DE60200720T2

DE60200720T2 - Wechselstromgenerator für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE60200720T2
Application number: DE60200720T
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Chiyoda-ku Asao; Atsushi Chiyoda-ku Oohashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2022-01-09
Also published as: KR20020061159A; EP1223657A1; JP3593038B2; US6690099B2; KR100455887B1; JP2002218687A; US20020093254A1; DE60200720D1; EP1223657B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtmaschine und insbesondere eine Lichtmaschine, bei der die Kühlung des Ständers dadurch verbessert ist, dass Kühlluftströmungen durch Kühlluftströmungs-Lüftungskanäle, die durch die Wicklungsendengruppen einer Ständerwicklung und Zahnabschnitte eines Ständerkerns gebildet sind, strömen.
2. Stand der Technik
22 ist ein Querschnitt, der eine herkömmliche Lichtmaschine zeigt, 23 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ständer zeigt, der in der herkömmlichen Lichtmaschine verwendet wird, 24 ist ein schematisches Diagramm, das ein Herstellungsverfahren eines herkömmlichen Ständerkerns erläutert und 25 ist eine Draufsicht, die den herkömmlichen Ständerkern zeigt.
In den 22 und 23 umfasst die herkömmliche Lichtmaschine: ein Gehäuse 3, das durch eine vordere Aluminiumhälfte 1 und eine hintere Aluminiumhälfte 2 gebildet ist; eine Welle 6, die innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet ist, eine Scheibe 4, die an einem ersten Ende der Welle 6 befestigt ist; einen Lundell-Läufer 7, der an der Welle 6 befestigt ist; Kühllüfter 5, die an ersten und zweiten axialen Endabschnitten des Läufers 7 befestigt sind; einen Ständer 8, der an dem Gehäuse 3 derart befestigt ist, dass er den Läufer 7 umschließt. Schleifringe 9, die an einem zweiten Ende der Welle 6 zum Zuführen vom elektrischem Strom zu dem Läufer 7 befestigt sind; ein Bürstenpaar 10, das auf den Oberflächen der Schleifringe 9 gleitet; einen Bürstenhalter 11, der die Bürsten 10 aufnimmt; einen Gleichrichter 12 mit einer Gleichrichter-Wärmesenke 12a, wobei der Gleichrichter 12 zum Umwandeln der in dem Ständer 8 erzeugten Wechselspannung in Gleichspannung elektrisch mit dem Ständer 8 verbunden ist; und einen Regler 18, der an einer Reglerwärmesenke 17, die an dem Bürstenhalter 11 angeordnet ist, angebracht ist, wobei der Regler 18 die Höhe der Wechselspannung, die in dem Ständer 8 erzeugt wird, einstellt.
Der Läufer 7 wird gebildet durch: eine Feldwicklung 13 zum Erzeugen eines magnetischen Flusses auf den Durchgang vom elektrischem Strom; und ein Paar erste und zweite Polkerne 20 und 21, die derart angeordnet sind, dass sie die Feldwicklung 13 bedecken, wobei Magnetpole in den ersten und zweiten Polkernen 20 und 21 durch den in der Feldwicklung 13 erzeugten magnetischen Fluss gebildet werden. Das Paar erster und zweiter Polkerne 20 und 21 ist aus Eisen gebildet und weist jeweils erste und zweite klauenförmige Magnetpole 22 und 23 auf, die eine im allgemeinen trapezförmige Außendurchmesserflächenform aufweisen und auf einem äußeren Umfangskantenabschnitt in einer gleichmäßigen winkligen Teilung in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass sie axial vorragen und die ersten und zweiten Polkerne 20 und 21 sind an der Welle einander zugewandt befestigt, so dass die ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpole 22 und 23 ineinandergreifen.
Der Ständer 8 ist gebildet durch: einen zylindrischen Ständerkern 15, in dem sich parallel zu einer Axialrichtung erstreckende Schlitze 33 in einer gleichmäßigen winkligen Teilung in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; und einer Ständerwicklung 16, die in den Schlitzen 33 des Ständerkerns 15 angebracht ist. Die Ständerwicklung 16 wird durch drei Wellenwicklungsphasenabschnitte gebildet, die jeweils durch Anbringen eines Leiterdrahts 29, der als ein elektrischer Leiter agiert, der aus einem Kupferdrahtmaterial mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet und mit einer elektrischen Isolation beschichtet ist, in jedem dritten Schlitz 33 zu einer Wellenform gebildet sind. Die Wellenwicklungsphasenabschnitte sind jeweils in dem Ständerkern 15 derart installiert, dass die Schlitze 33, in denen jeder Wellenwicklungsphasenabschnitt installiert ist, um einen Schlitz von denen jedes der anderen Wellenwicklungsphasenabschnitte versetzt sind. Zusätzlich sind die Wellenwicklungsphasenabschnitte jeweils durch Wickeln des Leiterdrahtes 29 zu einer verteilten Wicklung ausgebildet. Der Ständer 8 wird zwischen der vorderen Hälfte 1 und der hinteren Hälfte 2 gehalten, um so einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen den äußeren Umfangsflächen der ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpole 22 und 23 und einer inneren Umfangsfläche des Ständerkerns 15 beizubehalten.
Darüber hinaus beträgt die Anzahl der Magnetpole des Läufers 7 zwölf, und es sind sechsunddreißig Schlitze 33 in dem Ständerkern 15 ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Schlitze in einem Verhältnis von einem pro Phase pro Pol ausgebildet. Die Ständerwicklung 16 ist in einer dreiphasigen Wechselspannungswicklung durch Bilden der drei Wellenwicklungsphasenabschnitte in einer Wechselspannungsverbindung (einer Y-Verbindung zum Beispiel) ausgebildet.
Ein Herstellungsverfahren des Ständerkerns 15 wird nun unter Bezugnahme auf 24 erläutert.
Zunächst wird eine lange magnetische Stahlplatte 30 in ein Stanzwerkzeug (nicht dargestellt) geführt und zu Zahnabschnitten 30a und einem Basisabschnitt 30b geformt. Dann wird die magnetische Stahlplatte 30 einer Kernherstellungsvorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt. Hier wird die magnetische Stahlplatte 30 gebogen und durch Eingreifen von Zapfen 34 in Spalte 30c, die durch die Zahnabschnitte 30a und den Basisabschnitt 30b definiert sind, zu einer schraubenförmigen Form aufgewickelt, wie es in 24 dargestellt ist. Die magnetische Stahlplatte 30 wird auf eine vorbestimmte Stärke laminiert und dann geschnitten. Äußere Umfangsabschnitte der magnetischen Stahlplatte, die auf diese Art und Weise aufgewickelt wurde, werden verschweißt, um den in 25 dargestellten Ständerkern 15 zu erzielen. Hier sind die Zahnabschnitte 30a und der Basisabschnitt 30b in der gewickelten magnetischen Stahlplatte 30 jeweils in der Laminationsrichtung gestapelt.
Wie es in 25 dargestellt ist, umfasst der auf diese Art und Weise hergestellte Ständerkern 15: einen zylindrischen Basisabschnitt 32; Zapfenabschnitte 31, die sich jeweils von einer inneren Umfangsfläche des Basisabschnitts 32 in Richtung einer axialen Mitte erstrecken; und die Schlitze 33, die durch den Basisabschnitt 32 und benachbarte Paare von Zahnabschnitten 31 definiert sind. Die Zahnabschnitte 31 sind in einer gleichmäßigen winkligen Teilung auf der inneren Umfangsfläche des Basisabschnitts 32 angeordnet.
Bei der herkömmlichen Lichtmaschine, die auf diese Art und Weise aufgebaut ist, wird der Feldwicklung 13 eine elektrische Spannung von einer Batterie (nicht dargestellt) durch die Bürsten 10 und die Schleifringen 9 zugeführt, wodurch ein magnetischer Fluss erzeugt wird. Die ersten klauenförmigen Magnetpole 22 auf dem ersten Polkern 20 werden durch diesen magnetischen Fluss als nordsuchende (N) Pole magnetisiert und die zweiten klauenförmigen Magnetpole 23 auf dem zweiten Polkern 21 werden als südsuchenden (S) Polen magnetisiert.
Zur gleichen Zeit wird die Scheibe 4 durch einen Motor angetrieben und der Läufer 7 wird durch die Welle 6 gedreht. Ein Rotationsmagnetfeld wird aufgrund der Drehung des Läufers 7 auf den Ständerkern 15 aufgebracht, wodurch eine elektromotorische Kraft in der Ständerwicklung 16 erzeugt wird. Dann wird die wechselnde elektromotorische Kraft, die in der Ständerwicklung 16 erzeugt wird, durch den Gleichrichter 12 in Gleichspannung umgewandelt und die Höhe der Ausgabespannung davon wird durch den Regler 18 eingestellt, wodurch die Batterie aufgeladen wird.
Die Feldwicklung 13, die Ständerwicklung 16, der Gleichrichter 12 und der Regler 18 erzeugen während der Stromerzeugung konstant Wärme und bei einer Lichtmaschine mit einem geregelten Ausgabestrom in der 100A Klasse beträgt die Wärmemenge, die durch Rotationsfrequenzen, bei denen die Temperatur hoch ist, erzeugt wird, 60 W, 500 W, 120 W bzw. 6 W.
Um die durch die Stromerzeugung erzeugte Wärme zu kühlen, sind Vorderenden- und Hinterenden-Lufteinlassöffnungen 1a und 2a durch die axialen Endflächen der vorderen Hälfte 1 und der hinteren Hälfte 2 angeordnet und Vorderenden- und Hinterenden-Luftausgabeöffnungen 1b und 2b sind durch radiale Seitenflächen der vorderen Hälfte 1 und der hinteren Hälfte 2 derart angeordnet, dass sie Wicklungsendengruppen 16f und 16r der Ständerwicklung 16 zugewandt sind.
Die Kühllüfter 5 werden zusammen mit der Drehung des Läufers 7 gedreht und angetrieben und Kühlluft-Strömungskanäle ausgebildet, in denen Außenluft in das Gehäuse 3 durch die Vorderenden- und Hinterenden-Lufteinlassöffnungen 1a und 2a eingesaugt wird, axial in Richtung des Läufers 7 strömt, dann durch die Kühllüfter 5 zentrifugal abgelenkt wird, danach die Wicklungsendengruppen 16f und 16r überquert und dann durch die Vorderenden- und Hinterenden-Ausgabeöffnungen 1b und 2b nach außen ausgegeben wird. Ferner ist als ein Ergebnis eines Druckunterschiedes zwischen einem Vorderende und einem Hinterende des Läufers 7 ein Kühlluft-Strömungskanal ausgebildet, indem Kühlluft durch das Innere des Läufers 7 von dem Vorderende zu dem Hinterende strömt.
Als eine Folge davon wird in der Ständerwicklung 16 erzeugte Wärme von den Wicklungsendengruppen 16f und 16r an die Kühlluftströmungen abgegeben, wodurch Temperaturerhöhungen in dem Ständer 8 unterdrückt werden. Ferner wird mittels der Gleichrichterwärmesenke 12a und der Reglerwärmesenke 17 in dem Gleichrichter 12 und dem Regler 18 erzeugte Wärme an eine Kühlluftströmung abgeführt und dadurch Temperaturerhöhungen in dem Gleichrichter 12 und dem Regler 18 unterdrückt. Zusätzlich wird in der Feldwicklung 13 erzeugte Wärme an die Kühlluftströmung, die durch das Innere des Läufers 7 strömt, abgegeben, wodurch Temperaturerhöhungen in dem Läufer 7 unterdrückt werden.
Bei der herkömmlichen Lichtmaschine, die auf diese Art und Weise aufgebaut ist, ist es wichtig, Temperaturerhöhungen in der Ständerwicklung 16 zu unterdrücken, welches der größte Wärme erzeugende Teil ist. Da die Kühlluftströmung, die durch die Kühllüfter 5 und der Läufer 7 gebildet wird, von einer inneren Umfangsseite in einer radialen Richtung durch die Wicklungsendengruppen 16f und 16r der Ständerwicklung 16 strömt, wird in der Ständerwicklung 16 erzeugte Wärme von den Wicklungsendengruppen 16f und 16r an die Kühlluftströmung abgegeben, wodurch Temperaturerhöhungen in dem Ständer 8 unterdrückt werden.
In einer tatsächlichen Lichtmaschine liegt die Umgebungstemperatur bei den schlechtesten Betriebsbedingungen bei 90°C. Ferner weist ein Lack, der in die Schlitze 33 des Ständerkerns 15 imprägniert ist und der den Ständerkern 15 und die Ständerwicklung 16 verbindet, eine Erweichungstemperatur von 230°C auf. Wird somit eine verminderte Ausgabe, verursacht durch einen verminderten Feldstrom aufgrund einer erhöhten Umgebungstemperatur, berücksichtigt kann die Temperatur des Ständers 8 daran gehindert werden, die Erweichungstemperatur des Lacks selbst unter den schlechtesten Betriebsbedingungen zu überschreiten, wenn die Temperaturerhöhungen in dem Ständerkern 8 bei einer Umgebungstemperatur von 90°C auf 140°C oder weniger unterdrückt werden. Eine Temperaturerhöhung von 140°C bei einer Umgebungstemperatur von 90°C entspricht einer Temperaturerhöhung von 170°C bei einer Umgebungstemperatur von 20°C.
Erreicht der Lack seine Erweichungstemperatur, wird die Wärmeentartung gefördert und eine Verbindung zwischen dem Ständerkern 15 und der Ständerwicklung 16 wird gelockert. Das Lockern der Verbindung zwischen dem Ständerkern 15 und der Ständerwicklung 16 führt zu einem Reiben zwischen den Leiterdrähten 29 der Ständerwicklung 16 und dem Ständerkern 15, wodurch die elektrische Isolationsbeschichtung der Leiterdrähte 29 beschädigt wird und eine Verschlechterung der elektrischen Isolation verursacht wird.
Die vorliegende Anmelderin konzentriert sich auf Ventilationskanäle, die durch Spalte zwischen den Wicklungsendengruppen 16f und 16r der Ständerwicklung 16 und Endflächen des Ständerkerns 15 treten und sie hat herausgefunden, dass ein Verhältnis (bt/ht) zwischen einer Breite bt und einer radialen Länge ht der Zahnabschnitte 31, die diese Ventilationskanäle, wie sie in 26 dargestellt sind, definieren, die Kühlung der Ständerwicklung 16 beeinflusst.
Bisher wurde jedoch dem Verhältnis (Bt/ht) zwischen der Breite bt und der radialen Länge ht der Zahnabschnitte 31 keine Berücksichtigung geschenkt. Der Ständerkern 15, der in der herkömmlichen Lichtmaschine verwendet ist, weist z. B. ein Verhältnis bt/ht ungefähr gleich 0,42 (bt = 4,8 mm; ht = 11,4 mm) auf. Wenn eine Sättigungstemperatur der Ständers 8 gemessen wurde, wenn die Lichtmaschine bei voller Last unter stabilen Ausgabebedingungen Strom erzeugte, wurde der Wert der Erhöhung der Sättigungstemperatur von einer experimentellen Umgebungstemperatur (20°C) als 170°C errechnet. Folglich bestand ein Problem der herkömmlichen Lichtmaschine darin, dass unter den schlechtesten Betriebsbedingungen die Temperatur des Ständers 8 die Erweichungstemperatur des Lacks überschreitet, wodurch die Wärmeenthartung gefördert wird und eine Verschlechterung der elektrischen Isolation verursacht wird.
Lichtmaschinen des Stand der Technik sind in EP-A-917278, US-A-5561334 und EP-A-881752 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die obigen Probleme zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtmaschine bereitzustellen, die es ermöglicht, die Wärmeentartungstoleranz zu verbessern und die Verschlechterung der elektrischen Isolation zu unterdrücken und zwar durch angemessenes Festlegen eines Verhältnisses (bt/ht) zwischen der Breite bt und der radialen Länge ht der Zahnabschnitte, so dass die Wärmeabfuhr von der Ständerwicklung verbessert ist, wodurch die Temperatur des Ständers selbst unter den schlechtesten Betriebsbedingungen unterhalb einer Erweichungstemperatur eines Lacks gehalten wird.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lichtmaschine vorgeschlagen, umfassend:
eine Welle, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist;
einen Läufer, der an der Welle befestigt ist, wobei der Läufer versehen ist mit:
einer Feldwicklung zum Erzeugen eines magnetischen Flusses auf den Durchgang eines elektrischen Stroms; und
mehreren klauenförmigen Magnetpolen, die auf einer äußeren Umfangsseite der Feldwicklung über den Umfang angeordnet sind, wobei die klauenförmigen Magnetpole durch den magnetischen Fluss, der durch die Feldwicklung erzeugt wird, magnetisiert werden; und
einen Ständer, der versehen ist mit einem zylindrischen Ständerkern, der in dem Gehäuse gehaltert ist, um so den Läufer zu umschließen, wobei mehrere sich axial erstreckende Schlitze in dem Ständerkern ausgebildet sind, so dass sie sich über den Umfang aneinander reihen; und
einer Ständerwicklung, die in den Ständerkern eingeführt ist,
wobei der Ständerkern durch Laminieren magnetischer Stahlplatte aufgebaut ist und versehen ist mit:
einem zylindrischen Basisabschnitt, mehreren Zahnabschnitten, die derart angeordnet sind, dass sie sich von dem Basisabschnitt in Richtung einer axialen Mitte erstrecken; und
wobei die mehreren Schlitze jeweils durch den Basisabschnitt und ein benachbartes Paar Zahnabschnitte gebildet sind; und
Lüftungskanäle durch eine Wicklungsendengruppe der Ständerwicklung und die Zahnabschnitte des Ständerkerns gebildet sind und eine Kühlluftströmung, die durch die Rotation des Läufers erzeugt wird, von einer inneren Umfangsseite in einer radialen Richtung durch jeden der Lüftungskanäle strömt;
jeder der Zahnabschnitte derart ausgebildet ist, dass eine radiale Länge ht und eine Breite bt davon einen Ausdruck 0,15 < bt/ht < 0,4 erfüllt.
Ein Kühlventilator bzw. Kühllüfter kann an einer axialen Endfläche des Läufers befestigt sein.
Luftausgabeöffnungen können in einer radialen Seitenfläche des Gehäuses ausgebildet sein, so dass sie den Lüftungskanälen entsprechen.
Eine gesamte axiale Länge einer Schaufel des Kühllüfters kann die Wicklungsendengruppe in einer Radialrichtung im wesentlichen überlappen.
Die Ständerwicklung kann als eine umlaufende Wicklung in dem Ständerkern eingefügt sein.
Die Ständerwicklung kann durch mehrere Wicklungsnebenabschnitte gebildet sein, die jeweils durch Einfügen eines elektrischen Leiters, so dass er in einem vorbestimmten Schlitzintervall in den Schlitzen abwechselnd eine innere Lage und eine äußere Lage in einer Schlitztiefenrichtung belegt, aufgebaut sein.
Die Schlitze können in einem Verhältnis von zwei oder mehr pro Phase pro Pol ausgebildet sein.
Die Ventilationskanäle können in einer ungleichmäßigen Teilung angeordnet sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Querschnitt, der eine Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine vergrößerte Teildraufsicht, die einen Ständerkern der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine perspektivische schematische Ansicht, die einen Wicklungsphasenabschnitt zeigt, der eine Ständerwicklung der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet;
5 ist eine teilweise Seitendraufsicht, die den Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Graph, der ein Beziehung zwischen einem Verhältnis bt/ht in dem Ständerkern und der Temperaturerhöhung in dem Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ständer einer Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine teilweise Seitendraufsicht, die den Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Querschnitt, der eine Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ständer einer Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist eine teilweise Seitendraufsicht, die den Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die schematisch einen Wicklungsphasenabschnitt zeigt, der eine Ständerwicklung der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung bildet;
13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ständer einer Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine teilweise Seitendraufsicht, die den Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die einen Wicklungsaufbau einer Ständerwicklung der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert;
16 ist eine andere teilweise perspektivische Ansicht, die den Wicklungsaufbau der Ständerwicklung der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert;
17 ist ein Diagramm, das ein Herstellungsverfahren des Ständers der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert;
18 ist ein anderes Diagramm, das das Herstellungsverfahren des Ständers der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert;
19 ist eine Draufsicht, die eine Wicklungsbaugruppe zeigt, die in der Ständerwicklung des Ständers der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
20A ist noch ein anderes Diagramm, das ein Herstellungsverfahren des Ständers der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert;
20B ist noch ein weiteres Diagramm, das das Herstellungsverfahren des Ständers der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert;
20C ist noch ein weiteres Diagramm, das das Herstellungsverfahren des Ständers der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert;
21 ist eine vergrößerte Teildraufsicht, die einen Ständerkern eines Ständers einer Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 ist ein Querschnitt, der eine herkömmliche Lichtmaschine zeigt;
23 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ständer zeigt, der in der herkömmlichen Lichtmaschine verwendet wird;
24 ist ein schematisches Diagramm, das ein Herstellungsverfahren eines herkömmlichen Ständerkerns erläutert;
25 ist eine Draufsicht, die den herkömmlichen Ständerkern zeigt; und
26 ist eine vergrößerte Teildraufsicht, die den herkömmlichen Ständerkern zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Ausführungsform 1
1 ist ein Querschnitt, der eine Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 ist eine Perspektive, die einen Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, 3 ist eine vergrößerte Teildraufsicht, die einen Ständerkern der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, 4 ist eine Perspektive, die einen Wicklungsphasenabschnitt, der eine Ständerwicklung der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet, schematisch zeigt und 5 ist eine teilweise Seitendraufsicht, die den Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Darüber hinaus sind in den Figuren Abschnitte, die gleich oder entsprechend denen der herkömmlichen Lichtmaschine, die in den 22–26 dargestellt ist, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und eine Erläuterung davon wird weggelassen.
In den 1 bis 5 ist ein Ständer 40 gebildet durch: einen zylindrischen Ständerkern 41; und eine Ständerwicklung 16, die in den Ständerkern 41 eingeführt ist. Der Ständer 40 ist zwischen einer vorderen Hälfte 1 und einer hinteren Hälfte 2 eingepasst und wird dazwischen gehalten, um so einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen äußeren Umfangsflächen der ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpole 22 und 23 und einer inneren Umfangsfläche des Ständerkerns 41 zu bilden. Als nächstes wird ein Aufbau des Ständers 40 genau erläutert.
Der Ständerkern 41 wird auf eine ähnliche Art und Weise wie der herkömmliche Ständerkern 15 durch Laminieren einer magnetischen Stahlplatte 30 vorbereitet und umfasst: einen zylindrischen Basisabschnitt 43; Zahnabschnitte 42, die sich von einer inneren Umfangsfläche des Basisabschnitts 43 in Richtung einer axialen Mitte erstrecken; und Schlitze 44, die durch den Basisabschnitt 43 und benachbarte Paare an Zahnabschnitten 42 definiert sind. Die Zahnabschnitte 42 sind in einer gleichmäßigen Winkelteilung auf der inneren Umfangsfläche des Basisabschnitts 43 angeordnet. Die Zahnabschnitte 42 sind jeweils in einem Verhältnis von bt/ht gleich 0,35 (bt = 4,0 mm, ht = 11,4 mm) ausgebildet, wobei bt ein Breitenmaß jedes Zahnabschnitts und ht ein radiales Längenmaß jedes Zahnabschnitts ist. Darüber hinaus sind sechsunddreißig Schlitze 44 für zwölf Magnetpole in dem Läufer 7 ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Schlitze in einem Verhältnis von einem pro Phase pro Pol ausgebildet.
Die Ständerwicklung 16 ist durch eine dreiphasige Wechselspannungswicklung gebildet, in der drei Wicklungsphasenabschnitte 45 zu einer Wechselspannungsverbindung (z. B. einer Y-Verbindung) ausgebildet sind, wobei die Wicklungsphasenabschnitte 45 jeweils durch Wickeln eines Leiterdrahts 29 in einer Wellenform in jeden dritten Schlitz 44 gebildet sind, wobei der Leiterdraht 29 als ein elektrischer Leiter agiert, der aus einem Kupferdrahtmaterial mit einem kreisförmigen Querschnitt aufgebaut und mit einer elektrischen Isolation beschichtet ist.
Die Wicklungsphasenabschnitte 45 sind jeweils in einer Wellenwicklung aufgebaut, in der der Leiterdraht 29 für eine vorbestimmte Anzahl an Windungen gewickelt ist, wobei die Wicklungsphasenabschnitte 45 jeweils, wie es in 4 dargestellt ist, in einen umlaufenden Wicklungsphasenabschnitt mit einem wellenförmigen Muster ausgebildet sind, das besteht aus: zwölf in Schlitzen aufgenommenen Abschnitten 45a, die in einer Teilung von drei Schlitzen (3P) in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; und Verbindungsabschnitten 45b, die eine erste Hälfte von Endabschnitten benachbarter Paare der in den Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 45a abwechselnd an ersten und zweiten axialen Enden miteinander verbindet und eine zweite Hälfte der Endabschnitte abwechselnd an den ersten und zweiten axialen Enden miteinander verbindet. Die Wicklungsphasenabschnitte 45 sind in dem Ständerkern 41 derart installiert, dass die in den Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 45a in jedem dritten Schlitz 44 aufgenommen sind. Die Verbindungsabschnitte 45b, die die Endabschnitte benachbarter Paare der in den Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 45a miteinander verbinden, erstrecken sich in Umfangsrichtung axial außerhalb des Ständerkerns 41 und bilden die Wicklungsenden. Hier erstreckt sich eine erste Hälfte der Verbindungsabschnitte 45b, die sich aus einem gegebenen Schlitz 44 heraus erstrecken, zu einer ersten Umfangsseite und treten in einen folgenden Schlitz 44 drei Schlitze entfernt von der ersten Umfangsseite ein und eine zweite Hälfte davon erstreckt sich zu einer zweiten Umfangsseite und tritt in einen folgenden Schlitz 44 drei Schlitze entfernt von der zweiten Umfangsseite ein.
Die drei Wicklungsphasenabschnitte 45 sind derart in dem Ständerkern 41 installiert, dass die Gruppe an Schlitzen 44, in der jeder Wicklungsphasenabschnitt 45 installiert ist, um eine Teilung von einem Schlitz (1P) in einer Umfangsrichtung voneinander versetzt ist und die drei Wicklungsphasenabschnitte 45 in drei Lagen radial gestapelt sind. Die Wicklungsenden (Verbindungsabschnitte 45b) der drei Wicklungsphasenabschnitte 45 bilden Vorderenden- und Hinterenden-Wicklungsendengruppen 16f und 16r der Ständerwicklung 16. Obwohl es nicht dargestellt ist, ist ein Lack in die Schlitze 44 imprägniert, die die Ständerwicklung 16 aufnehmen, wodurch die Ständerwicklung 16 an dem Ständerkern 41 fixiert wird.
Wie es in 5 dargestellt ist, sind in dem auf diese Art und Weise aufgebauten Ständer 40 Ventilationskanäle 100, die durch die Wicklungsendengruppen 16f und 16r und die Zahnabschnitte 42 des Ständerkerns 41 gebildet sind, über den Umfang angeordnet. Vorderenden- und Hinterenden-Luftausgabeöffnungen 1b und 2b sind durch radiale Seitenflächen der vorderen Hälfte 1 und der hinteren Hälfte 2 ausgebildet, so dass sie den Ventilationskanälen 100 entsprechen.
Der Rest des Aufbaus ist ähnlich dem der in den 22 bis 26 dargestellten Lichtmaschine.
Weil gemäß der Ausführungsform 1 das Verhältnis (bt/ht) zwischen der Breite bt und der radialen Länge ht jedes Zahnabschnitts 42 des Ständerkerns 41 0,35 beträgt, sind die dadurch gebildeten Lüftungskanäle 100 verglichen mit denen des herkömmlichen Ständers 8, der ein Verhältnis von bt/ht gleich 0,42 aufweist, eng. Weil Luftströmungen, die durch die Kühllüfter 5 erzeugt werden, durch die engen Ventilationskanäle 100 strömen, wird die Geschwindigkeit der Kühlluftströme erhöht und die in der Ständerwicklung 16 erzeugte Wärme wirkungsvoll an die Kühlluftströmung abgegeben, wodurch Temperaturerhöhungen in dem Ständer 40 unterdrückt werden.
Da Temperaturerhöhungen in dem Ständer 40 unterdrückt werden, kann die Ausgabe verbessert werden. Zusätzlich kann die Wärmeentartung, die von dem Erweichen des Lacks herrührt, unterdrückt werden, wodurch Beschädigungen der elektrischen Isolationsbeschichtung auf den Leiterdrähten 29 der Ständerwicklung 16, die von einem Reiben der Leiterdrähte 29 an dem Ständerkern 41 herrühren, verhindert wird, wodurch eine verbesserte elektrische Isolation selbst unter den schlechtesten Betriebsbedingungen verbessert wird.
Da die Kühllüfter 5 an axialen Endflächen des Läufers 7 befestigt sind, wird die Kühlluftströmung gezwungenermaßen durch die Kühllüfter 5 in die Lüftungskanäle 100 gefördert, wodurch das Kühlen der Wicklungsendengruppen 16f und 16r erhöht wird.
Da die Luftausgabeöffnungen 1b und 2b derart angeordnet sind, dass sie den Lüftungskanälen 100 entsprechen, wird die Kühlluftströmung, die durch die Lüftungskanäle 100 strömt, schnell durch die Luftausgabeöffnungen 1b und 2b ausgestoßen. Folglich wird der Lüftungswiderstand reduziert und das Kühlen der Wicklungsendengruppen 16f und 16r erhöht sowie Windgeräusche reduziert.
Da der Ständerkern 41 in die vordere Hälfte 1 und die hintere Hälfte 2 gepasst ist, wird ein gewisser Grad der in der Ständerwicklung 16 erzeugten Wärme durch den Ständerkern 41 auf die vordere und hintere Hälfte 1 bzw. 2 übertragen. Dann wird die auf die vordere und hintere Hälfte 1 bzw. 2 übertragene Wärme an die Kühlluftströmungen, die durch die Vorderenden- und Hinterenden-Luftausgabeöffnungen 1b und 2b strömen, abgegeben. Folglich wird die Temperaturreduzierung in dem Ständer 40 gefördert.
Da die Wicklungsphasenabschnitte 45, die die Ständerwicklung 16 bilden, jeweils durch umlaufende Wicklungsabschnitte gebildet werden, sind die Verbindungsabschnitte 45b (Wicklungsenden) jedes Wicklungsphasenabschnitts 45, die sich von den Schlitzen 44 erstrecken, jeweils zur Hälfte auf die erste und zweite Umfangsseite verteilt. Da somit Anhäufungen von Verbindungsabschnitten 45b dünner sind und Ungleichmäßigkeiten in inneren Wandflächen der Lüftungskanäle 100 reduziert werden, wird die Kühlung der Wicklungsendengruppen 16f und 16r erhöht. Eine Beziehung zwischen dem Verhältnis bt/ht und dem Wert der Temperaturerhöhung in dem Ständer 40 wird nun untersucht. 6 zeigt Werte der Erhöhung in der Sättigungstemperatur von einer experimentellen Umgebungstemperatur (20°C), wenn Strom bei voller Last unter stabilen Ausgabebedingungen in einer Lichtmaschine erzeugt wurde, die mit Ständern ausgestattet war, in denen bt/ht variiert wurde und die Sättigungstemperaturen der Ständer wurden gemessen. Darüber hinaus ist in 6 bt/ht auf der Horizontalachse dargestellt und die Werte der Temperaturerhöhung in den Ständern von der Umgebungstemperatur des Experiments (20°C) sind auf der vertikalen Achse dargestellt. Ferner wurde die Lichtmaschine bei 3000, 3500, 4000, 4500 und 5000 U/min betrieben, die Sättigungstemperaturen der Ständer gemessen und die größten Werte als die Sättigungstemperaturen der Ständer verwendet.
In 6 nehmen die Werte der Temperaturerhöhung der Ständer eine Kurve an, die einen Wendepunkt bei bt/ht = 0,27 aufweist. In einem Bereich der Kurve, in dem bt/ht größer als 0,15 und weniger als 0,27 ist, erhöhen sich die Werte der Temperaturerhöhung in den Ständern langsam, wenn sich bt/ht erhöht und in einem Bereich der Kurve, in dem bt/ht weniger als 0,15 beträgt, nehmen die Werte der Temperaturerhöhung in den Ständern schnell zu, wenn bt/ht zunimmt. In einem Bereich der Kurve, in dem bt/ht größer als 0,2 und weniger als 0,4 ist, nehmen die Werte der Temperaturerhöhungen in den Ständern auf der anderen Seite langsam zu, wenn bt/ht zunimmt und in einem Bereich der Kurve, in dem bt/ht größer als 0,4 ist, nehmen die Werte der Temperaturerhöhung in den Ständern schnell zu, wenn bt/ht zunimmt. Somit sind in einem Bereich der Kurve, in dem bt/ht größer als 0,15 und niedriger als 0,4 ist, die Werte der Temperaturerhöhung in den Ständern auf 170°C oder weniger unterdrückt.
Daraus lässt sich schließen, dass wenn bt/ht weniger als 0,27 beträgt, die Lüftungskanäle 100 eng werden und die Geschwindigkeit der Kühlluftströmungen, die in den Lüftungskanälen 100 strömt, zunimmt, wodurch der Wärmeübergang von den inneren Wandflächen der Wicklungsendengruppen, die die Lüftungskanäle 100 bilden, gefördert wird, aber wenn bt/ht weniger als 0,15 beträgt, werden die Lüftungskanäle 100 zu schmal, so dass der Kühlluftdurchfluss durch die Lüftungskanäle 100 extrem klein wird, was zu einem Verlust in der Kühlluft-Strömungsgeschwindigkeit und einer Verschlechterung der Kühlung führt. Ferner kann geschlussfolgert werden, dass wenn bt/ht größer als 0,27 ist, der Lüftungswiderstand in den Lüftungskanälen 100 stark abnimmt und der Kühlluftdurchfluss zunimmt, was die Geschwindigkeit der Kühlluftströmung wirkungsvoll erhöht, wodurch der Wärmeübergang von den inneren Wandflächen der Wicklungsendengruppen, die die Lüftungskanäle 100 bilden, gefördert wird, aber wenn bt/ht größer als 0,4 ist, werden die Querschnittsbereiche der Luftströmungen in den Lüftungskanälen 100 zu groß, was zu einem Verlust der Kühlluftströmungsgeschwindigkeit und einer Verschlechterung der Kühlung führt.
Da die Erweichungstemperatur des Lacks 230°C beträgt, können wenn Verminderungen der Ausgabe, die von einem reduzierten Feldstrom aufgrund einer erhöhten Umgebungstemperatur herrühren, berücksichtigt werden, wenn die Werte der Temperaturerhöhung bei der Umgebungstemperatur von 90°C auf 140°C oder weniger unterdrückt werden können, die Temperatur des Ständers daran gehindert werden, die Erweichungstemperatur des Lacks selbst unter den schlechtesten Betriebsbedingungen zu überschreiten. Eine Temperaturerhöhung von 140°C bei einer Umgebungstemperatur von 90°C entspricht einer Temperaturerhöhung von 170°C bei einer Umgebungstemperatur von 20°C. Folglich ist unter Berücksichtigung der Erweichung des Lacks aus 6 ersichtlich, dass es wünschenswert ist, bt/ht größer als 0,15 und kleiner als 0,4 auszugestalten. Somit kann eine Lichtmaschine erzielt werden, bei der eine Beständigkeit gegenüber einer Wärmeentartung verbessert ist und die Verschlechterung der elektrischen Isolation, die von einem Lösen der Verbindung zwischen der Ständerwicklung 16 und dem Ständerkern 41 herrührt, verhindert wird.
Zusätzlich ist aus 6 ersichtlich, dass wenn bt/ht größer oder gleich 0,22 und weniger als oder gleich 0,32 beträgt, die Werte der Temperaturerhöhung zwischen 166,3°C und 165°C stabilisiert werden. Da die Temperatur des Ständers durch Festlegen von bt/ht größer als oder gleich 0,22 oder kleiner als oder gleich 0,32 ferner stabilisiert und unterdrück wird, kann somit eine Lichtmaschine mit hoher Ausgabe erzielt werden.
Darüber hinaus sind bei der obigen Ausführungsform 1 die Wicklungsphasenabschnitte jeweils durch einen umlaufenden Wicklungsabschnitt, der in jedem dritten Schlitz 44 eingeführt ist, aufgebaut, so dass sich die Litzen der Leiterdrähte darin aus einem gegebenen Schlitz 44 heraus erstrecken, wobei sich die erste Hälfte zu der ersten Umfangsseite erstreckt und in folgende Schlitze 44 drei Schlitze entfernt auf der ersten Umfangsseite eintritt und sich die verbleibende zweite Hälfte davon zu der zweiten Umfangsseite erstreckt und in den folgenden Schlitz 44 drei Schlitze entfernt auf der zweite Umfangsseite eintritt, aber ähnliche Effekte können selbst dann erreicht werden, wenn die Ständerwicklungsphasenabschnitt jeweils durch eine Wellenwicklung gebildet sind, die in jeden dritten Schlitz 44 eingeführt ist, so dass sich die Litzen der Leiterdrähte darin aus einem gegebenen Schlitz 44 heraus erstrecken, zu der ersten Umfangsseite erstrecken und in den folgenden Schlitz 44 drei Schlitze entfernt auf der ersten Umfangsseite eintreten.
Ausführungsform 2
7 ist eine Perspektive, die einen Ständer einer Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt und 8 ist eine teilweise Seitendraufsicht, die den Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In den 7 und 8 ist ein Ständer 40a gebildet durch: einen Ständerkern 41A; und eine Ständerwicklung 16A, die in den Ständerkern 41A eingefügt ist. Der Ständerkern 41A wird auf ähnliche Art und Weise wie der Ständerkern 41 in der obigen Ausführungsform 1 vorbereitet und Zahnabschnitte 42A, die sich jeweils von einem Basisabschnitt 43A davon erstrecken, sind in einem Verhältnis von bt/ht = 0,25 (bt = 2,5 mm, ht = 10,0 mm) ausgebildet. Darüber hinaus sind zweiundsiebzig Schlitze 44A in dem Ständerkern 41A ausgebildet. Da die Anzahl der magnetischen Pole in dem Läufer 7 zwölf beträgt, sind die Schlitze hier in einem Verhältnis von zwei pro Phase pro Pol ausgebildet.
Die Ständerwicklung 16A wird durch zwei dreiphasige Wechselspannungswicklungen gebildet, in denen jeweils drei von sechs Wicklungsphasenabschnitten 45A zu einer Wechselspannungsverbindung (z. B. eine Y-Verbindung) ausgebildet sind, wobei die Wicklungsphasenabschnitte 45A jeweils durch Wickeln eines Leiterdrahtes 29 in einer Wellenform in einen sechsten Schlitz 44A ausgebildet sind, wobei der Leiterdraht 29 aus einem Kupferdrahtmaterial mit einem kreisförmigen Querschnitt und beschichtet mit einer elektrischen Isolation aufgebaut ist.
Die Wicklungsphasenabschnitte 45A sind jeweils in einer Wellenwicklung aufgebaut, bei der der Leiterdraht 29 für eine vorbestimmte Anzahl an Wicklungen gewickelt ist, wobei die Wicklungsphasenabschnitte 45A jeweils im umlaufenden Wicklungsabschnitt mit einem wellenförmigen Muster ausgebildet sind, das besteht aus: zwölf in Schlitzen aufgenommenen Abschnitten 45a, die in einer Teilung von sechs Schlitzen in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; und Verbindungsabschnitten 45b, die eine erste Hälfte von Endabschnitten benachbarter Paare der in den Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 45a abwechselnd an ersten und zweiten axialen Enden miteinander verbinden und eine zweite Hälfte der Endabschnitte abwechselnd an den ersten und zweiten axialen Enden miteinander verbinden. Darüber hinaus sind die in den Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 45a der Wicklungsphasenabschnitte 45A in einer ähnlichen Art und Weise wie die in den Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 45a der Wicklungsphasenabschnitte 45, die in 4 dargestellt sind, angeordnet, aber in einer Teilung von sechs Schlitzen. Die Wicklungsphasenabschnitte 45A sind in dem Ständerkern 41A derart installiert, dass die in den Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 45a in einer entsprechenden Gruppe an Schlitzen 44A aufgenommen sind, die in einer Teilung von sechs Schlitzen in einer Umfangsrichtung angeordnet sind.
Die sechs Wicklungsphasenabschnitte 45A sind in dem Ständerkern 41A derart installiert, dass sie voneinander um eine Teilung von einem Schlitz (1P) in einer Umfangsrichtung versetzt und in sechs Lagen radial gestapelt sind. Die Wicklungsenden (die Verbindungsabschnitte 45b) der sechs Wicklungsphasenabschnitte 45A bilden Vorderenden- und Hinterenden-Wicklungsendengruppen 16f und 16r der Ständerwicklung 16A.
In dem Ständer 40A, der auf diese Art und Weise aufgebaut ist, sind Lüftungskanäle 100A, die durch die Wicklungsendengruppen 16f und 16r und die Zahnabschnitte 42A des Ständerkerns 41A gebildet sind, auch über den Umfang angeordnet. Obwohl es nicht dargestellt ist, ist darüber hinaus ein Lack in die Schlitze 44A, die Ständerwicklung 16A aufnehmen, imprägniert und fixiert die Ständerwicklung 16A an dem Ständerkern 41A.
Der Rest der Ausführungsform ist auf eine ähnliche Art und Weise aufgebaut wie die obige Ausführungsform 1.
Weil die Zahnabschnitte 42A des Ständerkerns 41A gemäß der Ausführungsform 2 jeweils in einem Verhältnis von bt/ht = 0,25 ausgebildet sind, ist die Wärmeabfuhr von den Wicklungsendengruppen 16f und 16r verglichen mit der obigen Ausführungsform 1 groß, wobei das Verhältnis bt/ht 0,35 gleicht, wodurch ermöglicht wird, Temperaturerhöhungen in dem Ständer 40A zu unterdrücken.
Da die Schlitze 44A in einem Verhältnis von zwei pro Phase pro Pol ausgebildet sind, ist die Anzahl der Lüftungskanäle 100A, die zwischen den Wicklungsendengruppen 16f und 16r und den Endflächen des Ständerkerns 41A gebildet sind, zweimal so groß wie die Anzahl bei der obigen Ausführungsform 1, wodurch die Temperaturerhöhungen in dem Ständer 40A weiter unterdrückt und Windgeräusche reduziert werden.
Ausführungsform 3
Wie es in 9 dargestellt ist, überlappen die gesamten axialen Längen der Schaufeln 5a der Kühllüfter 5 im wesentlichen die Wicklungsendengruppen 16f und 16r in einer Radialrichtung. Der Rest der Ausführungsform ist auf eine ähnliche Art und Weise aufgebaut wie in der obigen Ausführungsform 2.
Da die gesamten axialen Längen der Schaufeln 5a der Kühllüfter 5 gemäß der Ausführungsform 3 die Wicklungsendengruppen 16f und 16r in einer Radialrichtung im wesentlichen überlappen, wird die durch die Kühllüfter 5 erzeugte Kühlluftströmung zuverlässig zu den Wicklungsendengruppen 16f und 16r geführt, wodurch das Kühlen der Wicklungsendengruppen 16f und 16r erhöht wird. Da die Ausgabeseiten der Kühllüfter 5 zusätzlich durch die Wicklungsendengruppen 16f und 16r abgeschirmt sind, wird eine Geräuschfortsetzung wirkungsvoll blockiert und Windgeräusche reduziert.
Ausführungsform 4
10 ist eine Perspektive, die einen Ständer einer Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt, 11 ist eine teilweise Seitendraufsicht, die den Ständer der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt und 12 ist eine teilweise Perspektive, die einen Aufbau eines Wicklungsphasenabschnitts einer Ständerwicklung in dem Ständer in 10 erläutert.
In den 10 bis 12 ist ein Ständer 40B gebildet durch: einen Ständerkern 41B; und einen Ständerwicklung 16B, die in dem Ständerkern 41B installiert ist. Der Ständerkern 41B ist auf eine ähnliche Art und Weise wie der Ständerkern 41A in der obigen Ausführungsform 2 vorbereitet und Zahnabschnitte 42B, die sich jeweils von einem Basisabschnitt 43B davon erstrecken, sind jeweils in einem Verhältnis von bt/ht = 0,25 (bt = 2,5 mm, ht = 10,0 mm) ausgebildet. Darüber hinaus sind 96 Schlitze 44B in dem Ständerkern 41B ausgebildet. Hier wird ein Läufer mit sechzehn Magnetpolen verwendet, wobei die Schlitze in einem Verhältnis von zwei pro Phase pro Pol ausgebildet sind.
Die Ständerwicklung 16B ist durch zwei dreiphasige Wechselspannungswicklungen gebildet, in denen jeweils drei von sechs Wicklungsphasenabschnitten 45B zu einer Wechselspannungsverbindung (z. B. einer Y-Verbindung) ausgebildet sind, wobei die Wicklungsphasenabschnitte 45B jeweils durch Einführen einer großen Anzahl erster und zweiten Leitersegmente 50 und 51 in die Schlitze 44B und miteinander Verbinden freier Endabschnitte der Leitersegmente 50 und 51 gebildet sind, wobei die ersten und zweiten Leitersegmente 50 und 51 aus einem Kupferdrahtmaterial mit einem rechteckigen Querschnitt beschichtet mit einer elektrischen Isolation aufgebaut sind.
Der Rest der Ausführungsform ist in einer ähnlichen Art und Weise aufgebaut wie die obige Ausführungsform 2.
Ein Aufbau der Ständerwicklung 16B wird nun im Detail erläutert.
Jeder der Wicklungsphasenabschnitte 45B ist durch eine große Anzahl an ersten Leitersegmenten 50 und eine große Anzahl an zweiten Leitersegmenten 51 gebildet. Die ersten Leitersegmente 50 sind jeweils durch Biegen eines kurzen Kupferdrahtmaterials mit rechteckigem Querschnitt beschichtet mit der elektrischen Isolation in einer allgemeinen U-Form ausgebildet, in der ein Paar erster in Schlitzen aufgenommener Abschnitte 50a einander zugewandt ist, so dass sie um eine Teilung von sechs Schlitzen in Umfangsrichtung getrennt sind und durch eine Breite W des ersten Leitersegments 50 mittels eines ersten Wendeabschnitts 50b radial versetzt sind. Ferner sind die zweiten Leitersegmente 51 jeweils durch Biegen eines kurzen Kupferdrahtmaterials mit dem rechteckigen Querschnitt beschichtet mit der elektrischen Isolation in einer allgemeinen U-Form gebildet, bei der ein Paar zweiter in Schlitzen aufgenommener Abschnitte 51a einander zugewandt ist, so dass sie in einer Teilung von sechs Schlitzen in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind und durch eine vorbestimmte Menge mittels eines zweiten Wendeabschnitts 51b radial versetzt sind. Die Menge des Radialversatzes zwischen dem Paar zweiter in Schlitzen aufgenommener Abschnitte 51a entspricht einem Betrag, in dem zwei erste in Schlitzen aufgenommene Abschnitte 50a aufgenommen werden können.
Die ersten Leitersegmente 50 werden von einem hinteren Ende in Paaren von Schlitzen 44B, die sechs Schlitze voneinander entfernt sind, in den Ständerkern 41B eingeführt und erste freie Endabschnitte 50c, die sich an einem Vorderende heraus erstrecken, in eine Splayed-Form gebogen. Hier werden die ersten Leitersegmente 50 jeweils in eine zweite Position in einer Schlitztiefenrichtung (entsprechen der Radialrichtung) ("einer zweiten Adresse") in einen ersten Schlitz jedes der Paare an Schlitzen 44B eingeführt und in eine dritte Position in der Schlitztiefenrichtung ("eine dritte Adresse") in einem zweiten Schlitz jedes der Paare an Schlitzen 44B.
Die zweiten Leitersegmente 51 werden von einem Hinterende in die Paare an Schlitzen 44B, in die die ersten Leitersegmente 50 eingeführt wurden, in den Ständerkern 41B eingeführt und zweite freie Endabschnitte 51c, die sich an dem Vorderende heraus erstrecken, werden in eine gespreizte Form gebogen. Hier werden die zweiten Leitersegmente 51 jeweils in eine vierte Position in der Schlitztiefenrichtung ("eine vierte Adresse": tiefster Abschnitt) in den ersten Schlitz jedes der Paare an Schlitzen 44B und in eine erste Position in der Schlitztiefenrichtung ("eine erste Adresse": flachster Abschnitt) in den zweiten Schlitz jedes der Paare an Schlitzen 44B eingeführt.
Die zweiten freien Endabschnitte 51c des zweiten Leitersegments 51, die sich an dem Vorderende aus der ersten Adresse heraus erstrecken und die ersten freien Endabschnitte 50c des ersten Leitersegments 50, die sich an dem Vorderende aus der zweiten Adresse heraus erstrecken, sind in einer Radialrichtung aneinander gereiht und werden durch Verschweißen, Verlöten etc. miteinander verbunden. Gleichermaßen sind die ersten freien Endabschnitte 50c des ersten Leitersegments 50, die sich an dem Vorderende aus der dritten Adresse heraus erstrecken, und die zweiten freien Endabschnitte 51c der zweiten Leitersegmente 51, die sich an dem Vorderende aus der vierten Adresse heraus erstrecken, in einer Radialrichtung aneinandergereiht und werden durch Verschweißen, Löten etc. miteinander verbunden. Somit werden jeweils vier Wicklungsnebenabschnitte mit einem Umlauf durch Verbinden einer großen Anzahl der ersten und zweiten Leitersegmente 50 und 51 ausgebildet. Der erste Wicklungsphasenabschnitt 45B, der vier Umläufe aufweist, ist durch Verbinden der vier Wicklungsnebenabschnitte in Reihe aufgebaut.
Hier sind die vier ersten und zweiten in Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 50a und 51a in jedem der Schlitze 44B derart aufgenommen, dass sie sich in einer Reihe mit den Längsachsen des rechteckigen Querschnitts der vier ersten und zweiten in Schlitzen aufgenommenen Abschnitte 50a und 51a in der Schlitztiefenrichtung ausgerichtet aneinander reihen. An dem hinteren Ende sind die ersten und zweiten Wendeabschnitte 50b und 51b in zwei Lagen axial gestapelt und in einer Teilung von sechs Schlitzen über den Umfang angeordnet. An dem vorderen Ende reihen sich Verbindungsabschnitte 53, die die ersten und zweiten freien Endabschnitte 50c und 51c verbinden, radial aneinander und sind in einer Umfangsrichtung in einer Teilung von sechs Schlitzen in zwei Reihen angeordnet. Darüber hinaus bilden die ersten und zweiten Wendeabschnitte 50b und 51b Hinterenden-Wicklungsenden und die ersten und zweiten freien Endabschnitte 50c und 51c, die durch die Verbindungsabschnitte 53 verbunden sind, Vorderenden-Wicklungsenden.
Die sechs Wicklungsphasenabschnitte 45b sind derart in dem Ständerkern 41b installiert, dass sie um einen Schlitz in einer Umfangsrichtung versetzt voneinander sind und bilden so den Ständer 40B. Die ersten und zweiten freien Endabschnitte 50c und 51c, die durch die Verbindungsabschnitte 53 verbunden sind, sind in einer Teilung von einem Schlitz über den Umfang angeordnet, um zwei Reihen zu bilden und somit die Vorderenden-Wicklungsendengruppe 16f zu bilden. Die ersten und zweiten Wendeabschnitte 50b und 51b, die axial in zwei Lagen gestapelt sind, sind in einer Teilung von einem Schlitz über den Umfang angeordnet und bilden somit die Hinterenden-Wicklungsendengruppe 16r. Somit sind Lüftungskanäle 100B zwischen den Vorderenden- und Hinterenden-Wicklungsendengruppen 16f und 16r und Endflächen des Ständerkerns 41B gebildet. Darüber hinaus ist jedes der ersten und zweiten Leitersegmente 50 und 51, die jeweils die Wicklungsphasenabschnitte 45B bilden, in einer Wellenwicklung derart installiert, dass sie sich an einer Endfläche des Ständerkerns 41B aus einer inneren Lage in einem gegebenen Schlitz 44B nach außen erstrecken, umkehren und in eine äußere Lage in einem Schlitz 44B sechs Schlitze entfernt eintreten.
Weil bei der Ausführungsform 4 die Zahnabschnitte 44B, die sich von dem Basisabschnitt 43B erstrecken, jeweils in einem Verhältnis von bt/ht = 0,25 ausgebildet sind, können die Temperaturerhöhungen in dem Ständer 40B in einer ähnlichen Art und Weise wie bei der obigen Ausführungsform 2 unterdrückt werden.
Die ersten und zweiten freien Endabschnitte 50c und 51c, die durch die Verbindungsabschnitte 53 verbunden sind, reihen sich ordentlich aneinander, um in einer Umfangsrichtung zwei Reihen zu bilden und somit die Vorderenden-Wicklungsendengruppe 16f zu bilden und die ersten und zweiten Wendeabschnitte 50b und 51b reihen sich in einer Umfangsrichtung ordentlich aneinander, um in einer Axialrichtung zwei Lagen zu bilden und die Hinterenden-Wicklungsendengruppe 16r zu bilden. Da die Oberflächenbereiche der ersten und zweiten Leitersegmente 50 und 51, die der Kühlluftströmung, die durch die Lüftungskanäle 100B strömt, ausgesetzt sind, erhöht sind, wird die Kühlung des Ständers verglichen mit der obigen Ausführungsform 2 verbessert. Da die Lüftungskanäle 100B in einer Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind und die Lüftungskanäle 100B im allgemeinen in einer gleichmäßigen Form ausgebildet sind, werden die Wicklungsendengruppen 16f und 16r zusätzlich in einer sehr ausgeglichenen Art und Weise gekühlt, wodurch im Vergleich mit der obigen Ausführungsform 2 das Kühlen des Ständers verbessert wird und Windgeräusche vermindert werden.
Ausführungsform 5
13 ist eine Perspektive, die einen Ständer zeigt, der in einer Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung verwendet wird; 14 ist eine teilweise Seitendraufsicht, die den in der Lichtmaschine gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung verwendeten Ständer zeigt und die 15 und 16 sind teilweise Perspektiven, die einen Wicklungsaufbau einer Ständerwicklung in dem in der Lichtmaschine, die in 13 dargestellt ist, verwendeten Ständer erläutert.
Bei der Ausführungsform 5 werden kontinuierliche Leiterdrähte 60, die aus einem Kupferdrahtmaterial mit rechteckigem Querschnitt beschichtet mit einer elektrischen Isolation aufgebaut sind, als elektrische Leiter verwendet.
In den 13 und 14 ist ein Ständer 40C gebildet durch: einen Ständerkern 41C; und eine Ständerwicklung 16C, die in dem Ständerkern 41C installiert ist. In dem Ständerkern 41C sind Zahnabschnitte 42C, die sich von einem Basisabschnitt 43C davon erstrecken, jeweils in einem Verhältnis von bt/ht = 0,25 (bt = 2,5 mm, ht = 10,0 mm) ausgebildet. Darüber hinaus sind sechsundneunzig Schlitze 44C in dem Ständerkern 41C ausgebildet. Hier wird ein Läufer mit sechzehn Magnetpolen verwendet, wobei die Schlitze in einem Verhältnis von zwei pro Phase pro Pol ausgebildet sind.
Die Ständerwicklung 16C wird durch zwei dreiphasige Wechselspannungswicklungen gebildet, in denen jeweils drei von sechs Wicklungsphasenabschnitten 45C zu einer Wechselspannungsverbindung (z. B. einer Y-Verbindung) ausgebildet sind, wobei die Wicklungsphasenabschnitte 45C jeweils durch Wickeln eines der kontinuierlichen Leiterdrähte 1b in einer Wellenform in jeden sechsten Schlitz 44C gebildet sind.
Der Rest der Ausführungsform ist in einer ähnlichen Art und Weise wie die obige Ausführungsform 4 aufgebaut.
Ein Aufbau der Ständerwicklung 16C wird nun im Detail erläutert.
Jeder der Wicklungsphasenabschnitte 45C ist durch vier kontinuierliche Leiterdrähte 60 gebildet, die in einen von sechs (ersten bis sechsten) Schlitzgruppen, die durch jeden sechsten Schlitz 44C gebildet werden, installiert sind.
In einer ersten Schlitzgruppe, die durch jeden sechsten Schlitz 44C gebildet ist, ist ein erster kontinuierlicher Leiterdraht 60 in einer Wellenform derart installiert, dass er abwechselnd die erste Adresse und die zweite Adresse in jedem sechsten Schlitz 44C belegt und ein zweiter kontinuierlicher Leiterdraht 60 ist in einer Wellenform derart installiert, dass er abwechselnd die zweite Adresse und die erste Adresse in jedem sechsten Schlitz 44C belegt, wodurch zwei Innenumfangswicklungs-Nebenabschnitte mit jeweils einem Umlauf gebildet werden. Zusätzlich ist ein dritter kontinuierlicher Leiterdraht 60 in einer Wellenform derart installiert, dass er abwechselnd die erste Adresse und die vierte Adresse in jedem sechsten Schlitz 44C belegt und ein vierter kontinuierlicher Leiterdraht 60 ist in einer Wellenform derart installiert, dass er abwechselnd die vierte Adresse und die dritte Adresse in jedem sechsten Schlitz 44C belegt, wodurch zwei Außenumfangwicklungs-Nebenabschnitte mit jeweils einem Umlauf gebildet werden. Ein erster Wicklungsphasenabschnitt 45C mit vier Umläufen wird durch Verbindung dieser Innenumfangswicklungs-Nebenabschnitte und Außenumfangwicklungs-Nebenabschnitte in Reihe gebildet.
Zusätzlich sind in zweite bis sechste Schlitzgruppen, die durch jeden sechsten Schlitz 44C gebildet sind, kontinuierliche Leiterdrähte 60 in einer ähnlichen Art und Weise installiert und zweite bis sechste Wicklungsphasenabschnitte 45C mit jeweils vier Umläufen werden durch Verbinden der Innenumfangswicklungs-Nebenabschnitte und der Außenumfangwicklungs-Nebenabschnitte in Reihe gebildet.
Zwei dreiphasige Wechselspannungswicklungen werden durch Verbinden dreier der ersten bis sechsten Wicklungsphasenabschnitte 45C, die auf diese Art und Weise aufgebaut sind, jeweils zwei Wechselstromverbindungen gebildet. Die zwei dreiphasigen Wechselspannungswicklungen bilden die Ständerwicklung 16C.
Darüber hinaus sind vier kontinuierliche Leiterdrähte 60 in jedem der Schlitze 44C aufgenommen, so dass sie sich in einer Reihe in einer Schlitztiefenrichtung (Radialrichtung) mit der Längsachse des rechteckigen Querschnitts der kontinuierlichen Leiterdrähte 60 ausgerichtet zu der Schlitztiefenrichtung aneinander reihen.
Wie es in 15 dargestellt ist, ist hier jeder der Innenumfangswicklungs-Nebenabschnitte in einem Wellenformmuster aufgebaut, in dem gerade Abschnitte 60a des kontinuierlichen Leiterdrahts 60 in einer Teilung von sechs Schlitzen derart angeordnet sind, dass sie um eine Breite (W) des kontinuierlichen Leiterdrahts 60 abwechselnd auf einer ersten und zweiten Seite einer Anordnungsrichtung durch Wendeabschnitte 60b der kontinuierlichen Leiterdrähte 60 versetzt sind. Wie es in 16 dargestellt ist, sind zwei Innenumfangswicklungs-Nebenabschnitte, die in einer gemeinsamen Schlitzgruppe installiert sind, um eine Teilung von sechs Schlitzen voneinander versetzt, um ein Wicklungsnebenabschnittspaar zu bilden, in dem die geraden Abschnitte 60a aufeinander angeordnet sind. Zusätzlich sind die Innenumfangswicklungs-Nebenabschnitte der ersten bis sechsten Wicklungsphasenabschnitte derart aufgebaut, dass Wicklungsnebenabschnittspaare darin derart angeordnet sind, dass sie um einen Teilung von einem Schlitz von denen des nächsten Wicklungsphasenabschnitts versetzt sind. Darüber hinaus sind Außenumfangwicklungs-Nebenabschnitte in einer ähnlichen Art und Weise wie die Innenumfangswicklungs-Nebenabschnitte aufgebaut.
Bei dem Ständer 40C, der auf diese Art und Weise hergestellt wird, ist die Ständerwicklung 16C durch vierundzwanzig Wicklungsnebenabschnitte 45C mit jeweils einem Umlauf gebildet, die jeweils durch derartiges Installieren eines kontinuierlichen Leiterdrahts 60 aufgebaut sind, dass er abwechselnd eine inner Lage und eine äußere Lage in einer Schlitztiefenrichtung in jedem sechsten Schlitz 44C belegt.
Wicklungsenden, die außerhalb der Schlitze an Vorderend- und Hinterendflächen des Ständerkerns 41C umgefaltet sind, d. h. die Wendeabschnitte 60b der kontinuierlichen Leiterdrähte 60 sind in einer Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet, um zwei Reihen in einer Radialrichtung zu bilden und so Vorderenden- und Hinterenden-Wicklungsendengruppen 16f und 16r zu bilden.
Da bei der Ausführungsform 5 somit die Zahnabschnitte 42c, die derart angeordnet sind, dass sie sich von dem Basisabschnitt 43c erstrecken, in einem Verhältnis von bt/ht = 0,25 ausgebildet sind, können Temperaturerhöhungen in dem Ständer 40C in einer ähnlichen Art und Weise wie bei der obigen Ausführungsform 4 unterdrückt werden.
Die Wendeabschnitte 60b reihen sich in einer Umfangsrichtung ordentlich aneinander, um zwei Reihen zu bilden und die Vorderenden- und Hinterenden-Wicklungsendengruppen 16f und 16r zu bilden. Da die Oberflächenbereiche der kontinuierlichen Leiterdrähte 60, die zu der Kühlluftströmung, die durch die Lüftungskanäle 100C strömt, frei liegen, erhöht sind und die Lüftungskanäle 100C in einer Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind, wird in einer ähnlichen Art und Weise wie bei der obigen Ausführungsform 4 die Kühlung des Ständers verbessert und Windgeräusche werden reduziert.
Da bei der Ausführungsform 5 jeder Wicklungsnebenabschnitt 45C mit einem Umlauf durch einen kontinuierlichen Leiterdraht 60 ausgebildet ist, können die komplizierten Vorgänge des Einführens und Verbindens der ersten und zweiten Leitersegmente 50 und 51, die bei der obigen Ausführungsform 4 erforderlich sind, weggelassen werden.
Bei der obigen Ausführungsform 4 ist die Vorderenden-Wicklungsendengruppe 16f durch Wicklungsenden gebildet, die durch miteinander Verbinden der ersten und zweiten freien Endabschnitte 50c und 51c der ersten und zweiten Leitersegmente 50 und 51 gebildet sind. Da die Verbindungsabschnitte 53 daher auf Scheitelabschnitten der Wicklungsenden vorliegen, wurden aufgrund dem störenden Eingriff zwischen der Kühlluftströmung und den Verbindungsabschnitten 53 Windgeräusche erzeugt. Bei der Ausführungsform 5 andererseits ist die Vorderenden-Wicklungsendengruppe 16f in einer ähnlichen Art und Weise wie die Hinterenden-Wicklungsendengruppe 16r durch Wicklungsenden gebildet, die durch die Wendeabschnitte 60b der kontinuierlichen Leiterdrähte 60 gebildet sind. Somit werden Windgeräusche, die von dem störenden Eingriff zwischen den Kühlluftströmungen und den Verbindungsabschnitten 53 herrühren, eliminiert und es wird ermöglicht, Windgeräusche zu reduzieren.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Montage des Ständers 40C gemäß der Ausführungsform 5 unter Bezugnahme auf die 17 bis 20C erläutert.
Zunächst werden zwölf kontinuierliche Leiterdrähte 60 in einer Ebene in einer Teilung von einem Schlitz aneinandergereiht. Dann, wie es in 17 dargestellt ist, werden die zwölf kontinuierlichen Leiterdrähte 60 zusammen in einer vorbestimmten Teilung (an den Stellen der Doppelpunkt-Strich-Linien) umgefaltet und bilden eine streifenförmige Wicklungseinheit 61, bei der zwölf kontinuierliche Leiterdrähte 60 in einer Spiralform gewickelt sind.
Ein erstes Paar an Zapfengruppen 62 wird zwischen den kontinuierlichen Leiterdrähten 60 von einer Vorderseite der Wicklungseinheit 61 an Stellen, die um einen Abstand L relativ zu einer Breitenrichtung der Wicklungseinheit 61 getrennt sind, eingeführt. Gleichermaßen wird ein zweites Paar an Zapfengruppen 62 zwischen den kontinuierlichen Leiterdrähten 60 von einer Rückseite der Wicklungseinheit 61 an Stellen, die um einen Abstand L in einer Breitenrichtung der Wicklungseinheit 61 getrennt sind, eingeführt. Zusätzlich werden Positionsregelzapfengruppen 63 zwischen den kontinuierlichen Leiterdrähten 60 an Endabschnitten in einer Breitenrichtung der Wicklungseinheit 61 eingeführt. Somit sind die erste, zweite und Positionsregelzapfengruppe 62 und 63 derart eingestellt, wie es in 18 dargestellt ist. Hier entspricht ein Abstand L im allgemeinen einer Nutlänge der Schlitze 44C (einer axialen Länge des Ständerkerns 41C).
Dann werden die Zapfengruppen 62 in dem ersten Paar an Zapfengruppen 62, die zwischen den kontinuierlichen Leiterdrähten von der Vorderseite der Wicklungseinheit 61 eingeführt wurden, in einander entgegengesetzten Richtungen in einer Längsrichtung der Wicklungseinheit 61 bewegt, wie es durch die voll dargestellten Pfeile in 18 angedeutet ist. Gleichermaßen werden die Zapfengruppen 62 in dem zweiten Paar an Zapfengruppen 62, die zwischen den kontinuierlichen Leiterdrähten 60 von der Hinterseite der Wicklungseinheit 61 eingeführt wurden, in zueinander entgegengesetzten Richtungen in der Längsrichtung der Wicklungseinheit 61 bewegt, wie es durch die gestrichelten Pfeile in 18 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die kontinuierlichen Leiterdrähte 60 daran gehindert, auseinander zu fallen, weil die Positionsregelzapfengruppen 63 zwischen den kontinuierlichen Leiterdrähten 60 eingeführt sind.
Somit werden die Abschnitte der kontinuierlichen Leiterdrähte 60, die zwischen den Paaren an Zapfengruppen 62 positioniert sind, derart deformiert, dass sie senkrecht zu der Längsrichtung der Wicklungseinheit 61 verlaufen und zu geraden Abschnitten 60a, die innerhalb der Schlitze 44C aufgenommen sind, werden. Die Abschnitte der kontinuierlichen Leiterdrähte 60, die außerhalb der Paare an Zapfengruppen 62 positioniert sind, werden zu Wendeabschnitten 60b, die die geraden Abschnitte 60a sechs Schlitze voneinander entfernt verbinden. Die Wicklungsbaugruppe 65, die in 19 dargestellt ist, ist auf diese Art und Weise hergestellt. Die Wicklungsbaugruppe 65 weist einen Aufbau gleich dem von sechs der Wicklungsnebenabschnittspaare, die in 16 dargestellt sind, auf, die um eine Teilung von einem Schlitz voneinander versetzt sind. Mit anderen Worten ist die Wicklungsbaugruppe 65 derart aufgebaut, dass die kontinuierlichen Leiterdrähte 60 in einem Muster ausgebildet sind, in dem die geraden Abschnitte 60a in einer Teilung von sechs Schlitzen angeordnet sind und durch die Wendeabschnitte 60b verbunden sind und benachbarte gerade Abschnitte 60a sind abwechselnd um eine Breite des kontinuierlichen Leiterdrahts 60 auf einer ersten und zweiten Seite einer Anordnungsrichtung durch die Wendeabschnitte 60b versetzt, wobei Paare der kontinuierlichen Leiterdrähte 60 durch Anordnen zweiter kontinuierlicher Leiterdrähte 60 gebildet werden, so dass sie um eine Teilung von sechs Schlitzen voneinander versetzt sind, wobei gerade Abschnitte 60a aufeinander gestapelt sind und sechs Paare an kontinuierlichen Leiterdrähten 60, um eine Teilung von einem Schlitz voneinander versetzt sind.
Ein rechteckiger flacher Kern 70 wird durch Laminieren einer vorbestimmten Anzahl magnetischer Stahlplatten 30, die auf eine vorbestimmte Länge geschnitten sind und Laserschweißen von äußeren Umfangsabschnitten davon hergestellt. Der rechteckige ebene Kern 70 umfasst: einen Basisabschnitt 70a; Zahnabschnitte 70b, die derart angeordnet sind, dass sie sich von dem Basisabschnitt 70a in einer vorbestimmten Teilung erstrecken; und Schlitze 70c, die zwischen dem Basisabschnitt 70a und einem benachbarten Paar an Zahnabschnitten 70b definiert sind. Isolatoren (nicht dargestellt) sind in jedem der Schlitze 70c des rechteckigen ebenen Kerns 70 angebracht und dann werden, wie es in 20A dargestellt ist, zwei Wicklungsbaugruppen 65 durch Einführen der geraden Abschnitte 60a in die Schlitze 70c aufeinander in dem rechteckigen ebenen Kern 70 angebracht. Wie es in 20B dargestellt ist, wird der mit den zwei Wicklungsbaugruppen 50 versehene rechteckige ebene Kern 70 als nächstes gerollt. Wie es in 20C dargestellt ist, werden danach erste und zweite Endabschnitte des aufgerollten Kerns 70 auf Stoß zusammengebracht und die aneinander anliegenden Abschnitte mittels Laser verschweißt, um den zylindrischen Ständerkern 41C, der mit den zwei Wicklungsbaugruppen 65 versehen ist, zu erzielen. Zusätzlich werden die kontinuierlichen Leiterdrähte 60 verbunden, um den in 13 dargestellten Ständerkern 40C zu erzielen.
Da die Wicklungsbaugruppe 65, die durch Integrieren von zwölf kontinuierlichen Leiterdrähten 60, die jeweils derart in einer Wellenform ausgebildet sind, dass sie abwechselnd eine innere Lage und einer äußere Lage in einer Schlitztiefenrichtung in jedem sechsten Schlitz 44C belegen, aufgebaut ist, auf diese Art und Weise hergestellt ist, wird der Vorgang des Installierens der Ständerwicklung 16C vereinfacht und die Anzahl der Verbindungen der kontinuierlichen Leiterdrähte 60 wird signifikant vermindert, wodurch die Geschwindigkeit, mit der der Ständer hergestellt werden kann, verbessert wird.
Die Wicklungsbaugruppe 65, die in der obigen Ausführungsform 5 verwendet wird, ist derart hergestellt, dass sie durch eine Gruppe an Wicklungsnebenabschnitten 45C, die jeweils einen Umlauf aufweisen, wenn sie in dem Ständerkern 41C installiert sind, gebildet ist, aber auch Wicklungsbaugruppeneinheiten können verwendet werden, bei denen die Wicklungsbaugruppe 65 in zwei oder drei Teile in einer Längsrichtung unterteilt ist. In diesem Fall werden die Gruppen der Wicklungsnebenabschnitte 45C mit jeweils einem Umlauf durch Installieren der Wicklungsbaugruppeneinheiten in den rechteckigen ebenen Kern 70, so dass sie sich in einer Reihe aneinander reihen, Aufrollen des rechteckigen ebenen Kerns 70, anlegen und verbinden der ersten und zweiten Endabschnitte des Kerns 70 und dann Verbinden jedes kontinuierlichen Leiterdrahtes 60 in den Wicklungsbaugruppeneinheiten aufgebaut.
Da bei der obigen Ausführungsform 5 die Schlitze in einem Verhältnis von zwei pro Phase pro Pol ausgebildet sind, wird die Wicklungsbaugruppen 65 unter Verwendung von zwölf kontinuierlichen Leiterdrähten 60 hergestellt, aber die Erfindung kann auch auf Fälle angewendet werden, bei denen die Schlitze in einem Verhältnis von einem oder drei oder mehr pro Phase pro Pol ausgebildet sind und die Anzahl der kontinuierlichen Leiterdrähte 60, die die Wicklungsbaugruppen 65 bilden, kann entsprechend ausgewählt werden, so dass sie dem Verhältnis der Schlitze pro Phase pro Pol entspricht. Wenn die Schlitze z. B. in einem Verhältnis von einem pro Phase pro Pol ausgebildet sind, wird die Wicklungsbaugruppen derart aufgebaut, dass die kontinuierlichen Leiterdrähte in einem Muster ausgebildet werden, in dem gerade Abschnitte in einer Teilung von drei Schlitzen verbunden durch Wendeabschnitte angeordnet sind und benachbarte gerade Abschnitte um eine Breite des kontinuierlichen Leiterdrahts auf einer ersten und einer zweiten Seite einer Anordnungsrichtung durch die Wendeabschnitte versetzt sind, wobei Paare an kontinuierlichen Leiterdrähten durch Anordnen zweier kontinuierlicher Leiterdrähte ausgebildet sind, so dass sie um eine Teilung von drei Schlitzen voneinander versetzt sind und gerade Abschnitte aufeinander gestapelt sind, wobei drei Paare an kontinuierlichen Leiterdrähten um eine Teilung von einem Schlitz voneinander versetzt sind.
Bei der obigen Ausführungsform 5 sind die kontinuierlichen Leiterdrähte 60 der Wicklungsbaugruppe 65 in einem Muster ausgebildet, in dem die geraden Abschnitte 60a abwechselnd um eine Breite des kontinuierlichen Leiterdrahtes 60 durch die Wendeabschnitte 60b versetzt sind, aber kontinuierliche Leiterdrähte einer Wicklungsbaugruppen können auch in einem Muster ausgebildet werden, in dem gerade Abschnitte abwechselnd um das Doppelte einer Breite der kontinuierlichen Leiterdrähte durch die Wendeabschnitte versetzt sind. In diesem Fall wird ein Luftspalt gleich dem zweier kontinuierlicher Leiterdrähte zwischen den geraden Abschnitten der kontinuierlichen Leiterdrähte, die ein Paar bilden, ausgebildet und eine Ständerwicklung ähnlich der der Ausführungsform 4 kann durch Einführen der oben erwähnten Wicklungsbaugruppe 65 in eine Wicklungsbaugruppe, die auf diese Art und Weise hergestellt wurde und Installieren der zwei Wicklungsbaugruppen in einen Ständerkern erzielt werden.
Ausführungsform 6
Wie es in 21 dargestellt ist, sind bei der Ausführungsform 6 erste und zweite Zahnabschnitte 42D₁ und 42D₂ eines Ständerkerns 41D derart angeordnet, dass sie sich von einem zylindrischen Basisabschnitt 43D abwechselnd in einer Umfangsrichtung erstrecken. Die ersten Zahnabschnitte 42D₁ sind jeweils in einem Verhältnis von bt/ht = 0,2 (bt = 2,0 mm, ht = 10,00 mm) ausgebildet und die zweiten Zahnabschnitte 42D₂ sind jeweils in einem Verhältnis von bt/ht = 0,3 (bt = 3,0 mm, ht = 10,00 mm) ausgebildet. Ferner sind sechsundneunzig Schlitze 44D ausgebildet, von denen jeder durch den Basisabschnitt 43D und ein Paar benachbarter Zahnabschnitte, die durch einen ersten Zahnabschnitt 42D₁ und einen zweiten Zahnabschnitt 42D₂ gebildet sind, definiert ist.
Der Rest der Ausführungsform ist in einer ähnlichen Art und Weise wie die obige Ausführungsform 5 aufgebaut.
Da die Ausführungsform 6 die ersten Zahnabschnitte 42D₁ , die jeweils in einem Verhältnis von bt/ht = 0,2 ausgebildet sind und die zweiten Zahnabschnitte 42D₂ , die jeweils in einem Verhältnis von bt/ht = 0,3 ausgebildet sind, umfasst, können Temperaturerhöhungen in dem Ständer auf eine ähnliche Art und Weise wie bei der obigen Ausführungsform 5 unterdrückt werden.
Da bei der Ausführungsform 6 die ersten Zahnabschnitte 42D₁ , die jeweils eine Breite bt von 2,0 mm aufweisen, und die zweiten Zahnabschnitte 42D₂ , die jeweils eine Breite bt von 3,0 mm aufweisen, in einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, sind die Schlitze 44D in einer ungleichmäßigen Teilung in einer Umfangsrichtung angeordnet. Mit anderen Worten sind die Lüftungskanäle, die durch die Wicklungsendengruppen und die Zahnabschnitte 42D₁ und 42D₂ des Ständerkerns 41D gebildet sind, in einer Umfangsrichtung in einer ungleichmäßigen Teilung angeordnet. Ferner ist die Breite der Lüftungskanäle ungleichmäßig. Da periodische Windgeräusche, die aufgrund dessen auftreten, dass die Kühlluftströmung durch Lüftungskanäle dringt, die in einer gleichmäßigen winkligen Teilung in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, somit durch Anordnen der Lüftungskanäle in einer ungleichmäßigen Teilung in der Umfangsrichtung verteilt werden, können die Windgeräusche reduziert werden.
Darüber hinaus wurde jede der obigen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ständerkerne, in denen die Schlitze in einem Verhältnis von einem pro Phase pro Pol ausgebildet waren, erläutert, aber ähnliche Effekte können auch erzielt werden, wenn die vorliegende Erfindung auf einen Ständerkern angewandt wird, bei dem die Schlitze in einem Verhältnis von drei oder mehreren pro Phase pro Pol ausgebildet sind.
Jede der obigen Ausführungsformen wurde als auf eine Lichtmaschine des Typs, in dem die Feldwicklung 13 in den ersten und zweiten Polkernen 20 und 21 derart angeordnet ist, dass sie durch die ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpole 22 und 23 bedeckt ist und mit den ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolen 22 und 23 rotiert und die Feldspannung über die Bürsten 10 der Feldwicklung zugeführt wird, angewandt erläutert, aber ähnliche Effekte werden auch auftreten, wenn die vorliegende Erfindung auf eine bürstenlose Lichtmaschine angewandt wird, bei der eine Feldwicklung an einer Hälfte befestigt ist und ein Rotationsmagnetfeld einem Ständer über Luftspalte zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung ist in der obigen Art und Weise aufgebaut und weist die im folgenden beschriebenen Effekte auf.
Gemäß der vorliegende Erfindung wird eine Lichtmaschine vorgeschlagen, umfassend:
eine Welle, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist;
einen Läufer, der an der Welle befestigt ist, wobei der Läufer versehen ist mit:
einer Feldwicklung zum Erzeugen eines magnetischen Flusses auf den Durchgang eines elektrischen Stroms; und
mehreren klauenförmigen Magnetpolen, die auf einer äußeren Umfangsseite der Feldwicklung über den Umfang angeordnet sind, wobei die klauenförmigen Magnetpole durch den magnetischen Fluss, der durch die Feldwicklung erzeugt wird, magnetisiert werden; und
einen Ständer, der versehen ist mit:
einem zylindrischen Ständerkern, der in dem Gehäuse gehaltert ist, um so den Läufer zu umgeben, wobei mehrere sich axial erstreckende Schlitze in dem Ständerkern ausgebildet sind, so dass sie sich über den Umfang aneinander reihen; und
eine Ständerwicklung, die in den Ständerkern eingeführt ist, wobei der Ständerkern durch Laminieren magnetischer Stahlplatten aufgebaut ist und versehen ist mit:
einem zylindrischen Basisabschnitt, mehreren Zahnabschnitten, die derart angeordnet sind, dass sie sich von dem Basisabschnitt in Richtung einer axialen Mitte erstrecken; und
wobei die mehreren Schlitze jeweils durch den Basisabschnitt und ein benachbartes Paar Zahnabschnitte gebildet sind; und
Lüftungskanäle durch eine Wicklungsendengruppe der Ständerwicklung und die Zahnabschnitte des Ständerkerns gebildet sind und eine Kühlluftströmung, die durch die Rotation des Läufers erzeugt wird, von einer inneren Umfangsseite in einer radialen Richtung durch jeden der Lüftungskanäle strömt;
jeder der Zahnabschnitte derart ausgebildet ist, dass eine radiale Länge ht und eine Breite davon einen Ausdruck 0,15 < bt/ht < 0,4 erfüllt.
wodurch eine Lichtmaschine bereitgestellt wird, bei der die Temperaturerhöhungen in dem Ständer unterdrückt werden, die Wärmeentartungstoleranz verbessert ist und die Verschlechterung der elektrischen Isolation unterdrückt werden kann.
Ein Kühllüfter kann an einer axialen Endfläche des Läufers befestigt sein, wodurch das Kühlen des Ständers verbessert wird.
Luftausgabeöffnungen können in einer radialen Seitenfläche des Gehäuses ausgebildet sei, so dass sie den Lüftungskanälen entsprechen, wodurch das Kühlen des Ständers erhöht wird und Windgeräusche reduziert werden.
Eine gesamte axiale Länge einer Schaufel des Kühllüfters kann die Wicklungsendengruppe in einer Radialrichtung im wesentlichen überlappen, wodurch die Kühlung des Ständers weiter erhöht wird und die Geräuschfortpflanzung effektiv blockiert wird, wodurch Windgeräusche reduziert werden.
Die Ständerwicklung kann in dem Ständerkern als eine umlaufende Wicklung installiert sein, wodurch Unregelmäßigkeiten auf inneren Wandflächen der Lüftungskanäle reduziert werden und dadurch die Kühlung des Ständers verbessert wird.
Die Ständerwicklung kann durch mehrere Wicklungsnebenabschnitte gebildet werden, die jeweils durch Installieren eines elektrischen Leiters, so dass er abwechselnd eine innere Lage und eine äußere Lage in einer Schlitztiefenrichtung in den Schlitzen in einem vorbestimmte Schlitzintervall belegt, aufgebaut sind, wodurch die Lüftungskanäle in einer Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind und die Lüftungskanäle jeweils in einer allgemeinen gleichmäßigen Form ausgebildet sind, wodurch die Wicklungsendengruppen in einer ausgeglichenen Art und Weise gekühlt werden und die Kühlung des Ständers verbessert wird.
Die Schlitze können in einem Verhältnis von zwei oder mehr pro Phase pro Pol ausgebildet sein, wodurch die Anzahl der Lüftungskanäle erhöht wird und die Kühlung des Ständers verbessert wird.
Die Ventilationskanäle können in einer ungleichmäßigen Teilung angeordnet sein, wodurch periodische Windgeräusche, verursacht durch den Durchgang der Kühlluftströmung durch die Lüftungskanäle verteilt werden und Windgeräusch reduziert werden.

Claims

Lichtmaschine, umfassend: eine Welle (6), die in einem Gehäuse (3) drehbar gehaltert ist; einen Rotor (7), der an der Welle befestigt ist, wobei der Rotor versehen ist mit: einer Feldwicklung (13) zum Erzeugen eines magnetischen Flusses auf den Durchgang eines elektrischen Stroms; und mehreren klauenförmigen Magnetpolen (22, 23), die auf einer äußeren Umfangsseite der Feldwicklung (13) über den Umfang angeordnet sind, wobei die klauenförmigen Magnetpole durch den magnetischen Fluss, der durch die Feldwicklung erzeugt wird, magnetisiert werden; und einen Ständer (40, 40A, 40, 40C), der versehen ist mit einem zylindrischen Ständerkern (41, 41A, 41B, 41C, 41D), der in dem Gehäuse (3) gehaltert ist, um so den Rotor (7) zu umgeben, wobei mehrere sich axial erstreckende Schlitze (44, 44A, 44B, 44C, 44D), in dem Ständerkern ausgebildet sind, so dass sie sich über den Umfang aneinanderreihen; und einer Ständerwicklung (16, 16A, 16B, 16C), die in den Ständerkern eingeführt ist, wobei der Ständerkern (41, 41A, 41B, 41C, 41D) durch Laminieren magnetischer Stahlplatten aufgebaut ist, wobei der Ständerkern versehen ist mit: einem zylindrischen Grundabschnitt (43, 43A, 43B, 43C, 43D), mehreren Zahnabschnitten (42, 42A, 42B, 42C, 42D₁ , 42D₂ ), die derart angeordnet sind, dass sie sich von dem Grundabschnitt in Richtung einer axialen Mitte erstrecken; und wobei die mehreren Schlitze (44, 44A, 44B, 44C, 44D) jeweils durch den Grundabschnitt und ein benachbartes Paar Zahnabschnitte gebildet sind; und Ventilationskanäle (100, 100A, 100B, 100C) durch eine Wicklungsendengruppe (16F, 16R) der Ständerwicklung (16, 16A, 16B, 16C) und die Zahnabschnitte (42, 42A, 42B, 42C, 42D₁ , 42D₂ ) des Ständerkerns gebildet sind und eine Kühlluftströmung, die durch die Rotation des Rotors erzeugt wird, von einer inneren Umfangsseite in einer radialen Richtung durch jeden der Ventilationskanäle strömt; dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Zahnabschnitte (42, 42A, 42B, 42C, 42D₁ , 42D₂ ) derart ausgebildet ist, dass eine radiale Länge ht und eine Breite bt davon einen Ausdruck 0,15 < bt/ht < 0,4 erfüllt.
Lichtmaschine nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Kühlventilator (5), der an einer axialen Endfläche des Rotors (7) befestigt ist.
Lichtmaschine nach Anspruch 2, bei der in einer radialen Seitenfläche des Gehäuses (3) Luftausgabeöffnungen (1b, 2b) ausgebildet sind, so dass sie den Ventilationskanälen (100, 100A, 100B, 100C) entsprechen.
Lichtmaschine nach Anspruch 2 oder 3, bei der eine gesamte axiale Länge einer Schaufel (5a) des Kühlventilators (5) in einer radialen Richtung die Wicklungsendengruppe (16f, 16r) im wesentlichen überlappt.
Lichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Ständerwicklung (16, 16A) in den Ständerkern (41, 41A) als eine umlaufende Wicklung eingefügt ist.
Lichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Ständerwicklung (16B, 16C) durch mehrere Wicklungsnebenabschnitte gebildet ist, die jeweils durch derartiges Einfügen eines elektrischen Leiters (50, 51, 60), dass er in einem vorbestimmten Schlitzintervall in den Schlitzen abwechselnd eine innere Lage und eine äußere Lage in einer Schlitztiefenrichtung (44B, 44C, 44D) belegt, aufgebaut sind.
Lichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Schlitze (44A, 44B, 44C, 44D) in einem Verhältnis von zwei oder mehreren pro Phase pro Pol ausgebildet sind.
Lichtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Ventilationskanäle in einer nicht gleichmäßigen Teilung angeordnet sind.