzer
als die Länge
in Axialrichtung der herkömmlichen
Wickelendgruppe 52b, und können Unregelmäßigkeiten
in Umfangsrichtung auf der Innenumfangsseite signifikant verringert
werden.
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Da
die Länge
in Axialrichtung der Wickelendgruppe 40b kürzer ist
als die Länge
in Axialrichtung der Wickelendgruppe 40a, ist es vorzuziehen,
dass der Stator 80A so in dem Generator angeordnet wird, dass
die Wickelendgruppe 40b am hinteren Ende liegt, unter Berücksichtigung
der Kühlung
der Gleichrichter 12 und des Reglers 18.
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Ausführungsform 9
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Wie
in 18 gezeigt ist, sind bei der Ausführungsform
9 die Wickelenden, die durch die Verbindungsabschnitte zwischen
den freien Enden 41c der Wickelsegmente 41 gebildet
werden, in Umfangsrichtung wiederholt vorgesehen, um die Wickelendgruppe 40a mit
den Schrägabschnitten 101b benachbarter
Wickelenden in enger Nähe
zueinander auszubilden, und sind die Wickelenden, die durch die
Windungsabschnitte 41b der Wickelsegmente 41 gebildet
werden, voneinander beabstandet und in Umfangsrichtung wiederholt
vorgesehen, um die Wickelendgruppe 40b auszubilden.
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Im Übrigen ist
die Konstruktion ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform
7.
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Bei
einem Stator 80B mit einer derartigen Konstruktion ist
die Länge
in Axialrichtung der Wickelendgruppe 40a, die durch die
Verbindungsabschnitte zwischen den freien Enden 41c der
Wickelsegmente 41 gebildet wird, kürzer als die Axiallänge der
herkömmlichen
Wickelendgruppe 52b, und können Unregelmäßigkeiten
in Umfangsrichtung an der Innenumfangsseite signifikant verringert
werden.
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Da
die Länge
in Axialrichtung der Wickelendgruppe 40a kürzer ist
als die Länge
in Axialrichtung der Wickelendgruppe 40b, ist es vorzuziehen,
dass der Stator 80B so in dem Generator angebracht ist, dass
die Wickelendgruppe 40a am hinteren Ende angeordnet ist,
unter Berücksichtigung
der Kühlung
der Gleichrichter 12 und des Reglers 18.
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Weiterhin
sind bei jeder der voranstehend geschilderten Ausführungsformen
die Schrägabschnitte 101a und 101b der
Wickelenden in Reihen in enger Nähe
zueinander angeordnet, jedoch können zusätzlich zu
den Schrägabschnitten 101a und 101b auch
die Verbindungsabschnitte 102a und 102b der Wickelenden
in Reihen in enger Nähe
zueinander angeordnet sein.
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Weiterhin
ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Statorwicklung beschränkt, welche
die bei den voranstehenden Ausführungsformen
gezeigten Wicklungskonstruktionen aufweist, und kann jede Wicklungskonstruktion
aufweisen, bei welcher elektrische Leiter in unterschiedlichen Schichten
in Richtung der Nuttiefe in Nuten um eine vorbestimmte Anzahl von
Nuten getrennt aufgenommen sind, Wickelenden die elektrischen Leiter
außerhalb
der Nuten verbinden, und die Wickelenden so wiederholt werden, dass
sie ordentlich in Reihen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
sind die Gebläse 5 innerhalb
des Gehäuses 3 angeordnet,
jedoch kann auch ein Gebläse
außerhalb
des Kraftfahrzeuggenerators so angeordnet sein, dass es sich zusammen
mit der Drehung des Rotors dreht.
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Jede
der voranstehenden Ausführungsformen
wurde für
Statorwicklungsgruppen 161 erläutert, bei welchen jede Phase
vier Windungen aufweist, jedoch muss die Anzahl an Windungen in
den Phasen der Statorwicklungsgruppen 161 nicht auf vier
Windungen beschränkt
sein. Wenn Ausgangsleistung bei einer niedrigeren Drehzahl benötigt wird,
kann jede Phase der Statorwicklungsgruppen mit sechs Windungen oder
acht Windungen ausgebildet sein.
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Jede
der voranstehenden Ausführungsformen
wurde zur Verwendung in einem Generator mit vollbelasteten Wicklungen
erläutert,
jedoch können die
vorliegenden Konstruktionen auch bei einem Generator mit geringer
belasteten Wicklungen eingesetzt werden (also nicht vollbelasteten
Wicklungen).
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Die
vorliegende Erfindung kann auch bei Kraftfahrzeuggeneratoren jenes
Typs eingesetzt werden, bei welchem der Rotorwickel an einer Stütze befestigt
ist, und ein magnetisches Drehfeld über einen Luftspalt zugeführt wird.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
betrug die Anzahl an Nuten in dem Stator sechsundneunzig Nuten für sechzehn
Magnetpole, jedoch können
auch drei Phasen und zweiundsiebzig Nuten für zwölf Magnetpole, drei Phasen
und 120 Nuten für
zwanzig Pole, usw., eingesetzt werden. Weiterhin können im
Falle einer Nut pro Pol pro Phase achtundvierzig Nuten für sechzehn
Pole vorgesehen werden, sechsunddreißig Nuten für zwölf Pole, sechzig Nuten für zwanzig
Pole, usw. Da eine größere Anzahl
an Nuten pro Pol pro Phase dazu führt, dass der Nutabstand abnimmt,
wird es einfacher, die Schrägabschnitte 101a und 101b der
Wickelenden eng benachbart anzuordnen, und kann die Länge in Axialrichtung
der Wickelendgruppen verringert werden, und wenn die vorliegende
Erfindung bei einem Stator eingesetzt wird, der zwei oder mehr Nuten
pro Pol pro Phase aufweist, werden die Auswirkungen der vorliegenden
Erfindung besonders deutlich.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
wurde ein Rotor des Lundell-Typs verwendet, der klauenförmige Magnetpole
aufweist, jedoch können
die gleichen Auswirkungen auch unter Verwendung eines Rotors des
Salent-Typs erreicht werden, der vorspringende Magnetpole aufweist.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
sind die Gleichrichter am Ende des Rotors entfernt von der Riemenscheibe
angeordnet, und ist das Gebläse
am selben Ende angeordnet, jedoch kann das Gebläse auch an jenem Ende in der
Nähe der
Gleichrichter angeordnet sein. Wenn es kein besonderes Problem in
Bezug auf die Temperatur der Gleichrichter gibt, kann das Gebläse auch
an dem Ende entfernt von der Riemenscheibe angeordnet sein. Da die
Höhe der
Wickelenden des Stators gering ist, wird Gebläsewindwiderstand an der Auslassseite
in dem Gebläsewindkanal
des Gebläses
signifikant verringert, wodurch die Gesamtmenge an Kühlluft erhöht wird.
Daher können
geeignete Positionen in Bezug aufeinander für die Gleichrichter und die Gebläse oder
für die
Riemenscheibe und die Gebläse
auch unter Berücksichtigung
der Position ausgewählt
werden, an welcher der Generator auf der Brennkraftmaschine angebracht
ist, des Gebläsewindgeräusches,
des magnetischen Rauschens, und der Temperaturbedingungen in jedem
Abschnitt.
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Bei
der voranstehenden Ausführungsform
1 werden die Isolatoren auf der Seite des laminierten Kerns eingeführt, vor
dem Einführen
der Wicklungsanordnungen in den laminierten Kern, jedoch können die
Isolatoren auch zuerst um die Abschnitte der Wicklungsanordnungen
herumgeschlungen werden, die in den Nuten aufgenommen werden sollen,
und in den laminierten Kern zusammen mit den Wicklungsanordnungen
eingeführt
werden. Weiterhin kann ein langer Isolierstreifen auf der Oberseite
des quaderförmigen
laminierten Kerns angeordnet werden, und können die Wicklungsanordnungen
von oberhalb so eingeführt
werden, dass die Isolatoren gleichzeitig in den Nuten eingeführt und
dort zusammen mit den Leitungsstranggruppen aufgenommen werden.
In jenem Fall können
zu einem späteren
Zeitpunkt die vorstehenden Isolatoren zusammen in einem Schritt entfernt
werden. Weiterhin können
jene Abschnitte der Wicklungsanordnungen, die in den Nuten aufgenommen
werden sollen, vorher mit Isolierharz abgedeckt werden. In diesem
Falle wird die Massenproduktion signifikant erleichtert.
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Die
vorliegende Erfindung ist wie voranstehend geschildert ausgebildet,
und weist die nachstehend angegebenen Auswirkungen auf.
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Da
zumindest eine der Wickelendgruppen der Statorwicklung in der Nähe der Kühlvorrichtung an
der stromabwärtigen
Seite der Kühlvorrichtung
in dem Kanal angeordnet werden kann, wird die Kühlung der Wickelendgruppen
verbessert, wodurch Temperaturanstiege in der Statorwicklung unterdrückt werden.
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Da
die Stütze
mit einer Anzahl an Öffnungen radial
außerhalb
zumindest einer der Wickelendgruppen versehen sein kann, wird Kühlluft,
deren Temperatur infolge des Kühlens
der Wickelendgruppen angestiegen ist, schnell nach außen abgegeben.
Hierdurch wird eine schlechte Kühlung
der Statorwicklung infolge erwärmter
Kühlluft
verhindert, die im innern der Stütze
verblieben ist.
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Da
die Kühlvorrichtung
ein Gebläse
sein kann, das an zumindest einem Endabschnitt des Rotors angeordnet
ist, kann das Gebläse
zusammen mit dem Rotor gedreht werden, und wird Kühlluft den
Wickelendgruppen von radial innerhalb zugeführt, wodurch die Kühlwirkung
erhöht
wird, und die Kühlvorrichtung
kostengünstig
aufgebaut sein kann.
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Da
die Entfernungen zwischen Innenumfangsoberflächen der Wickelendgruppen und
dem Aussendurchmesser des Gebläses
in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleich sein können, werden Geräusche infolge
von Störungen
zwischen den Flügeln
und Innenumfangsoberflächen
der Wickelendgruppen in Umfangsrichtung vergleichmäßigt, wodurch
Gebläsewindgeräusche verringert
werden.
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Da
die Axiallänge
des Stators kürzer
sein kann als die Axiallänge
des Rotors, wird der Gebläsewindwiderstand
verringert, was die Kühlung
verbessert, und es ermöglicht,
die Abmessungen des Generators zu verkleinern.
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Da
die Axiallängen
der Wickelendgruppen am ersten und zweiten Ende des Statorkerns
gleich sein können,
wird der Gebläsewindwiderstand
an beiden Enden in Axialrichtung des Statorkerns im Wesentlichen
gleich, so dass der Stator gleichmäßig gekühlt werden kann.
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Da
die Axiallänge
der Wickelendgruppen am ersten Ende in Axialrichtung des Statorkern
kürzer sein
kann als die Axiallänge
der Wickelendgruppen am zweiten Ende in Axialrichtung des Statorkerns, wird
der Gebläsewindwiderstand
am ersten Ende des Stators verringert, was es ermöglicht,
Temperaturanstiege in den Gleichrichtern zu unterdrücken.
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Da
der Rotor vom Klauenpoltyp sein kann, arbeitet der Rotor als Windtransportvorrichtung,
was die Kühlung
verbessert.
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Da
die Anzahl an Nuten zwei oder mehr pro Pol pro Phase betragen kann,
kann die Länge
in Axialrichtung der Wickelendgruppen noch weiter verkleinert werden.
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Da
elektrisch isolierendes Harz so angeordnet sein kann, dass es zumindest
eine Seite zumindest einer der Wickelendgruppen abdeckt, wobei diese
Seite unter der Innenumfangsseite und der Außenumfangsseite ausgesucht
ist, werden Spalte zwischen den Schrägabschnitten der Wickelenden
gefüllt,
was das Eindringen von Fremdkörpern
in die Wickelendgruppen unterdrückt,
die Steifigkeit des Stators erhöht,
und elektromagnetisches Rauschen verringert.
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Da
die Querschnittsform der Leitungsstränge eine im Wesentlichen ebene
Form sein kann, kann die Entfernung zwischen den Wickelenden noch
kleiner ausgebildet werden.
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Da
die Leitungsstränge
durchgehende Leitungen sein können,
die aus isolierten elektrischen Leitern bestehen, werden die Wickelenden
durch durchgehende Leitungswindungsabschnitte gebildet, was die
Axiallänge
der Wickelendgruppen verringert.
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Da
die Wicklungsunterabschnitte erste Wicklungsunterabschnitte und
zweite Wicklungsunterabschnitte umfassen können, wobei jeder der ersten Wicklungsunterabschnitte
eine Windung aufweist, und durch Wickeln eines Strangs aus isolierter
Leitung so ausgebildet wird, dass diese außerhalb der Nuten an Endoberflächen des
Statorkerns zurückgebogen
wird, und abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht
in Richtung der Nuttiefe innerhalb der Nuten in Abständen der
vorbestimmten Anzahl an Nuten einnimmt, und jeder der zweiten Wicklungsunterabschnitte
eine Windung aufweist, und durch Wickeln eines Stranges aus isolierter
Leitung so gebildet wird, dass diese außerhalb der Nuten an Endoberflächen des
Statorkerns zurückgebogen
wird, und abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht
in Richtung der Nuttiefe innerhalb der Nuten in Abständen mit
der vorbestimmten Anzahl an Nuten einnimmt, und gegenüber den
ersten Wicklungsunterabschnitten umgedreht und gegenüber diesen
versetzt um einen elektrischen Winkel von 180 Grad angeordnet ist,
und die Statorwicklung durch zumindest eine Gruppe einer Wicklungsanordnung
gebildet sein kann, die durch ein Paar aus einer ersten Wicklungsgruppe
und einer zweiten Wicklungsgruppe gebildet wird, wobei die erste
Wicklungsgruppe so hergestellt wird, dass die ersten Wicklungsunterabschnitte,
deren Anzahl ebenso groß ist
wie jene der vorbestimmten Anzahl an Nuten, mit einem Nutabstand
von 1, und die zweite Wicklungsgruppe so hergestellt ist, dass die
zweiten Wicklungsunterabschnitte, deren Anzahl ebenso groß ist wie
jene der vorbestimmten Anzahl an Nuten, in einem Nutabstand von
1 angeordnet werden, führt
dies dazu, dass die Wickelenden in Reihen mit hoher Dichte angeordnet
werden können,
was es ermöglicht,
einfach Wickelendgruppen herzustellen, in welchen die Schrägabschnitte
der Wickelenden in enger Nähe
zueinander ohne Spalte angeordnet sind, was es ermöglicht,
Statorwicklungen, die eine erhöhte Anzahl
an Windungen in jeder Phase der Wicklung aufweisen, einfach dadurch
anzupassen, dass die Anzahl an Gruppen von Wicklungsanordnungen
erhöht
wird.