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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 speziell eine
Statorkonstruktion für
einen Kraftfahrzeuggenerator, der bei einem Kraftfahrzeug vorgesehen
ist, beispielsweise bei einem Personenkraftfahrzeug oder einem Lastkraftfahrzeug.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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die
EP 0 917 278 A2 beschreibt
einen derartigen Generator. Die Statorwicklung des Generators wird
dadurch ausgebildet, dass mehrere U-förmige Leiter in jedem Paar
von Nuten angebracht werden, und jedes Paar von Endabschnitten der
Leiter, die sich nach außen
von den Nuten erstrecken, verbunden wird.
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Weiterhin
ist in der
US 3,400,454 ein
gesamter Endwindungsbereich des Stators mit Einkapselungsmaterial
versehen, um eine vollständige Schutzhülle auszubilden.
Weiterhin beschreibt die JP-A-59185133 das Ausformen von Wickelenden
mit Formharz.
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22 ist
eine Querschnittsansicht, die einen herkömmlichen Kraftfahrzeuggenerator
zeigt, und 23 ist eine Perspektivansicht
eines Stators des herkömmlichen
Kraftfahrzeuggenerators. In den 22 und 23 ist
der Kraftfahrzeuggenerator so ausgebildet, dass drehbar ein Rotor 7 des
Lundell-Typs über
eine Welle 6 im Inneren eines Gehäuses 3 angebracht
wird, das aus einer vorderen Stütze aus
Aluminium und einer hinteren Stütze 2 aus
Aluminium besteht, und ein Stator 50 an einer Innenwand
des Gehäuses 3 so
angebracht wird, dass eine Außenumfangsseite
des Rotors 7 umgeben wird. Die Welle 6 ist drehbar
in der vorderen Stütze 1 und
der hinteren Stütze 2 gehaltert.
Eine Riemenscheibe 4 ist an einem ersten Ende dieser Welle 6 befestigt,
so dass ein Drehmoment von einer Brennkraftmaschine auf die Welle 6 mit
Hilfe eines Riemens (nicht gezeigt) übertragen werden kann. Schleifringe 9 zum Zuführen elektrischen
Stroms zum Rotor 7 sind an einem zweiten Ende der Welle 6 befestigt,
und ein Paar von Bürsten 10 ist
in einem Bürstenhalter 11 aufgenommen,
der innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet ist,
so dass die beiden Bürsten 10 in
Kontakt mit den Schleifringen 9 gleiten. Ein Regler 18 zur
Einstellung der Höhe
der Wechselspannung, die in dem Stator 50 erzeugt wird,
ist durch einen Kleber an einem Kühlkörper 70 befestigt,
der auf den Bürstenhalter 11 aufgepasst
ist. Ein Gleichrichter 12, der elektrisch an den Stator 50 angeschlossen
ist, und in dem Stator 50 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom
umwandelt, ist innerhalb des Gehäuses 3 angebracht.
Der Rotor 7 besteht aus einem Rotorwickel 13 zur
Erzeugung eines Magnetflusses beim Durchgang elektrischen Stroms,
und aus 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 Magnetfluss ausgebildet werden, der in dem Rotorwickel 13 erzeugt
wird. Das Paar der Polkerne 20 und 21 ist aus
Eisen hergestellt, wobei jeder sechs klauenförmige Magnetpole 22 und 23 aufweist,
die auf dem Außenumfang
in gleichen Abständen
in Umfangsrichtung so angeordnet sind, dass sie in Axialrichtung
vorstehen, und die Polkerne 20 und 21 sind an
der Welle 6 so befestigt, dass sie einander zugewandt sind,
so dass die klauenförmigen
Magnetpole 20 und 23 in einander eingreifen. Weiterhin
sind Gebläse 5 am
ersten und zweiten Ende in Axialrichtung des Rotors 7 angebracht.
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Der
Stator 50 weist 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 auf den Statorkern 51 gewickelte Statorwicklung 52;
elektrisch isolierende Harzabschnitte 25, die aus Epoxyharz
oder dergleichen bestehen, und um Wickelenden 52a und 52b am
vorderen Ende bzw. hinteren Ende der Statorwicklung 52 herum
ausgeformt sind; und Isolatoren (nicht gezeigt), die in jeder Nuten 51a angebracht
sind, um elektrisch die Statorwicklung 52 gegenüber dem
Statorkern 51 zu isolieren. Bei diesem Gehäuse 3 ist
der Statorkern 51 mit sechsunddreißig Nuten 51a in gleichem
Abstand versehen, um so eine Dreiphasen-Wechselstromwicklung aufzunehmen, so
dass die Anzahl an Nuten, welche jede Wicklungsphasengruppe aufnehmen, der
Anzahl an Magnetpolen (zwölf)
in dem Rotor 7 entspricht.
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Lufteinlassöffnungen 1a und 2a sind
in Endoberflächen
in Axialrichtung 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,
und sind der Außenseite
in Radialrichtung der Wickelenden 52a und 52b am
vorderen Ende bzw. am hinteren Ende der Statorwicklung 52 zugewandt.
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Als
nächstes
wird das Verfahren für
die Konstruktion des herkömmlichen
Stators 50 unter Bezugnahme auf die 24 bis 27 beschrieben.
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Zuerst
werden bandförmige
Körper,
die Vorsprünge
und Ausnehmungen aufweisen, aus bandförmigen, dünnen Blechen hergestellt, die
aus SPCC-Material bestehen, das ein magnetisches Material ist. Dann
wird ein quaderförmiger,
laminierter Kern 55, der in 24 gezeigt
ist, dadurch hergestellt, dass eine vorbestimmte Anzahl an Blechen
der bandförmigen
Körper
zusammenlaminiert wird, und deren äußerer Abschnitt verschweißt wird.
Sechsunddreißig
Nuten 55a werden auf einer Seite dieses laminierten Kerns 55 ausgebildet.
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Eine
Statorwicklungsgruppe 57A, die insgesamt eben ist, wird
durch Wickeln eines Leitungsstrangs 56 mit einer vorbestimmten
Anzahl an Windungen wellenförmig
im Abstand von drei Nuten hergestellt, wobei der Leitungsstrang
aus einem isolierten Kupferdrahtmaterial besteht, das einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist. Die Wicklungsstart- und Endbearbeitungsenden des Leitungsstrangs 56,
der diese Statorwicklungsgruppe 57A bildet, werden zu einer
Ausgangsleitung 56a bzw. zu einem Sternpunkt 56b.
Weiterhin werden Statorwicklungsgruppen 57B und 57C entsprechend
durch Wickeln eines einzelnen Leitungsstrangs 56 in jedem
Fall hergestellt.
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Dann
werden die drei Statorwicklungsgruppen 57A, 57B und 57C einander
so überlagert,
dass sie um einen Abstand von einer Nut versetzt sind, und in dem
laminierten Kern 55 angebracht, durch Einführen der
jeweiligen Wicklungsgruppe in jede dritte Nut 55a, wie
in 25 gezeigt. Auf diese Weise werden die drei Statorwicklungsgruppen 57A, 57B und 57C in
dem laminierten Kern 55 angebracht, wie in 26 gezeigt
ist.
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Dann
wird der laminierte Kern 55 mit Hilfe einer Formgebungsvorrichtung
(nicht gezeigt) zylinderförmig gebogen.
Dann werden die Enden des laminierten Kerns 55 aneinander
angestoßen,
und mittels Laser miteinander verschweißt, um einen zylindrischen
Statorkern 51 zu erhalten. Auf diese Weise wird ein Stator
mit den drei Statorwicklungsgruppen 57A, 57B und 57C erhalten,
die in den Statorkern 51 gewickelt sind, wie in 27 gezeigt
ist.
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Weiterhin
werden die Wickelenden der Statorwicklungsgruppen 57A, 57B und 57C in
die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 umgeformt,
um den in 23 gezeigten Statorkern 50 zu
erhalten.
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Bei
dem auf diese Art und Weise ausgebildeten Stator 50 werden
die Sternpunkte 56b jedes Leitungsstrangs 56,
die hier die Statorwicklungsgruppen 57A, 57B und 57C bilden,
verbunden, um die Statorwicklung 52 zu erhalten, welche
eine Dreiphasen-Wechselstromwicklung ist. Diese Statorwicklungsgruppen 57A, 57B und 57C weisen
eine gegenseitige Phasendifferenz von 120 ° auf, und entsprechen einer
Wicklungsgruppe der a-Phase, der b-Phase bzw. der c-Phase der Dreiphasen-Wechselstromwicklung.
Die Ausgangsleitungen 56a jedes Leitungsstrangs 56,
welche die Statorwicklungsgruppen 57A, 57B und 57C bilden,
sind an den Gleichrichter 12 angeschlossen.
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Bei
dem auf diese Art und 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 Magnetfluss erzeugt wird. Die klauenförmigen Magnetpole 22 des
ersten Polkerns 20 werden durch diesen Magnetfluss mit
nordsuchenden (N) Polen magnetisiert, und die klauenförmigen Magnetpole 23 des
ersten Polkerns 21 werden mit südsuchenden (S) Polen 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. Auf diese Weise wird ein
Drehmagnetfeld an die Statorwicklung 52 angelegt, so dass
eine elektromotorische Kraft in der Statorwicklung 52 erzeugt
wird. Diese elektromotorische Wechselkraft gelangt durch den Gleichrichter 12 und
wird in Gleichstrom umgewandelt, die Höhe der Spannung wird durch
den Regler 18 eingestellt, und die Batterie wird nachgeladen.
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Am
hinteren Ende wird Außenluft
durch die Lufteinlassöffnungen 2a eingesaugt,
die gegenüberliegend
dem Kühlkörper des
Gleichrichters 12 bzw. dem Kühlkörper 17 des Reglers 18 angeordnet
sind, durch die Drehung der Gebläse 5,
und fließt
entlang der Achse der Welle 6, wodurch der Gleichrichter 12 und
der Regler 18 gekühlt
werden, und wird dann in Zentrifugalrichtung durch die Gebläse 5 abgelenkt, wodurch
das Wickelende 52b am hinteren Ende der Statorwicklung 52 gekühlt wird,
bevor sie durch die Luftauslassöffnungen 2b nach
außen
ausgestoßen wird.
Gleichzeitig wird am vorderen Ende Außenluft in Axialrichtung durch
die Lufteinlassöffnungen 1a infolge
der Drehung der Gebläse 5 angesaugt,
und dann in Zentrifugalrichtung durch die Gebläse 5 abgelenkt, wodurch
da Wickelende 52a am vorderen Ende der Statorwicklung 52 gekühlt wird,
bevor sie nach außen
durch die Luftauslassöffnungen 1b ausgestoßen wird.
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Bei
dem herkömmlichen
Stator 50 wird jede der Statorwicklungsgruppen 57A, 57B und 57C,
welche die Statorwicklung 52 bilden, durch wellenförmiges Wickeln
eines Leitungsstrangs 56 über eine vorbestimmte Anzahl
an Windungen mit einem Abstand von drei Nuten hergestellt, und werden
die Wicklungsgruppen in jede dritte Nut 51a so gewickelt, dass
jede Wicklungsgruppe gegenüber
der nächsten um
eine Nut versetzt ist, so dass eine äußere Schicht, eine mittlere
Schicht, und eine innere Schicht in Radialrichtung ausgebildet werden.
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Daher
ist es schwierig, da die Windungsenden der Leitungsstränge 56,
welche die Wickelenden bilden, nicht so ausgerichtet sind, dass
sie in Umfangsrichtung gestapelt sind, die Wickelenden gleichmäßig in den
elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 um den Gesamtumfang
auszuformen, so dass die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 Formen annehmen,
die sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung schräg stehen.
Daher ist die Wärmeabfuhr
der Wickelenden einschließlich
der elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 nicht gleichmäßig, wodurch
die Kühlung
der Statorwicklung 52 beeinträchtigt wird, und besteht ein
Problem darin, dass Temperaturerhöhungen in der Statorwicklung 52 nicht
unterdrückt
werden können.
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Da
die Windungsenden der Leitungsstränge 56, welche die
Wickelenden bilden, nicht so ausgerichtet sind, dass sie in Umfangsrichtung
gestapelt sind, ist es nicht möglich,
die Leitungsstränge 56 mit hoher
Dichte zu installieren, und bestand ein weiteres Problem darin,
dass keine hohe Ausgangsleistung erzielt werden konnte.
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Die
Windungsabschnitte von in Umfangsrichtung benachbarter Leitungsstränge 56 der
Statorwicklungsgruppen 57A und 57C, welche die
inneren und äußeren Schichten
bilden, sind gegeneinander in Radialrichtung versetzt, und Innenumfangsoberflächen und
Außenumfangsoberflächen der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 weisen unregelmäßige Formen
in der Umfangsrichtung auf, wie in 23 gezeigt.
Daher trat ein weiteres Problem in der Hinsicht auf, dass eine entsprechende
Erhöhung
des Gebläseluftwiderstands
und Störungen
zwischen dem Stator 7 und den Innenumfangsoberflächen der elektrisch
isolierenden Harzabschnitte 25 zu einer Erhöhung der
Gebläseluftgeräusche geführt haben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Mit
der vorliegenden Erfindung sollen die voranstehenden Probleme gelöst werden,
und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Generators, der in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann,
der eine hohe Ausgangsleistung und eine Geräuschverringerung erzielen kann,
und in welchem Temperaturerhöhungen
in einer Statorwicklung dadurch unterdrückt werden, dass die Statorwicklung
aus einer Anzahl an Wicklungsunterabschnitten ausgebildet wird,
in denen jeweils ein durchgehender Leitungsstrang so gewickelt ist,
dass abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht in Nuttiefenrichtung
in Nuten in Abständen
einer vorbestimmten Anzahl an Nuten eingenommen werden, die Leitungsstränge außerhalb
der Nuten an Endoberflächen
in Axialrichtung des Statorkerns zurückgeklappt sind, und als eine
glatte Oberfläche
zumindest eine Oberfläche
ausgebildet ist, die ausgewählt
ist unter einer dem Rotor zugewandten Oberfläche und einer der Stütze zugewandten
Oberfläche
eines elektrisch isolierenden Harzabschnitts, der so ausgebildet
ist, dass er ein Wickelende abdeckt.
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Das
Ziel wird durch den Gegenstand erreicht, wie er in den Patentansprüchen 1,
4 und 6 festgelegt ist. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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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 Perspektivansicht, die einen Stator des Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Ansicht von hinten, die Verbindungen in einer Statorwicklungsphasengruppe
in dem Kraftfahrzeuggenerator gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung erläutert;
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4 ist
eine Perspektivansicht zur Erläuterung
einer Statorwicklung, die in den Stator des Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;
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5 ist
ein Schaltbild des Kraftfahrzeuggenerators gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Herstellungsprozesses
für Leitungsstranggruppen,
welche ein Teil der Statorwicklung bilden, die in dem Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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7 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Herstellungsprozesses
für Leitungsstranggruppen,
welche ein Teil der Statorwicklung bilden, die in dem Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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8A und 8B sind
eine Ansicht von hinten bzw. eine Aufsicht, welche eine Innenschicht-Leitungsstranggruppe
zeigen, die ein Teil der Statorwicklung bildet, die in dem Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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9A und 9B sind
eine Ansicht von hinten bzw. eine Aufsicht, die eine Außenschicht-Leitungsstranggruppe
zeigen, die ein Teil der Statorwicklung bildet, die in 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 ein Teil der Statorwicklung bildet, die in dem Kraftfahrzeuggenerator gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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11 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Anordnung von Leitungssträngen, die
ein Teil der Statorwicklung bilden, die in dem Kraftfahrzeuggenerator
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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12 ist
eine Perspektivansicht eines laminierten Kerns, der einen Statorkern
bildet, der bei diesem Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird;
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13A, 13B und 13C sind Querschnitte zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für den Stator,
der bei diesem Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird;
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14 ist
eine Aufsicht, die ein Leitungsstrangsgruppenausbildungsteil der
Statorwicklung zeigt, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt
wird, angebracht in dem laminierten Kern;
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15 ist
eine Teilquerschnittsansicht eines Kraftfahrzeuggenerators gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung;
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16 ist
eine Perspektivansicht, die einen Stator eines Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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17 ist
eine Perspektivansicht, die einen Stator eines Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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18 ist
eine Perspektivansicht, die einen Stator eines Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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19 ist
eine Perspektivansicht, die einen Stator eines Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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20 ist
eine Perspektivansicht, die einen Statorkern eines Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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21 ist
ein Diagramm, das Ausgangseigenschaften des Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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22 ist
ein Querschnitt, der einen herkömmlichen
Kraftfahrzeuggenerator zeigt;
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23 ist
eine Perspektivansicht, die einen Stator des herkömmlichen
Kraftfahrzeuggenerators zeigt;
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24 ist
eine Perspektivansicht, die einen laminierten Kern zeigt, der einen
Statorkern bildet, der in dem Stator des herkömmlichen Kraftfahrzeuggenerators
eingesetzt wird;
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25 ist
eine Perspektivansicht, die den Herstellungsprozess für den Stator
erläutert,
der in dem herkömmlichen
Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird;
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26 ist
eine Perspektivansicht, die den Herstellungsprozess für den Stator
erläutert,
der in dem herkömmlichen
Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird; und
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27 ist
eine Perspektivansicht, die den Stator des herkömmlichen Kraftfahrzeuggenerators zeigt,
bevor er in ein elektrisch isolierendes Harz eingeformt wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen erläutert.
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Ausführungsform 1
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1 ist
ein Querschnitt, der eine Konstruktion eines Kraftfahrzeuggenerators
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine
Perspektivansicht, die einen Stator dieses Kraftfahrzeuggenerators
zeigt, 3 ist eine Ansicht von hinten, die Verbindungen
in einer Statorwicklungsphasengruppe in diesem Kraftfahrzeuggenerator
erläutert, 4 ist
eine Perspektivansicht, die eine Statorwicklung erläutert, die
in dem Stator dieses Kraftfahrzeuggenerators angebracht ist, 5 ist
ein Schaltbild für
diesen Kraftfahrzeuggenerator, die 6 und 7 sind
schematische Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsprozesses
für Leitungsstranggruppen,
welche ein Teil der Statorwicklung bilden, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator
eingesetzt wird, 8A und 8B sind
eine Ansicht von hinten bzw. eine Aufsicht, welche eine Innenschicht-Leitungsstranggruppe
zeigen, die ein Teil der Statorwicklung bildet, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator
eingesetzt wird, 9A und 9B sind
eine Ansicht von hinten bzw. eine Aufsicht, die eine Außenschicht-Leitungsstranggruppe
zeigen, die ein Teil der Statorwicklung bildet, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator
verwendet wird, 10 ist eine Perspektivansicht,
die ein Teil eines Leitungsstrangs zeigt, der ein Teil der Statorwicklung
bildet, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird, und 11 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Anordnung der Leitungsstränge, die
ein Teil der Statorwicklung bilden, die bei diesem Kraftfahrzeuggenerator
eingesetzt wird. 12 ist eine Perspektivansicht,
die einen laminierten Kern zeigt, der einen Statorkern bildet, der
bei diesem Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird, die 13A, 13B und 13C sind Querschnitte zur Erläuterung des Herstellungsprozesses
für den Stator,
der bei diesem Kraftfahrzeuggenerator eingesetzt wird, und 14 ist
eine Aufsicht, die eine Leitungsstranggruppe zeigt, die ein Teil
der Statorwicklung bildet, die in diesem Kraftfahrzeuggenerator
verwendet wird, und in dem laminierten Kern angebracht ist. weiterhin
sind Ausgangsleitungen, Sternpunkte, und Überkreuzungsverbindungen in 4 weggelassen.
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In
den 1 und 2 besteht ein Paar von Polkernen 20 und 21,
die einen Rotor 7 bilden, aus Eisen, und weist jeder acht
klauenförmige
Magnetpole 22 und 23 auf, die auf einem Außenumfang
in gleichem Abstand in Umfangsrichtung so angeordnet sind, dass
sie in Axialrichtung vorstehen, wobei die Polkerne 20 und 21 an
einer Welle 6 so befestigt sind, dass sie einander zugewandt
sind, so dass die klauenförmigen
Magnetpole 22 und 23 ineinander greifen. Weiterhin
sind Gebläse 5,
die als eine Kühlvorrichtung
dienen, am ersten und zweiten Ende in Axialrichtung des Rotors 7 angebracht.
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Ein
Stator 8 weist auf: einen zylindrischen Statorkern 15,
der mit einer Anzahl an Nuten 15a versehen ist, die in
Axialrichtung in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung
verlaufen; eine Statorwicklung 16, die auf einen Statorkern 15 gewickelt ist;
elektrisch isolierende Harzabschnitte 15, die aus Epoxyharz
oder dergleichen bestehen, und vollständig Wickelenden 16a und 16b am
vorderen Ende bzw. hinteren Ende der Statorwicklung 16 einbetten; und
Isolatoren 19, die in jeder der Nuten 15a angebracht
sind, um elektrisch die Statorwicklung 16 gegenüber dem
Statorkern 15 zu isolieren. Die Statorwicklung 16 weist
eine Anzahl an Wicklungsunterabschnitten auf, bei denen jeweils
ein Leitungsstrang 30 außerhalb der Nuten 15a an
Endoberflächen
des Statorkerns 15 zurückgeklappt
ist, und wellenförmig gewickelt
ist, so dass abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht
in Nuttiefenrichtung in den Nuten 15a um eine vorbestimmte
Anzahl an Nuten getrennt eingenommen wird. In diesem Fall ist der
Statorkern 15 mit sechsundneunzig Nuten 15a mit
gleichen Abstand versehen, um so zwei Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 (nachstehend
erläutert)
aufzunehmen, so dass die Anzahl an Nuten, welche jede Wicklungsphasengruppe
aufnehmen, der Anzahl an Magnetpolen (16) in dem Rotor 7 entspricht.
Langes, isoliertes Kupferdrahtmaterial, das beispielsweise einen
rechteckigen Querschnitt aufweist, wird bei den Leitungssträngen 30 eingesetzt.
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Im Übrigen ist
die Konstruktion ebenso wie bei dem in 22 gezeigten,
herkömmlichen
Kraftfahrzeuggenerator.
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Als
nächstes
wird die Wicklungskonstruktion einer Statorwicklungsphasengruppe 161 im
Einzelnen unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
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Eine
Statorwicklungsphasengruppe 161 besteht aus ersten bis
vierten Wicklungsunterabschnitten 31 bis 34, die
jeweils aus einem Leitungsstrang 30 hergestellt sind. Der
erste Wicklungsunterabschnitt 31 wird durch wellenförmiges Wickeln
eines Leitungsstrangs 30 für eine Windung in jede sechste Nut
von der Nut Nummer 1 bis 91 hergestellt, so dass abwechselnd eine
erste Position von einer Innenumfangsseite und eine zweite Position
von der Innenumfangsseite innerhalb der Nuten 15a eingenommen wird.
Der zweite Wicklungsunterabschnitt 32 wird durch wellenförmiges Wickeln
eines Leitungsstrangs 30 für eine Windung in jede sechste
Nut von der Nut Nummer 1 bis Nummer 91 so ausgebildet, dass abwechselnd
die zweite Position von der Innenumfangsseite und die erste Position
von der Innenumfangsseite innerhalb der Nuten 15a eingenommen wird.
Der dritte Wicklungsunterabschnitt 33 wird durch wellenförmiges Wickeln
eines Leitungsstrangs 30 für eine Windung in jede sechste
Nut von der Nut Nummer 1 bis Nummer 91 ausgebildet, so dass abwechselnd
eine dritte Position von der Innenumfangsseite und eine vierte Position
von der Innenumfangsseite innerhalb der Nuten 15a eingenommen wird.
Der vierte Wicklungsunterabschnitt 34 wird durch wellenförmiges Wickeln
eines Leitungsstrangs 30 für eine Windung in jede sechste
Nut von der Nut Nummer 1 bis Nummer 91 ausgebildet, so dass abwechselnd
die vierte Position von der Innenumfangsseite und die dritte Position
von der Innenumfangsseite innerhalb der Nuten 15a eingenommen
wird. Die Leitungsstränge 30 sind
so angeordnet, dass sie in einer Reihe von vier Strängen in
jeder Nut 15a ausgerichtet sind, wobei die Längsrichtung
ihrer rechteckigen Querschnitte in Radialrichtung ausgerichtet ist.
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Nachstehend
werden die erste bis vierte Position von der Innenumfangsseite innerhalb
der Nuten 15a aus, in welchen die Leitungsstränge 30 aufgenommen
sind, als erste bis vierte Adresse bezeichnet.
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An
einem ersten Ende des Statorkerns 15 werden ein erster
Endabschnitt 32a des zweiten Wicklungsunterabschnitts 32,
der nach außen
von der zweiten Adresse der Nut Nummer 1 ausgeht, und ein zweiter
Endabschnitt 34b des vierten Wicklungsunterabschnitts 34 verbunden,
der nach außen
von der dritten Adresse der Nut Nummer 91 ausgeht, und werden weiterhin
ein erster Endabschnitt 34a des vierten Wicklungsunterabschnitts 34,
der nach außen von
der vierten Adresse der Nut Nummer 1 ausgeht, und ein zweiter Endabschnitt 32b des
zweiten Wicklungsunterabschnitts 32 verbunden, der von
der ersten Adresse der Nut Nummer 91 nach außen geht, um zwei Windungen
der Wicklung auszubilden, die aus dem zweiten und vierten Wicklungsunterabschnitt 32 bzw. 34 bestehen.
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An
einem zweiten Ende des Statorkerns 15 werden ein erster
Endabschnitt 31a des ersten Wicklungsunterabschnitts 31,
der sich nach außen
von der ersten Adresse der Nut Nummer 1 erstreckt, und ein zweiter
Endabschnitt 33b des dritten Wicklungsunterabschnitts 33 verbunden,
der sich nach außen von
der vierten Adresse der Nut Nummer 91 erstreckt, und werden ein
erster Endabschnitt 33a des dritten Wicklungsunterabschnitts 33,
der sich nach außen
von der dritten Adresse von der Nut Nummer 1 erstreckt, und ein
zweiter Endabschnitt 31b des ersten Wicklungsunterabschnitts 31 verbunden,
der sich nach außen
von der zweiten Adresse der Nut Nummer 91 erstreckt, um zwei Windungen
der Wicklung auszubilden, die aus dem ersten und dem zweiten Wicklungsunterabschnitt 31 bzw. 33 bestehen.
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Weiterhin
wird ein Abschnitt des Leitungsstrangs 30 des dritten Wicklungsunterabschnitts 33, der
sich nach außen
an dem ersten Ende des Statorkerns 15 von der dritten Adresse
der Nut Nummer 61 und der vierten Adresse der Nut Nummer 67 erstreckt,
durchgeschnitten, und wird auch ein Abschnitt des Leitungsstrangs 30 des
vierten Wicklungsunterabschnitts 34, der sich nach außen am ersten
Ende des Statorkerns 15 von der dritten Adresse der Nut
Nummer 67 und der vierten Adresse der Nut Nummer 73 erstreckt, durchgeschnitten.
Ein erstes abgeschnittenes Ende 33c des dritten Wicklungsunterabschnitts 33 und
ein erstes abgeschnittenes Ende 34c des vierten Wicklungsunterabschnitts 34 werden
verbunden, um eine Statorwicklungsphasengruppe 161 auszubilden,
die vier Windungen aufweist, welche den ersten bis vierten Wicklungsunterabschnitt 31 bis 34 in
Reihe schalten.
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Weiterhin
wird der Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten abgeschnittenen
Ende 33c des dritten Wicklungsunterabschnitts 33 und
dem ersten abgeschnittenen Ende 34c des vierten Wicklungsunterabschnitts 34 ein Überkreuzungsverbindungs-Verbindungsabschnitt,
und werden ein zweites abgeschnittenes Ende 33d des dritten
Wicklungsunterabschnitts 33 und ein zweites abgeschnittenes
Ende 34d des vierten Wicklungsunterabschnitts 34 zu
einer Ausgangsleitung (O) bzw. zu einem Sternpunkt (N).
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In
diesem Stator werden insgesamt sechs Statorwicklungsphasengruppen 161 dadurch
ausgebildet, dass die Nuten 15a, in welche die Leitungsstränge 30 gewickelt
werden, jeweils um eine Nut versetzt werden. Diese 6 Statorwicklungsphasengruppen 161 bilden
die Statorwicklung 16.
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Daher
werden die Leitungsstränge 30,
welche den ersten bis vierten Wicklungsunterabschnitt 31 bis 34 bilden,
jeweils wellenförmig
so gewickelt, dass sie sich aus ersten Nuten 15a an Endoberflächen des
Statorkerns 15 heraus erstrecken, zurückgeklappt sind, und in zweite
Nuten 15a sechs Nuten entfernt hinein gelangen. Jeder der
Leitungsstränge 30 wird
weiterhin so gewickelt, dass abwechselnd die innere Schicht und
die äußere Schicht
relativ zur Nuttiefenrichtung (der Radialrichtung) in jeder sechsten Nut
eingenommen werden.
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Windungsabschnitte 30a der
Leitungsstränge 30 erstrecken
sich nach außen
von dem Statorkern 15 und sind zurückgeklappt, um Wickelenden auszubilden.
Die Windungsabschnitte 30a, die im Wesentlichen zur selben
Form an beiden Enden in Axialrichtung des Statorkerns 15 ausgebildet
werden, sind voneinander in Umfangsrichtung und in Radialrichtung
beabstandet, und ordentlich in zwei Reihen in Umfangsrichtung angeordnet,
zur Ausbildung der Wickelenden 16a und 16b, wie
in 4 gezeigt ist.
-
Dann
werden die Wickelenden 16a und 16b der Statorwicklung 16 vollständig in
die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 eingebettet,
um den in 2 gezeigten Stator 8 zu
erhalten. Hierbei werden die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 so
ausgeformt, dass sie nicht das Auftreten von Oberflächenunregelmäßigkeiten
verursachen, welche anderenfalls zu Diskontinuitäten in Umfangsrichtung führen würden, in
welcher die Windungsabschnitte 30a mit vorbestimmten Spalten
angeordnet sind. Andererseits sind dem Rotor zugewandte Oberflächen 25a,
die Innenumfangsoberflächen
der elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 darstellen,
und der Stütze
zugewandte Oberflächen 25b,
welche Außenumfangsoberflächen der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 darstellen, jeweils
als glatte Oberflächen ausgebildet.
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Der
auf diese Art und Weise aufgebaute Stator 8 wird in einem
Kraftfahrzeuggenerator angebracht, wobei drei Statorwicklungsphasengruppen 161 jeweils
als eine von zwei Sternschaltungen geschaltet sind, um die zwei
Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 zu
bilden, und jede der Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 an
ihren eigenen Gleichrichter 12 angeschlossen ist, wie in 5 gezeigt.
Die Gleichrichter 12 sind parallel geschaltet, so dass
die von ihnen abgegebenen Gleichströme vereinigt werden.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung des Stators 8 unter
Bezugnahme auf die 6 bis 14 erläutert.
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Zuerst
werden, wie in 6 gezeigt, zwölf lange
Leitungsstränge 30 gleichzeitig
in derselben Ebene so gebogen, dass die Form eines Blitzes entsteht.
Dann wird eine Innenschicht-Leitungsstranggruppe 35A, gezeigt
in den 8A und 8B, dadurch
hergestellt, dass aufeinander folgend der Strang in rechtem Winkel
gebogen wird, wie durch den Pfeil in 7 angedeutet,
unter Verwendung einer Aufspannvorrichtung. Weiterhin wird eine
Außenschicht-Leitungsstranggruppe 35B,
welche Überkreuzungsverbindungen,
Sternpunkte, und Ausgangsleitungen enthält, wie in den
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9A und 9B gezeigt,
auf entsprechende Art und Weise hergestellt.
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Weiterhin
wird, wie in 10 gezeigt, jeder Leitungsstrang 30 so
ausgebildet, dass er zu einem ebenen Muster gebogen wird, bei welchem
geradlinige Abschnitte 30b, die durch Windungsabschnitte 30a verbunden
sind, in einem Abstand von sechs Nuten (6P) ausgerichtet sind. Benachbarte
geradlinige Abschnitte 30b sind um eine Entfernung entsprechend
einer Breite (W) der Leitungsstränge 30 infolge der
Windungsabschnitte 30a versetzt. Die Leitungsstranggruppen 35A und 35B sind
so ausgebildet, dass sechs Leitungsstrangspaare so angeordnet werden,
dass sie um einen Abstand von einer Nut gegeneinander versetzt sind,
jedes Leitungsstrangspaar aus zwei Leitungssträngen 30 besteht, die
zu dem voranstehend geschilderten Muster geformt wurden, und um
einen Abstand von sechs Nuten versetzt sind, und so angeordnet sind,
dass geradlinige Abschnitte 30b sich überlappen, wie in 11 gezeigt
ist. Sechs Endabschnitte der Leitungsstränge 30 erstrecken
sich jeweils nach außen
von einer ersten und einer zweiten Seite am ersten und zweiten Ende
der Leitungsstranggruppen 35A und 35B. Weiterhin
sind die Windungsabschnitte 30a so angeordnet, dass sie
in Reihen auf ersten und zweiten Seitenabschnitten der Leitungsstranggruppen 35A und 35B ausgerichtet
sind.
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Ein
quaderförmiger,
laminierter Kern 36 wird so vorbereitet, wie in 12 gezeigt,
durch Zusammenlaminieren einer vorbestimmten Anzahl an Blechen aus
einem SPCC-Material, die mit trapezförmigen Nuten 36a in
einem vorbestimmten Abstand (einem elektrischen Winkel von 30 °) versehen
sind, und durch Laserverschweißen
seines äußeren Abschnitts.
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Wie
in 13A gezeigt, werden die Isolatoren 19 in
den Nuten 36a des quaderförmigen, laminierten Kerns 36 angebracht,
und werden die geradlinigen Abschnitte der beiden Leitungsstranggruppen 35A und 35B so
eingeführt,
dass sie in jede der Nuten 36a gestapelt angeordnet sind.
Auf diese Weise werden die beiden Leitungsstranggruppen 35A und 35B in
dem quaderförmigen,
laminierten Kern 36 angebracht, wie in 13B gezeigt. Hierbei sind die geradlinigen Abschnitte 30b der
Leitungsstränge 30 in
einer Reihe von vier in Radialrichtung in den Nuten 36a angeordnet,
und elektrisch gegenüber
dem quaderförmigen,
laminierten Kern 36 durch die Isolatoren 19 isoliert.
Die beiden Leitungsstranggruppen 35A und 35B sind
aufeinander aufgestapelt, wenn sie in dem quaderförmigen,
laminierten Kern 36 angebracht sind, wie in 14 gezeigt
ist.
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Dann
wird der quaderförmige,
laminierte Kern 36 zusammengerollt, seine Enden aneinander angelegt,
und mittels Laser verschweißt,
um einen zylindrischen Statorkern 15 zu erhalten, wie in 13C gezeigt. Durch Zusammenrollen des quaderförmigen,
laminierten Kerns 26 nehmen die Nuten 36a (entsprechend
den Nuten 15a in dem Statorkern 15) eine im Wesentlichen
rechteckige Querschnittsform an, und werden Öffnungsabschnitte 36b der
Nuten 36a (entsprechend Öffnungsabschnitten 15b der Nuten 15a)
kleiner als die Abmessungen in Richtung der Nutbreite der geradlinigen
Abschnitte 30b. Dann werden die Endabschnitte jedes der
Leitungsstränge 30 miteinander
verbunden, auf Grundlage der in 3 gezeigten
Verbindungen, um eine Statorwicklungsphasengruppe 161 auszubilden.
Weiterhin werden die Wickelenden 16a und 16b der
Statorwicklung 16 so in die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 eingeformt,
dass sie vollständig
eingebettet sind.
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Auf
diese Weise wird bei der Ausführungsform
1, da die Wickelenden 16a und 16b vollständig in
die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 eingebettet
sind, die Isolierung der Windungsabschnitte sichergestellt, und
kann das Auftreten von Kurzschlussstörungen infolge einer Beschädigung der Isolierbeschichtung,
weil sich benachbarte Windungsabschnitte 30a gegenseitig
infolge von Schwingungen berühren,
verhindert werden, was es ermöglicht,
die Verlässlichkeit
zu verbessern. Weiterhin wird die Steifigkeit des Stators 8 vergrößert, so
dass magnetisches Rauschen verringert werden kann.
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Da
die dem Rotor zugewandeten Oberflächen 25a der elektrisch
isolierenden Harzabschnitte 25 als glatte Oberflächen ausgebildet
sind, wird der Gebläseluftwiderstand
für die
Kühlluft
verringert, die zwischen den elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 und
dem Rotor 7 fließt,
und werden Störgeräusche zwischen
den elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 und dem
Rotor 7 minimiert, so dass Gebläseluftgeräusche verringert werden können.
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Weiterhin
wird, da die den Stützen
zugewandten Oberflächen 25b der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 als glatte Oberflächen ausgebildet sind,
der Gebläseluftwiderstand
für die
Kühlluft
verringert, die zwischen den elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 und
jeder der Stützen
1 und 2 fließt,
so dass Gebläseluftgeräusche verringert
werden können.
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Die
Statorwicklung 16 weist zwei Dreiphase-Wechselstromwicklungen 160 auf,
und jede der Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 ist
so aufgebaut, dass abwechselnd drei Statorwicklungsphasengruppen 161 geschaltet
sind. Die Statorwicklungsphasengruppen 161 werden durch
Reihenschaltung erster bis vierter Wicklungsunterabschnitte 31 bis 34 gebildet.
Der erste Wicklungsunterabschnitt 31 ist so aufgebaut,
dass wellenförmig
ein Leitungsstrang 30 für
eine Windung in jede sechste Nut 15a gewickelt wird, so
dass abwechselnd die erste Adresse und die zweite Adresse in den
Nuten 15a eingenommen werden. Anders ausgedrückt, ist
der erste Wicklungsunterabschnitt 31 so ausgebildet, dass wellenförmig ein
Leitungsstrang 30 für
eine Windung in jede sechste Nut 15a so gewickelt wird,
dass abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht in Nuttiefenrichtung
eingenommen wird. Entsprechend ist auch jeder der zweiten, dritten,
und vierten Wicklungsunterabschnitte 32, 33 bzw. 34 so aufgebaut,
dass wellenförmig
ein Leitungsstrang 30 für
eine Windung in jede sechste Nut 15a so gewickelt wird,
dass abwechselnd eine innere Schicht und ein 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 identischer Form ausgebildet werden, und können ihre
Windungsabschnitte 30a ordentlich in Reihen so angeordnet
werden, dass sie in Umfangsrichtung aufeinander gestapelt sind.
Entsprechend können
die Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30,
welche die dritten und vierten Wicklungsunterabschnitte 33 bzw. 34 bilden,
mit im Wesentlichen identischer Form ausgebildet werden, und können ihre
Windungsabschnitte 30a ordentlich so in Reihen angeordnet
werden, dass sie in Umfangsrichtung an der Außenumfangsseite des ersten
und zweiten Wicklungsunterabschnitts 31 bzw. 32 aufeinander
gestapelt sind. Anders ausgedrückt,
weisen die Windungsabschnitte 30a eine im Wesentlichen
identische Form in Umfangsrichtung auf, und sind Räume zwischen
den Windungsabschnitten 30a in Umfangsrichtung im Wesentlichen
gleich.
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Durch
Einsatz der vorliegenden Wicklungskonstruktion können die Wickelenden 16a und 16b einfach
gleichförmig
in die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 um den
gesamten Umfang herum umgeformt werden, so dass die elektrisch isolierenden
Harzabschnitte 25 mit im Wesentlichen gleichmäßiger Verteilung
in Umfangsrichtung und Axialrichtung ausgebildet werden können. Auf
diese Weise wird die Wärmeabfuhr
der Wickelendabschnitte einschließlich der elektrisch isolierenden
Harzabschnitte 25 gleichmäßig, und wird eine Beeinträchtigung
der Kühlung
der Statorwicklung 16 unterdrückt, so dass Temperaturanstiege
in der Statorwicklung 16 unterdrückt werden können.
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Weiterhin
können
durch Einsatz der vorliegenden Wicklungskonstruktion die dem Rotor
zugewandten Oberflächen 25a und
die der Stütze
zugewandten Oberflächen 25b der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 einfach als glatte
Oberflächen ausgebildet
werden.
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Durch
Einsatz der vorliegenden Wicklungskonstruktion können die Leitungsstränge 30 mit
hoher Dichte installiert werden, so dass die Ausgangsleistung verbessert
werden kann, und kann die Menge an Harz in den elektrisch isolierenden
Harzabschnitten 25 verringert werden, im Vergleich zum
herkömmlichen
Stator 50, was eine Kosteneinsparung ermöglicht.
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Vier
Leitungsstränge 30 sind
so ausgebildet, dass sie in einer Reihe in Radialrichtung in jeder
Nut 15a ausgerichtet sind, und die Windungsabschnitte 30a sind
so angeordnet, dass sie in zwei Reihen in Umfangsrichtung ausgerichtet
sind.
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Daher
sind die Windungsabschnitte 30a, welche die Wickelenden 16a und 16b bilden,
jeweils in zwei Reihen in Radialrichtung unterteilt, was es ermöglicht,
die Höhe
zu verringern, um welche sich die Wickelenden 16a und 16b von
dem Statorkern 15 nach außen erstrecken. Daher kann
die Höhe
der elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25, die über die
Wickelenden 16a und 16b aufgeformt sind, verringert
werden, und kann der Gebläseluftwiderstand an
den elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 verringert
werden, was eine Verringerung von Gebläseluftgeräuschen infolge der Drehung
des Rotors 7 ermöglicht,
und es wird auch die Streureaktanz der Wickelenden verringert, wodurch
die Ausgangsleistung und der Wirkungsgrad verbessert werden.
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Da
die Wickelenden 16a und 16b in enger Nähe zu den
Gebläsen 5 stromabwärts der
Gebläse 5 angeordnet
sind, trägt
der Kühlluftfluss,
der durch Luftkanäle
infolge der Einwirkung der Gebläse 5 fließt, zur
Kühlung
der elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 bei, in welchen
die Wickelenden 16a und 16b vorgesehen sind, so
dass eine Verbesserung der Kühlung
der Statorwicklung 16 ermöglicht wird.
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Der
Rotor 7 weist sechzehn Magnetpole auf, und sechsundneunzig
(96) Nuten 15a sind in gleichem Abstand im 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 den N- und S-Polen des Rotors 7, so
dass die Statorwicklung 16 als eine Durchmesserwicklung
ausgebildet ist. Daher kann ein maximales Drehmoment erzielt werden,
so dass eine erhöhte Ausgangsleistung
erreicht werden kann.
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Da
die Öffnungsabmessungen
der Öffnungsabschnitte 15b der
Nuten 15a so ausgebildet sind, dass sie kleiner sind als
die Abmessungen der Leitungsstränge 30 in
Richtung der Breite der Nuten 15a, wird verhindert, dass
die Leitungsstränge 30 in den
Nuten 15a radial nach innen verschoben werden, und können Geräusche an
den Öffnungsabschnitten 15b infolge
der Einwirkung des Rotors 7 verringert werden.
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Da
die geraden Abschnitte 30b einen rechteckigen Querschnitt
aufweisen, passt die Querschnittsform der geraden Abschnitte 30b ordnungsgemäß in die
Form der Nuten 15a, wenn die geraden Abschnitte 30b in
den Nuten 15a aufgenommen werden. Daher wird leicht der
Raumfaktor der Leitungsstränge 30 in
den Nuten 15a vergrößert, was
eine verbesserte Wärmeübertragung
von den Leitungssträngen 30 auf
den Statorkern 15 ermöglicht.
Bei der Ausführungsform
1 sind hierbei die geraden Abschnitte 30b mit einem rechteckigen
Querschnitt versehen, jedoch kann die Querschnittsform der geraden
Abschnitte 30b jede im Wesentlichen rechteckige Form sein,
die ordnungsgemäß in die
im Wesentlichen rechteckige Form der Nuten hineinpasst. Diese im
Wesentlichen rechteckige Form ist nicht auf eine echt rechteckige
Form beschränkt,
und kann eine quadratische Form sein, eine Form, die aus vier ebenen
Oberflächen
mit abgerundeten Ecken besteht, oder eine Form einer länglichen
Ellipse, bei welcher die kurzen Seiten des Rechtecks als Bögen ausgebildet
sind, usw.
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Da
die Leitungsstränge 30 einen
rechteckigen Querschnitt aufweisen, wird die Oberfläche vergrößert, die
Wärme von
den Windungsabschnitten 30a abstrahlt, welche die Wickelenden
bilden, wodurch wirksam in der Statorwicklung 16 erzeugte Wärme abgestrahlt
wird.
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Wie
in 5 gezeigt, sind drei Statorwicklungsphasengruppen 161,
die durch Schalten der ersten bis vierten Wicklungsunterabschnitte 31 bis 34 in
Reihe gebildet werden, jeweils in Sternschaltung geschaltet, um
die zwei Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 auszubilden,
ist jede der Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 an ihren
eigenen Gleichrichter 12 angeschlossen, und sind die beiden Gleichrichter 12 parallel
geschaltet. Daher können die
Ausgangsgleichströme
der zwei Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160,
die jeweils vier Windungen aufweisen, vereinigt und abgezogen werden,
was das Ausschalten von Leistungsbeeinträchtigungen im Bereich niedriger
Drehzahlen ermöglicht.
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Durch
Einsatz der vorliegenden Wicklungskonstruktion können Erhöhungen der Anzahl an Windungen
in der Statorwicklung einfach dadurch erreicht werden, dass die
geraden Abschnitte 30b der Leitungsstranggruppen 35 (35A und 35b)
ausgerichtet werden, die aus durchgehenden Leitungssträngen bestehen,
und in dem Statorkern 15 so angebracht werden, dass sie
aufeinander aufgestapelt sind.
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Der
Stator 8 gemäß Ausführungsform
1 kann so hergestellt werden, dass die Leitungsstranggruppen 35,
die aus durchgehenden Leitungen bestehen, in die Nuten 36a in
dem quaderförmigen,
laminierten Kern 36 durch die Öffnungsabschnitte 36b eingeführt werden,
und dann der quaderförmige,
laminierte Kern 36 ringförmig zusammengerollt wird.
Da die Öffnungsabmessungen
der Öffnungsabschnitte 36b der Nuten 36a größer gewählt werden
können
als die Abmessungen der Leitungsstränge 30 in Richtung
der Breite der Nuten, wird der Vorgang des Einführens der Leitungsstranggruppe 35 verbessert.
Da die Öffnungsabmessungen
der Öffnungsabschnitte 36b des quaderförmigen,
laminierten Kerns 36 kleiner gewählt werden können als
die Abmessungen der Leitungsstränge 30 in
Richtung der Breite der Nuten, wenn der quaderförmige, laminierte Kern 36 zusammengerollt
wird, wird der Raumfaktor vergrößert, was eine
Verbesserung der Ausgangsleistung ermöglicht. Weiterhin wird, selbst
wenn die Anzahl an Nuten vergrößert wird,
die Produktivität
des Stators nicht beeinträchtigt.
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Da
die Formen der beiden Wickelenden 16a und 16b (der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25, welche die beiden
Wickelenden 16a und 16b ausformen) im Wesentlichen
gleich sind, und die Gebläse 5 an
beiden Enden in Axialrichtung des Rotors 7 angeordnet sind,
werden beiden Wickelenden 16a und 16b ausgeglichen
gekühlt,
wodurch die Statorwicklungstemperatur gleichmäßig und signifikant verringert
wird.
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Allerdings
müssen
die Gebläse 5 nicht
an beiden Enden des Rotors 7 angeordnet sein, sondern können sie
auch unter Berücksichtigung
der Positionen der Statorwicklung oder der Gleichrichter angeordnet
werden, welche Körper
mit erheblicher Wärmeerzeugung
darstellen. So können
beispielsweise die Wickelenden der Statorwicklung, welche Körper mit
hoher Wärmeerzeugung
darstellen, an der Auslassseite eines Gebläses mit einer hohen Kühlgeschwindigkeit
angeordnet sein, und kann ein Gebläse an einem Endabschnitt des
Rotors an jenem Ende angeordnet sein, an welchem die Gleichrichter
angeordnet sind. Weiterhin kann, bei Anbringung an einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine,
da die Riemenscheibe normalerweise mit einer Kurbelwelle über einen
Riemen verbunden ist, das Gebläse
an dem Ende weg von der Riemenscheibe angeordnet sein, so dass die
Kühlluftabgabe
von dem Gebläse
nicht den Riemen beeinflusst. Weiterhin weisen Schulterabschnitte
der klauenförmigen
Magnetpole des Rotors eine Gebläselufttransportwirkung
auf, und können
als Kühlvorrichtung
eingesetzt werden.
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Da
die Länge
in Axialrichtung des Stators 8 einschließlich der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 kürzer ist
als die Länge
in Axialrichtung der Polkerne 20 und 21, kann
ein kompakter Aufbau erreicht werden. Wenn die Gebläse 5 an
beiden Endabschnitten in Axialrichtung des Rotors 7 angeordnet
sind, wird signifikant, da keine elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 an
der Auslassseite der Gebläse 5 vorhanden
sind, der Gebläseluftwiderstand
verringert, wodurch Gebläseluftgeräusche verringert
werden, und Temperaturanstiege in inneren Teilen unterdrückt werden,
die eine Kühlung
benötigen,
beispielsweise den Gleichrichtern 12.
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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 vorhanden,
jede entsprechend der Anzahl an Nuten pro Pol pro Phase. Daher kann
die magnetomotorische Signalform so ausgebildet werden, dass sie
sich an ein Sinussignal annähert,
wodurch höhere
harmonische Signalkomponenten verringert werden, und eine stabile
Ausgangsleistung sichergestellt wird. Da die Anzahl an Nuten 15a erhöht ist, sind
Zähne in
dem Statorkern 15 schlank, was Kriechmagnetfelder durch
Zähne verringert,
welche unterschiedliche gegenüberliegende,
klauenförmige Magnetpole 22 und 23 überspannen,
so dass Schwankungen der Ausgangsleistung unterdrückt werden
können.
Da eine größere Anzahl
an Nuten 15a eine entsprechend größere Anzahl an Windungsabschnitten 30 bedeutet,
wird darüber
hinaus die Wärmeabfuhr
von den Wickelenden verbessert.
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Da
die Nuten 15a und die Öffnungsabschnitte 15b so
angeordnet sind, dass sie gleichmäßig in einem elektrischen Winkel
von 30° angeordnet
sind, können
magnetische Schwankungen verringert werden, die zu Erregerkräften führen, welche
magnetisches Rauschen hervorrufen.
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Ausführungsform 2
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Bei
der Ausführungsform
2 sind, wie in 15 gezeigt, die der Stütze zugewandten
Oberflächen 25b der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 in enger Berührung mit
Innenwandoberfläche
der vorderen und hinteren Stütze 1 bzw. 2 des
Rotors 8 angeordnet. Im Übrigen ist die Konstruktion
ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform 1.
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Da
bei der Ausführungsform
2 die der Stütze zugewandten
Oberflächen 25b der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 in enger Berührung mit
Innenwandoberflächen
der vorderen und hinteren Stütze
1 bzw. 2 angeordnet sind, wird in den Wickelenden 16a und 16b erzeugte
Wärme wirksam
an die auf niedriger Temperatur befindlichen Stützen 1 und 2 über die
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 übertragen,
wodurch die Kühlung
der Statorwicklung 16 verbessert wird, und eine Verringerung
der Abmessungen des Generators proportional zur Verringerung von
Spalten zwischen den elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 und
den Innenwandoberflächen
der Stützen 1 und 2 ermöglicht wird.
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Ausführungsform 3
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Bei
der Ausführungsform
sind, wie in 16 gezeigt, einige äußere Oberflächen (dem
Rotor 7 zugewandte Oberflächen) der Windungsabschnitte 30a der
Leitungsstränge 30,
welche die innere Schicht bilden, in derselben Ebene angeordnet
wie die dem Rotor zugewandten Oberflächen 25a der elektrisch
isolierenden Harzabschnitte 25 so, dass sie freiliegen. Im Übrigen ist
die Konstruktion ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform
1.
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Da
bei der Ausführungsform
3 die Kühlluft die
freiliegenden Oberfläche
der Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30 berührt, wird
in den Wickelenden 16a und 16b erzeugte Wärme wirksam von
den freiliegenden Oberflächen
der Windungsabschnitte 30a abgestrahlt, wodurch die Kühlung der Statorwicklung 16 verbessert
wird.
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Wenn
hierbei die Leitungsstränge 30 mit
einem rechteckigen Querschnitt versehen sind, ist es einfach, die
Ebene festzulegen, in welcher die Leitungsstränge auf den dem Rotor zugewandten
Oberflächen 25a des
elektrisch isolierenden Harzabschnitts 25 freiliegen, aber
selbst dann, wenn die Leitungsstränge einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, kann der gleiche Effekt erreicht werden, soweit einige
Seitenoberflächen
der Leitungsstränge freiliegen.
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Weiterhin
sind bei der voranstehenden Ausführungsform
3 die Oberflächen
der Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30,
welche die innere Schicht bilden, die dem Rotor 7 zugewandt
ist, in derselben Ebene angeordnet wie die dem Rotor zugewandten
Oberflächen 25a der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 so, dass sie
freiliegen, jedoch können
auch äußere Oberflächen (Oberflächen, die den
Stützen 1 und 2 zugewandt
sind) der Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30,
welche die äußere Schicht
bilden, in derselben Ebene angeordnet sein wie die den Stützen zugewandten
Oberflächen 25b der
elektrischen Harzabschnitte 25.
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Ausführungsform 4
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Bei
der Ausführungsform
sind, wie in 17 gezeigt, Rippen 26 auf
den den Stützen
zugewandten Oberflächen 25b der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 angeordnet. Im Übrigen ist
die Konstruktion ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform
1.
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Bei
der Ausführungsform
4 wird, da die Kühlluft
zwischen den Rippen 26 fließt, in den Wickelenden 16a und 16b erzeugte
Wärme über die
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 auf die Rippen 26 übertragen,
und wird von den Rippen 26 in die Kühlluft abgestrahlt, wodurch
die Kühlung
der Statorwicklung 16 verbessert wird.
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Ausführungsform 5
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Bei
Ausführungsform
5 sind, wie in 18 gezeigt, die elektrisch isolierenden
Harzabschnitte 25 so angeordnet, dass sie glatt nur Innenumfangsseiten
(Seiten, die dem Rotor 7 zugewandt sind) der Windungsabschnitte 30a der
Leitungsstränge 30 abdecken,
welche die innere Schicht bilden. Im Übrigen ist die Konstruktion
ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform 1.
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Da
bei der Ausführungsform
5 die dem Rotor zugewandten Oberflächen 25a der elektrisch
isolierenden Harzabschnitte 25 als glatte Oberflächen ausgebildet
sind, werden Gebläseluftgeräusche verringert,
die infolge von Störgeräuschen zwischen
den elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 und dem Rotor 7 auftreten.
Da Scheitelabschnitte und Außenumfangsseiten
der Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30,
welche die innere Schicht bilden, und der Windungsabschnitte 30b der Leitungsstränge 30,
welche die äußere Schicht
bilden, freiliegen, stehen darüber
hinaus die freiliegenden Windungsabschnitte 30a in direktem
Kontakt mit der Kühlluft, wodurch
die Kühlung
der Statorwicklung 16 weiter verbessert wird.
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Wenn
bei der voranstehenden Ausführungsform
5 einige Oberflächen,
die dem Rotor 7 zugewandt sind, der Windungsabschnitte 30a der
Leitungsstränge 30,
welche die innere Schicht bilden, in derselben Ebene wie die dem
Rotor zugewandten Oberflächen 25a der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 so angeordnet
sind, dass sie freiliegen, kann darüber hinaus die Kühlung der
Statorwicklung 16 weiter verbessert werden.
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Ausführungsform 6
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Bei
der Ausführungsform
6 sind, wie in 19 gezeigt, die elektrisch isolierenden
Harzabschnitte 25 so angeordnet, dass sie glatt nur Außenumfangsseiten
(Seiten, die den Stützen 1 und 2 zugewandt
sind) der Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30 abdecken,
welche die äußere Schicht
bilden. Im Übrigen
ist die Konstruktion ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform
1.
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Bei
der Ausführungsform
6 wird, da die der Stütze
zugewandten Oberflächen 25b der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 als glatte Oberflächen ausgebildet
sind, der Gebläseluftwiderstand
in den Luftflusskanälen
zwischen den elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 und
den Innenwandoberflächen
der Stützen 1 und 2 verringert,
so dass Gebläseluftgeräusche verringert
werden können.
Da Scheitelabschnitte und Innenumfangsseiten der Windungsabschnitte 30a der
Leitungsstränge 30,
welche die äußere Schicht
bilden, und der Windungsabschnitte 30a der Leitungsstränge 30,
welche die innere Schicht bilden, freiliegen, stehen darüber hinaus die
freiliegenden Windungsabschnitte 30a in direktem Kontakt
mit der Kühlluft,
so dass die Kühlung
der Statorwicklung 16 weiter verbessert wird.
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Weiterhin
können
bei der voranstehenden Ausführungsform
6 die der Stütze
zugewandten Oberflächen 15b der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 auch in engem
Kontakt mit den Innenwandoberflächen
der Stützen 1 und 2 angeordnet sein.
In diesem Fall stehen die freiliegenden Windungsabschnitte 30a in
direktem Kontakt mit der Kühlluft,
und strahlen in der Statorwicklung 16 erzeugte Wärme ab,
so dass infolge der Tatsache, dass die in der Statorwicklung 16 erzeugte
Wärme ebenfalls
an die auf niedriger Temperatur befindlichen Stützen 1 und 2 über die
elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 übertragen
wird, die Kühlung
der Statorwicklung 16 noch weiter verbessert wird. Bei
der Ausführungsform
1, bei welcher die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 so
geformt waren, dass sie vollständig
die Wickelenden 16a und 16b abdecken, musste die
Anzahl an Windungen der Leitungsstränge proportional zu dem von
den Harzabschnitten eingenommenen Raum verringert werden, was zu
dem Risiko führt,
dass die Ausgangsleistung unzureichend wird. Bei der Ausführungsform
6 kann jedoch, da die elektrisch isolierenden Harzabschnitte 25 nicht auf
den Scheitelabschnitten und Innenumfangsseiten der Windungsabschnitte 30a der
Leitungsstränge 30 angeordnet
sind, welche die äußere Schicht
bilden, und nicht auf den Windungsabschnitten 30a der Leitungsstränge 30,
welche die innere Schicht bilden, die Anzahl an Windungen der Leitungsstränge 30 proportional
vergrößert werden,
was die Ausgangsleistung verbessert.
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Ausführungsform 7
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Bei
der Ausführungsform
7 sind, wie in 20 gezeigt, Nuten 150a in
einem Statorkern 150 in gleichem Abstand vorgesehen, und
sind Luftspaltzentren in Umfangsrichtung von Nutöffnungsabschnitten 150b in
einem nicht gleichmäßigen Abstand
so angeordnet, dass sie zwischen einem elektrisch Winkel von α ° und einem
elektrischen Winkel (60 – α)° abwechseln.
Hierbei ist α ≠ 30. Im Übrigen ist
die Konstruktion ebenso wie bei der voranstehenden Ausführungsform
1.
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Bei
der Ausführungsform
7 sind, da die Luftspaltzentren in Umfangsrichtung der Nutöffnungsabschnitte 150b so
angeordnet sind, dass sie zwischen einem elektrischen Winkel von α ° und einem
elektrischen Winkel von (60 – α)° abwechseln, die
zwei Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 160 so angebracht,
dass sie eine gegenseitige Phasendifferenz von (60 – α)° aufweisen.
Es wurden nunmehr Statoren mit unterschiedlichen Werten von α in einem
Generator angebracht, und die Messergebnisse in Bezug auf Änderungen
von Komponenten verschiedener Ordnung der magnetomotorischen harmonischen
Frequenzen des Stators, welche zu magnetischem Rauschen führen, sind
in 21 dargestellt. Weiterhin wird α dadurch
variiert, dass die Längen
in Umfangsrichtung von Flanschabschnitten 150d eingestellt
werden, die auf Enden von Zahnabschnitten 150c angeordnet
sind.
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Aus 21 sieht
man, dass dann, wenn der Abstand zwischen den Luftspaltzentren in
Umfangsrichtung der benachbarten Nutöffnungsabschnitte 150b innerhalb
eines Bereiches zwischen einem nicht gleichmäßigen Abstand, der sich zwischen
16 ° und 44 ° abwechselt,
und einem nicht gleichmäßigen Abstand
liegt, der sich zwischen 29 ° und
31 ° abwechselt,
die fünften,
siebten, elften, und dreizehnten magnetomotorischen harmonischen
Frequenzen des Stators unterhalb eines Maximalwerts von 13 Prozent
gehalten werden können.
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Weiterhin
sieht man, dass dann, wenn der Abstand zwischen den Luftspaltzentren
in Umfangsrichtung der benachbarten Nutöffnungsabschnitte 150b innerhalb
eines Bereiches zwischen einem nicht gleichmäßigen Abstand, der sich zwischen
22 ° und
38 ° abwechselt,
und einem nicht gleichmäßigen Abstand,
der sich zwischen 24 ° und
36 ° abwechselt, die
fünften,
siebten, elften, und dreizehnten magnetomotorischen harmonischen
Frequenzen des Stators unterhalb eines Maximalwertes von 8 Prozent gehalten
werden können,
so dass die fünften,
siebten, elften, und dreizehnten magnetomotorischen harmonischen
Frequenzen des Stators in ausgeglichener Weise verringert werden
können.
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Weiterhin
wurde bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen ein Epoxyharz
bei den elektrisch isolierenden Harzabschnitten 25 eingesetzt,
jedoch kann auch ein Harz, in welches ein Bestandteil gemischt wurde,
der eine höhere
Wärmeleitfähigkeit als
der Hauptbestandteil des Harzes aufweist, ebenfalls bei den elektrisch
isolierenden Harzabschnitten eingesetzt werden. So kann beispielsweise
ein Harz, das eine Mischung aus Epoxyharz (Hauptbestandteil) mit
einer Wärmeleitfähigkeit
von 0,5 (W/mK) aufweist, und aus Aluminiumoxid, das eine Wärmeleitfähigkeit
von 3,5 (W/mK) aufweist, in einem Verhältnis von Eins zu Vier (1:4)
als die elektrisch isolierenden Harzabschnitte eingesetzt werden.
In diesem Fall kann die Kühlung
der Statorwicklung 16 verbessert werden, da in der Statorwicklung 16 erzeugte
Wärme schnell über die
elektrisch isolierenden Harzabschnitte an die Oberfläche der
elektrisch isolierenden Harzabschnitte übertragen wird, und von der
Oberfläche
der elektrisch isolierenden Harzabschnitte abgestrahlt wird.
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Weiterhin
sind bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen die Gebläse 5 innerhalb
des Gehäuses 3 angeordnet,
jedoch kann auch ein Gebläse außerhalb
des Kraftfahrzeuggenerators angeordnet sind, so dass es sich entsprechend
der Drehung des Rotors dreht.
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Jede
der voranstehenden Ausführungsformen
wurde für
Fälle erläutert, bei
welchen jede der Statorwicklungsphasengruppe 161 vier Windungen aufweist,
jedoch ist die Anzahl an Windungen in der Statorwicklung 161 nicht
auf vier Windungen beschränkt.
Wenn Ausgangsleistung bei noch niedrigeren Drehzahlen benötigt wird,
können
sechs Windungen oder acht Windungen in den Statorwicklungsphasengruppen 161 eingesetzt
werden. Derartige Fällen
können
ebenfalls einfach dadurch angepasst werden, dass Wicklungsgruppen
in den Statorkern eingeführt
werden, so dass sie in Radialrichtung übereinander gestapelt sind.
Selbstverständlich
können
auch ungerade Anzahlen an Windungen eingesetzt werden.
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Jede
der voranstehenden Ausführungsformen
wurde zum Einsatz in einem Generator mit Durchmesserwicklungen erläutert, jedoch
können
die vorliegenden Konstruktionen auch bei einem Generator mit kürzeren als
Durchmesserwicklungen (also keine Durchmesserwicklungen) eingesetzt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann ebenfalls in Kraftfahrzeuggeneratoren
jener Art eingesetzt werden, bei welcher der Rotorwickel an einer
Stütze
befestigt ist, und ein Drehmagnetfeld 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 einhundertzwanzig Nuten für
zwanzig Pole usw. ebenfalls eingesetzt werden. Weiterhin können im
Falle einer Nut pro Pol pro Phase auch achtundvierzig Nuten für sechzehn
Pole vorgesehen sein, sechsunddreißig Nuten für zwölf Pole, sechzig Nuten für zwanzig
Pole, usw.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
war die Länge
in Axialrichtung des Stators einschließlich der Wickelenden kürzer als
die Länge in
Axialrichtung des Rotors, jedoch kann die vorliegende Erfindung
auch in einem Generator eingesetzt werden, der so ausgebildet ist,
dass die Länge
in Axialrichtung des Stators einschließlich der Wickelenden größer ist
als die Länge
in Axialrichtung des Rotors. In diesem Falle können, da die Wickelenden an der
Auslassseite der Gebläse
angeordnet sind, Temperaturanstiege in dem Stator unterdrückt werden.
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Jede
der voranstehenden Ausführungsformen
verwendete einen Rotor des Lundell-Typs, der klauenförmige Magnetpole
aufweist, jedoch lassen sich die gleichen Auswirkungen auch unter
Verwendung eines Rotors des vorstehenden Typs erzielen, der vorstehende
Magnetpole aufweist.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
sind die Gleichrichter am Ende des Rotors weg von der Riemenscheibe
angeordnet, und ist das Gebläse
am selben Ende angeordnet, jedoch kann das Gebläse auch an dem Ende in der
Nähe der
Riemenscheibe angeordnet sein, wenn kein spezielles Problem in Bezug
auf die Temperatur der Gleichrichter auftritt. Da die Höhe der Wickelenden
des Stators gering ist, wird Gebläseluftwiderstand an der Auslassseite
des Gebläseluftkanals
des Gebläses
signifikant verringert, wodurch die Gesamtmenge an Kühlluft erhöht wird.
Daher können
geeignete Relativpositionen für
die Gleichrichter, die Riemenscheibe, und die Gebläse auch
unter Berücksichtigung
der Position ausgewählt
werden, an welcher der Generator an der Brennkraftmaschine angebracht
ist, der Gebläseluftgeräusche, magnetischen
Rauschens, und der Temperaturbedingungen in jedem Abschnitt.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
werden die Isolatoren an der Seite des laminierten Kerns eingesetzt,
vor dem Einführen
der Leitungsstranggruppen in den laminierten Kern, jedoch können die
Isolatoren auch zuerst um die Abschnitte der Leitungsstränge herum
geschlungen werden, die in den Nuten aufgenommen werden sollen,
und zusammen mit den Leitungsstranggruppen in den laminierten Kern
eingeführt
werden. Weiterhin kann ein langer streifen aus Isolatoren oben auf
den quaderförmigen,
laminierten Kern aufgesetzt werden, und können die Leitungsstranggruppen
von oben aus so eingeführt
werden, dass die Isolatoren gleichzeitig in die Nuten zusammen mit
den Leitungsstranggruppen eingeführt
und dort aufgenommen werden. In diesem Fall können in einer späteren Stufe
die vorstehenden Isolatoren zusammen in einem Schritt entfernt werden.
Weiterhin können
jene Abschnitte der Leitungsstränge,
die in den Nuten aufgenommen werden sollen, vorher mit einem Isolierharz
beschichtet werden. In diesem Fall wird die Massenproduktion wesentlich erleichtert.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
wird Kupferdrahtmaterial mit rechteckigem Querschnitt in den Leitungssträngen eingesetzt,
jedoch sind die Leitungsstränge
nicht auf Kupferdrahtmaterial mit einem rechteckigen Querschnitt
beschränkt,
und können
beispielsweise aus Kupferdrahtmaterial bestehen, das einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist. In diesem Fall wird die Formbarkeit der Leitungsstränge verbessert,
was eine einfache Anordnung und Verbindung der Leitungsstränge erleichtert,
und die Bearbeitbarkeit verbessert. Darüber hinaus sind die Leitungsstränge nicht
auf Kupferdrahtmaterial beschränkt,
und können
beispielsweise aus Aluminiumdrahtmaterial bestehen.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
sind vier Leitungsstränge
so angeordnet, dass sie in einer Reihe in Radialrichtung in jeder
Nut ausgerichtet sind, und sind die Windungsabschnitte so angeordnet,
dass sie in zwei Reihen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, jedoch
können
auch sechs Leitungsstränge
so angeordnet sein, dass sie einer Reihe in Radialrichtung in jeder
Nut ausgerichtet sind, und können
die Windungsabschnitte so angeordnet sein, dass sie in drei Reihen
in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, oder können acht Leitungsstränge so ausgerichtet
sein, dass sie in einer Reihe in Radialrichtung in jeder Nut ausgerichtet sind,
und die Windungsabschnitte so angeordnet sind, dass sie in vier
Reihen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Da infolge der Tatsache,
dass je stärker
die Anzahl an Leitungssträngen
ansteigt, die in einer Reihe in Radialrichtung in jeder Nut ausgerichtet sind,
und die Anzahl an Reihen der Windungsabschnitte, die in Umfangsrichtung
ausgerichtet sind, desto stärker
die Anzahl an Verbindungsabschnitten ansteigt, kann die vorliegende
Erfindung bei einer derartigen Konstruktion eingesetzt werden, dass
eine große
Anzahl an Leitungssträngen
so angeordnet ist, dass sie in einer Reihe in Radialrichtung in
jeder Nut ausgerichtet sind, und die Windungsabschnitte so angeordnet
sind, dass sie in einer großen
Anzahl an Reihen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf die voranstehend geschilderten Art
und Weise ausgebildet, und zeigt die nachstehend geschilderten Auswirkungen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Generator zur Verfügung gestellt, welcher
aufweist:
einen Rotor zur Ausbildung nordsuchender (N) und südsuchender
(S) Pole um einen Drehumfang herum;
einen Stator, welcher aufweist:
einen
Statorkern, der dem Rotor zugewandt angeordnet ist; und
eine
in dem Statorkern angebrachte Statorwicklung;
eine Stütze, welche
den Rotor und den Stator haltert;
eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der
Statorwicklung durch Bewegung zusammen mit dem Rotor und zur Erzeugung
eines Flusses von Kühlluft
innerhalb der Stütze,
wobei
der Statorkern ein laminierter Kern ist, der eine Anzahl
an Nuten aufweist, die sich in Axialrichtung in einem vorbestimmten
Abstand in Umfangsrichtung erstrecken,
die Statorwicklung eine
Anzahl an Wicklungsunterabschnitten aufweist, in welchen jeweils
ein durchgehender Leitungsstrang so gewickelt ist, dass abwechselnd
eine innere Schicht und eine äußere Schicht
in Nuttiefenrichtung in den Nuten in Abständen einer vorbestimmten Anzahl
an Nuten angenommen werden, wobei der Leitungsstrang außerhalb der
Nuten an ersten und zweiten Endoberfläche in Axialrichtung des Statorkerns
zurückgeklappt
ist, um Windungsabschnitte auszubilden,
die Windungsabschnitte
in Umfangsrichtung zur Ausbildung von Wickelenden ausgerichtet sind,
ein
elektrisch isolierender Harzabschnitt so angeordnet ist, dass er
vollständig
die Wickelenden abdeckt, und
zumindest eine Oberfläche des
elektrisch isolierenden Harzabschnitts, die unter einer dem Rotor
zugewandten Oberfläche
und einer der Stütze
zugewandten Oberfläche
ausgewählt
ist, als eine glatte Oberfläche
ausgebildet ist.
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Auf
diese Weise wird ein Generator zur Verfügung gestellt, bei welchem
die Leitungsstränge
mit hoher Dichte installiert werden können, die Ausgangsleistung
verbessert wird, die Wärmeabstrahlung
von dem elektrisch isolierenden Harzabschnitt in Umfangsrichtung
gleichmäßig wird,
was die Kühlung der
Statorwicklung verbessert, wobei zusätzlich der Gebläseluftwiderstand
für die
Kühlluft,
die über
die dem Rotor zugewandte Oberfläche
oder die der Stütze
zugewandte Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts fließt, abnimmt, wodurch Gebläseluftgeräusche verringert
werden.
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Die
dem Rotor zugewandte Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts kann als glatte Oberfläche ausgebildet
sein, und Rippen können
auf der der Stütze
zugewandten Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts vorgesehen sein. Da Störgeräusche abnehmen,
die zwischen dem elektrisch isolierenden Harzabschnitt und dem Rotor hervorgerufen
werden, werden daher Gebläseluftgeräusche verringert,
und da die in der Statorwicklung erzeugte Wärme über den elektrisch isolierenden Harzabschnitt
an die Rippen übertragen
wird, und von den Rippen abgestrahlt wird, werden Temperaturerhöhungen in
der Statorwicklung unterdrückt.
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Die
dem Rotor zugewandte Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts kann als glatte Oberfläche ausgebildet
sein, und die der Stütze
zugewandte Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts kann in enger Berührung mit
einer Innenwandoberfläche
der Stütze
angeordnet sein. Da Störgeräusche zwischen
dem elektrisch isolierenden Harzabschnitt und dem Rotor abnehmen,
werden daher Gebläseluftgeräusche verringert,
und da Wärme, die
in der Statorwicklung erzeugt wird, über den elektrisch isolierenden
Harzabschnitt an die sich auf niedriger Temperatur befindende Stütze übertragen
wird, werden Temperaturerhöhungen
in der Statorwicklung unterdrückt.
-
Weiterhin
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Generator zur Verfügung
gestellt, welcher aufweist:
einen Rotor zur Ausbildung nordsuchender
(N) und südsuchender
(S) Pole um einen Drehumfang herum;
einen Stator, welcher aufweist:
einen
Statorkern, der dem Rotor zugewandt angeordnet ist; und
eine
Statorwicklung, die in dem Statorkern angebracht ist;
eine
Stütze,
die den Rotor und den Stator haltert; und
eine Kühlvorrichtung
zum Kühlen
der Statorwicklung durch Bewegung zusammen mit dem Rotor und zur Erzeugung
eines Flusses von Kühlluft
innerhalb der Stütze,
wobei der Statorkern als laminierter Kern ausgebildet ist, der mit
einer Anzahl an Nuten versehen ist, die sich in Axialrichtung in
einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung erstrecken,
die
Statorwicklung eine Anzahl an Wicklungsunterabschnitten aufweist,
bei denen jeweils ein durchgehender Leitungsstrang so gewickelt
ist, dass abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht
in Nuttiefenrichtung innerhalb der Nuten in Abständen einer vorbestimmten Anzahl
an Nuten eingenommen werden, wobei der Leitungsstrang außerhalb
der Nuten an ersten und zweiten Endoberflächen in Axialrichtung des Statorkerns
zurückgeklappt ist,
um Windungsabschnitte auszubilden,
die Windungsabschnitte in
Umfangsrichtung ausgerichtet sind, um Wickelenden zu bilden,
ein
elektrisch isolierender Harzabschnitt so angeordnet ist, dass er
einen Innenumfangsabschnitt der Wickelenden abdeckt, und einen Abschnitt
an der Spitze und einen radial äußeren Umfangsabschnitt
des Wickelendes frei lässt,
und eine dem Rotor zugewandte Oberfläche des elektrisch isolierenden
Harzabschnitts als eine glatte Oberfläche ausgebildet ist. Daher
wird ein Generator zur Verfügung
gestellt, bei welchem die Leitungsstränge mit hoher Dichte angebracht
werden können,
die Ausgangsleistung verbessert wird, und die Abstrahlung von Wärme von
dem elektrisch isolierenden Harzabschnitt gleichmäßig in Umfangsrichtung
wird, und Wärme
von der Statorwicklung von den freiliegenden Abschnitte der Wickelenden
abgestrahlt wird, was die Kühlung
der Statorwicklung verbessert, und darüber hinaus der Gebläseluftwiderstand
für die
Kühlluft,
die über
die dem Rotor zugewandte Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts fließt, abnimmt, und Störgeräusche abnehmen,
die zwischen dem elektrisch isolierenden Harzabschnitt und dem Rotor
auftreten, wodurch Gebläseluftgeräusche verringert
werden.
-
Da
zumindest einige Oberflächen
der in Umfangsrichtung ausgerichteten Windungsabschnitte, die dem
Rotor zugewandt sind, in derselben Ebene angeordnet werden können wie
die dem Rotor zugewandte Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts so, dass sie freiliegt,
werden die freiliegenden Windungsabschnitte der Kühlluft ausgesetzt, was
eine Verbesserung der Kühlung
der Statorwicklung ermöglicht.
-
Weiterhin
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Generator zur Verfügung
gestellt, welcher aufweist:
einen Rotor zur Ausbildung nordsuchender
(N) und südsuchender
(S) Pole um einen Drehumfang herum;
einen Stator, welcher aufweist:
einen
Statorkern, der dem Rotor zugewandt angeordnet ist; und
eine
Statorwicklung, die in dem Statorkern angebracht ist;
eine
Stütze,
die den Rotor und den Stator haltert; und
eine Kühlvorrichtung
zum Kühlen
der Statorwicklung durch Bewegung zusammen mit dem Rotor und zur Erzeugung
eines Flusses von Kühlluft
innerhalb der Stütze,
wobei
der Statorkern als laminierter Kern ausgebildet ist, der
mit einer Anzahl an Nuten versehen ist, die sich in Axialrichtung
in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung erstrecken, die
Statorwicklung eine Anzahl an Wicklungsunterabschnitten aufweist,
bei denen jeweils ein durchgehender Leitungsstrang so gewickelt
ist, dass abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schicht
in Nuttiefenrichtung innerhalb der Nuten in Abständen einer vorbestimmten Anzahl
an Nuten eingenommen werden, wobei der Leitungsstrang außerhalb
der Nuten an ersten und zweiten Endoberflächen in Axialrichtung des Statorkerns
zurückgeklappt
ist, um Windungsabschnitte auszubilden,
die Windungsabschnitte
in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, um Wickelenden zu bilden,
ein
elektrisch isolierender Harzabschnitt so angeordnet ist, dass er
einen Innenumfangsabschnitt der Wickelenden abdeckt, und einen Abschnitt
an der Spitze und einen radial äußeren Umfangsabschnitt
des Wickelendes frei lässt,
und
eine der Stütze
zugewandte Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts als eine glatte Oberfläche ausgebildet
ist. Auf diese Weise wird ein Generator zur Verfügung gestellt, bei welchem
die Leitungsstränge
mit hoher Dichte angebracht werden können, die Ausgangsleistung
verbessert ist, die Abstrahlung von Wärme von dem elektrisch isolierenden
Harzabschnitt gleichmäßig in Umfangsrichtung wird,
und Wärme
von der Statorwicklung von dem freiliegenden Abschnitt der Wickelenden
abgestrahlt wird, was die Kühlung
der Statorwicklung verbessert, und darüber hinaus der Gebläseluftwiderstand
für die Kühlluft abnimmt,
die über
die der Stütze
zugewandte Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts fließt, wodurch Gebläseluftgeräusche verringert
werden.
-
2n
Stränge
der Leitungsstränge
können
in einer Reihe in Richtung der Tiefe in jeder der Nuten angeordnet
sind, und die Windungsabschnitte der Leitungsstränge können so angeordnet sein, dass
sie in n Reihen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Da die Höhe der Wickelenden
verringert wird, wird daher die Streureaktanz an den Wickelenden
verringert, und da die Höhe
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts verkleinert ist, wird
der Gebläseluftwiderstand
verringert.
-
Da
die Windungsabschnitte, welche die Wickelenden an zumindest einem
der Endabschnitte in Axialrichtung des Statorkerns bilden, mit im
Wesentlichen identischer Form in Umfangsrichtung ausgebildet sein
können,
kann der elektrisch isolierende Harzabschnitt gleichmäßig angeordnet
sein, was es ermöglicht,
dass die dem Rotor zugewandte Oberfläche und die der Stütze zugewandte
Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts einfach als glatte Oberfläche ausgebildet
werden können.
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Da
Räume zwischen
benachbarten Windungsabschnitten in den Wickelenden an zumindest einem
der Endabschnitte in Axialrichtung des Statorkerns so ausgebildet
werden können,
dass sie im Wesentlichen identisch in Umfangsrichtung sind, kann
der elektrisch isolierende Harzabschnitt gleichmäßig angeordnet werden, was
es ermöglicht,
dass die dem Rotor zugewandte Oberfläche und die Stütze zugewandte
Oberfläche
des elektrisch isolierenden Harzabschnitts einfach als glatte Oberfläche ausgebildet
werden können.
Darüber
hinaus ist der Druck gleichmäßig, der
während
des Ausformens des Harzes einwirkt, was verhindert, dass sich die Windungsabschnitte
infolge einer Druckeinwirkung bewegen, und sich gegenseitig stören.
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Da
die Abmessungen der Öffnungen
der Öffnungsabschnitte
der Nuten kleiner sein können
als die Abmessungen der Leitungsstränge in Richtung der Nuttiefe,
wird verhindert, dass sich die Leitungsstränge aus den Nuten lösen, und
kann elektrisch isolierendes Harz, das in die Nuten fließt, weniger leicht
durch die Öffnungsabschnitte
herausfließen.
-
Da
die Querschnittsform der Leitungsstränge in den Nuten eine Rechteckform
entsprechend der Form der Nuten sein kann, wird der Raumfaktor der Leitungsstränge in den
Nuten vergrößert, was
die Ausgangsleistung und den Wirkungsgrad verbessert. Weiterhin
wird die Berührungsoberfläche zwischen den
Leitungssträngen
und dem Statorkern vergrößert, was
das Wärmeleitvermögen erhöht, und
die Temperatur der Statorwicklung weiter verringert. Darüber hinaus
kann elektrisch isolierendes Harz weniger leicht in die Nuten hinein
fließen,
was die erforderliche Menge an Harz verringert.
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Da
die Querschnittsform der Leitungsstränge eine im Wesentlichen abgeflachte
Form sein kann, wird der Raumfaktor der Leitungsstränge innerhalb der
Nuten vergrößert, und
die Wärmeabfuhr
von der Statorwicklung verbessert, was die Ausgangsleistung und
den Wirkungsgrad verbessert. Darüber
hinaus lässt
sich leicht eine glatte Harzoberfläche ausbilden.
-
Da
zumindest eines der Wickelenden der Statorwicklung nahe an der Kühlvorrichtung
an der stromabwärtigen
Seite in Richtung des Flusses der Kühlluft angeordnet werden kann,
der sich innerhalb der Stütze
durch die Kühlvorrichtung
ausbildet, trägt die
Kühlluft
wirksam zum Kühlen
der Wickelenden oder des elektrisch isolierenden Harzabschnitts
bei, was eine Verbesserung der Kühlung
der Statorwicklung ermöglicht.