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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator,
der in einem Pkw oder Lkw montiert werden soll.
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Bisher
ist als eine Maßnahme
zur Lösung von
Umweltproblemen das Gewicht des Fahrzeugmotors reduziert worden,
während
das Fahrverhalten des Fahrzeugs durch Steigern des Motordrehmoments
verbessert wurde. Infolgedessen besteht bei der Motorvibration eine
Neigung zum Ansteigen, obgleich der Hubraum des Motors gleich geblieben
ist. Da der Fahrzeug-Wechselstromgenerator durch eine Halterung
am Motor befestigt ist, um durch den Motor angetrieben zu werden,
wird andererseits die Motorvibration auf den Wechselstromgenerator übertragen.
Daher besteht die Notwendigkeit, die vibrationsbeständige Struktur
des Wechselstromgenerators zu verbessern. Zudem muß der Fahrzeug-Wechselstromgenerator
auch leistungsstärker
und kompakter sein, um die Leerlaufdrehzahl des Motors und seinen Platzbedarf
im Motorraum zu reduzieren, um so ausreichend Platz für die Fahrgastzelle
sicherzustellen. Zudem ist eine Verringerung der Geräusche eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators
notwendig, um Forderungen seitens der Umwelt bezüglich einer Senkung des von
einem Fahrzeug verursachten Lärms
sowie die auf dem Markt gestellten Forderungen bezüglich einer
Lärmsenkung
in der Fahrgastzelle zu erfüllen.
Natürlich
sind die vorstehenden Verbesserungen bei geringem Kostenaufwand
zu erreichen.
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Die
WO98/54823 offenbart einen kompakten, leistungsstarken und geräuscharmen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator, der aus einer Statorwicklung besteht,
die von einer Mehrzahl von Leitersegmenten ausgebildet ist. Eines
der Leitersegmente, das sich von einer von mehreren Schichten von
einem von Schlitzen erstreckt, ist mit einem anderen Leitersegment
verbunden, das sich von einer anderen Schicht eines anderen Schlitzes
erstreckt. Somit kann ein Paar von Dreiphasen-Statorwicklungen mit geringem
Widerstand in einem Stator bei hohem Raumfaktor angebracht werden.
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Es
liegt jedoch kein Vorschlag bezüglich
der Vibrationsbeständigkeit
des Spulenendes der Statorwicklung vor, die gegenüber dem
Hauptabschnitt des Fahrzeug-Wechselstromgenerators über eine
geringe Steifigkeit verfügt.
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Die
vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen
Probleme erstellt worden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator
zu schaffen, dessen vibrationsbeständige Struktur durch Steigern
der Steifigkeit der Spulenenden der Statorwicklung verbessert wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, vibrationsbeständige Ausgangsdrähte zu verbessern, die
den Stator und eine Gleichrichtereinheit miteinander verbinden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine leistungsstarke und
kostengünstige
Statorwicklung zu schaffen, indem der Widerstand der Statorwicklung
verringert wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine geräuscharme Statorwicklung zu
schaffen, indem eine Mehrzahl von Wicklungen verwendet wird, die
voneinander phasenverschoben sind.
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Zur
Lösung
der vorstehenden Aufgaben gemäß einem
Merkmal der Erfindung, wird ein Fahrzeug-Wechselstromgenerator,
der einen Feldrotor mit einer Mehrzahl von klauenförmigen,
magnetischen Polstücken,
einen Stator mit einem Statorkern und einer mehrphasigen Statorwicklung
und einen Rahmen zum Tragen des Rotors und des Stators aufweist,
geschaffen. In einem derartigen Fahrzeug-Wechselstromgenerator liegen
folgende Merkmale vor: Die Statorwicklung weist zumindest zwei Paare
von im Schlitz liegenden Abschnitten, die in Tiefenrichtung jedes
der Schlitze ausgerichtet sind, und erste und zweite Spulenenden
auf, die sich jeweils von gegenüberliegenden,
axialen Enden der Schlitze erstrecken, um an denselben angeordnet
zu sein; das erste Spulenende weist eine Mehrzahl von Kreuzungsdrähten auf,
die jeweils einen der im Schlitz liegenden Abschnitte, der in einer
Schicht eines ersten der Schlitze angeordnet ist, und einen anderen
der im Schlitz liegenden Abschnitte, der in einer anderen Schicht
eines zweiten der Schlitze angeordnet ist, der von dem ersten der
Schlitze um eine engere Teilung als eine Polteilung zwischen den
N- und S-Polen beabstandet ist, verbinden; und das zweite Spulenende
weist eine Mehrzahl von Kreuzungsdrähten auf, die jeweils einen
der im Schlitz liegenden Abschnitte, der in einer Schicht eines
dritten der Schlitze angeordnet ist, mit einem anderen der im Schlitz
liegenden Abschnitte, der in einer anderen Schicht eines vierten
der Schlitze angeordnet ist, der von dem dritten der Schlitze durch
die Polteilung zwischen den N- und S-Polen beabstandet ist, verbinden.
Somit kann die Höhe
des ersten Spulenendes reduziert werden, so daß die Steifigkeit des ersten Spulenendes
erhöht
werden kann, wodurch die Vibrationsbeständigkeit gesteigert wird. Daneben
kann der Widerstand des ersten Spulenendes reduziert werden, wodurch
dessen Wärmeverlust
reduziert wird, um die Ausgangsleistung zu erhöhen.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung werden dem vorstehend beschriebenen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator folgende Merkmale hinzugefügt: Die
Statorwicklung weist eine Mehrzahl von Leitersegmenten auf; jedes
der Leitersegmente verfügt über einen
geneigten Abschnitt, der einen geneigten Abschnitt eines anderen
Leitersegments in einem der Spulenenden und einem Endabschnitt des geneigten
Abschnitts kreuzt; der Windungsabschnitt ist am ersten Spulenende
angeordnet; und ein Verbindungsabschnitt zum Verbinden des Abschnitts des
geneigten Abschnitts mit einem Endabschnitt eines anderen geneigten
Abschnitts ist am zweiten Spulenende angeordnet. Somit erlangt das
erste Spulenende Festigkeit, während
der Windungsabschnitt so ausgebildet ist, daß dessen Steifigkeit weiter
zunimmt, um die Vibrationsbeständigkeit
zu steigern.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird dem vorstehend beschriebenen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator folgendes Merkmal hinzugefügt: Einer
der im Schlitz liegenden Abschnitte, der in einem der Schlitze angeordnet
ist, ist mit einem anderen der im Schlitz liegenden Abschnitte,
der zu dem einen der Schlitze benachbart angeordnet ist, in Reihe
geschaltet, wodurch ein Abschnitt einer Phasenwicklung der Statorwicklung
ausgebildet wird. Somit können
die Leiter, die in den Schlitzen angeordnet sind, die voneinander
durch eine kürzere
Teilung als eine Polteilung am ersten Spulenende beabstandet sind,
einfacher miteinander verbunden werden. Diese Struktur kann zur
Senkung der Fertigungskosten beitragen.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird dem vorstehend beschriebenen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator folgendes Merkmal hinzugefügt: Jede
Ausgangsleitung der Statorwicklung erstreckt sich von dem ersten
Spulenende. Somit kann der Abstand zwischen dem ersten Spulenende,
dessen Höhe
reduziert werden kann, und der Gleichrichtereinheit ausreichend
lange ausgebildet werden, so daß ein
Radius einer gekrümmten
Biegung eines Ausgangsdrahts ausreichend groß ausgebildet werden kann,
um die Vibrationsbeständigkeit
zu steigern.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird dem vorstehend beschriebenen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator folgendes Merkmal hinzugefügt: Die
in Reihe geschalteten Leitersegmente, die in den benachbarten beiden
Schlitzen angeordnet sind, erstrecken sich jeweils in entgegengesetzte
Umfangsrichtungen. Daher können
die Leiter, die in den Schlitzen angeordnet sind, die voneinander
um eine kürzere
Teilung als die Polteilung beabstandet sind, am ersten Spulenende
ohne weiteres verbunden werden. Folglich kann die Steifigkeit des Spulenendes
erhöht
werden, um die Vibrationsbeständigkeit
bei geringem Kostenaufwand zu steigern.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird dem vorstehend beschriebenen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator folgendes Merkmal hinzugefügt: Die
mehreren Schlitze sind aus einer ersten Schlitzgruppe, die Schlitze
aufweist, die voneinander durch eine Polteilung beabstandet sind,
und aus einer zweiten Schlitzgruppe ausgebildet, die Schlitze aufweist,
die jeweils benachbart zu den Schlitzen der ersten Gruppe angeordnet
sind und von der ersten Schlitzgruppe um 30 Grad in einem elektrischen
Winkel beabstandet sind; eine erste Mehrphasenwicklung ist in der
ersten Schlitzgruppe angeordnet; eine zweite Mehrphasenwicklung
in der zweiten Schlitzgruppe angeordnet ist; und die Ausgangsleistung
wird durch die erste und die zweite Mehrphasenwicklung separat bereitgestellt
wird. Somit kann die Steifigkeit des Spulenendes erhöht werden,
um die Vibrationsbeständigkeit
zu erhöhen,
und das magnetische Rauschen kann reduziert werden, indem ein Paar
von Mehrphasenwicklungen, die um 30 Grad in einem elektrischen Winkel
voneinander verschoben sind, miteinander verbunden werden.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung
sowie die Funktionen von dazugehörigen
Teilen der vorliegenden Erfindung werden bei Betrachtung der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung, der angehängten
Ansprüche
und der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Gesamtansicht, die einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 einen
Verdrahtungsplan eines Abschnitts einer Phasenwicklung einer Statorwicklung gemäß der ersten
Ausführungsform;
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3 eine
schematische Darstellung eines Abschnitts der Wicklungen, die in 2 gezeigt
sind;
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4 eine
schematische Darstellung, die eine Phasenbeziehung zwischen zwei
Wicklungsgruppen der Statorwicklung darstellt;
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5 einen
Verdrahtungsplan, der die gesamten Statorwicklungen gemäß der ersten
Ausführungsform
beinhaltet;
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6 eine
Seitenansicht eines Ausgangsdrahts der Statorwicklung gemäß der ersten
Ausführungsform;
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7 eine
schematische Darstellung, die einen Abschnitt einer Statorwicklung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
darstellt;
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8 eine
Wicklungsdarstellung, die einen Abschnitt einer Statorwicklung gemäß der dritten Ausführungsform
darstellt;
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9 eine
Wicklungsdarstellung, die einen Abschnitt einer Phasenwicklung einer
bekannten Statorwicklung darstellt; und
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10 eine
Wicklungsdarstellung, die die gesamte bekannte Statorwicklung darstellt.
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Nachstehend
werden verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Ein
Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1–6 beschrieben.
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Der
Fahrzeug-Wechselstromgenerator 1 arbeitet, wenn ein Drehmoment
von einem Motor an eine Riemenscheibe 20 übertragen
wird, und ein Rotor 2, der die Riemenscheibe 20 trägt, dreht
sich, während
ein Feldstrom über
ein Paar von Schleifringen 9 und 10 einer Feldspule 8 zugeführt wird,
die im Rotor 2 befestigt ist. Wird der Feldstrom der Feldspule 8 zugeführt, entstehen
an den Polkernen 71, 72 N- und S-Pole, so daß im Statorkern 31 eine
Wechselspannung erzeugt wird. Eine Gleichrichtereinheit 5 ist mit
einem Ausgangsdraht 311 der Statorwicklung 31 verbunden,
um eine Gleichstromleistung an einem Ausgangsanschluß 6 der
Gleichrichtereinheit 5 bereitzustellen. An den Polkernen 71, 72 sind
Kühllüfter 11, 12 befestigt,
so daß von
den Öffnungen 41,
die an den axialen Endabschnitten des Rahmens 4 ausgebildet
sind, Kühlluft
eingeführt
wird, und aus den Öffnungen 42,
die an den radial äußeren Abschnitten des
Rahmens 4 ausgebildet sind, abgeführt wird.
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Die
Statorwicklung 31 ist in den Schlitzen des Statorkerns 32 über Isolatoren 34 befestigt.
Die Statorwicklung 31 ist aus einer Mehrzahl von Paaren von
U-förmigen Leitersegmenten
ausgebildet. Wie in 2 gezeigt ist, sind Windungsabschnitte 33a am ersten
Spulenende 31a angeordnet, und Verbindungsabschnitte 33b sind
am zweiten Spulenende 31b angeordnet. Die Zahl der NS-Pole
ist 8, und ein Paar von Dreiphasenwicklungen ist in den Schlitzen angeordnet,
wie in 3 gezeigt ist. Die Zahl der Schlitze ist 96,
und eine Polteilung der Pole, die in der Umfangsrichtung des Rotors 2 angeordnet
sind, entspricht 6 Schlitzteilungen.
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Wie
durch eine Strich-Punkt-Linie, eine gestrichelte Linie, eine durchgehende
Linie und eine Strich-Doppelpunkt-Linie in 2 und 3 angezeigt
ist, sind die Leitersegmente jeweils entfernt von der Innenseite
des Schlitzes zu dessen Außenseite
in radialer Richtung angeordnet. Am ersten Spulenende 31a ist
jedes U-förmige
Leitersegment in zwei Schlitze, die um 5 Schlitzteilungen voneinander
beabstandet sind, die kürzer
als eine Polteilung sind, in voneinander unterschiedlichen Schichten
der Schlitze eingefügt.
Die Leitersegmente, die in zwei Schlitze, die um 6 Schlitzteilungen
oder eine Polteilung voneinander beabstandet sind, eingefügt sind,
sind am zweiten Spulenende 31b verschweißt. Eine Mehrzahl
von Paaren von Leitersegmenten, die sich von zwei Schlitzen erstrecken,
die benachbart zueinander sind, sind in Reihe geschaltet, um eine
X-Phasenwicklung der ersten Dreiphasenwicklung auszubilden. Gleichermaßen sind
eine Y-Phasenwicklung und
eine Z-Phasenwicklung, die um 120 Grad in einem elektrischen Winkel
verschoben sind, ausgebildet, wodurch die erste Dreiphasenwicklung
ausgebildet wird. Gleichermaßen
ist die zweite Dreiphasenwicklung (die aus einer U-Phasen-, eine
V-Phasen- und einer W-Phasenwicklung besteht) an Positionen ausgebildet,
die um 30 Grad in einem elektrischen Winkel von der ersten Dreiphasenwicklung
verschoben sind. In jeden Schlitz sind Leitersegmente der ersten
und der zweiten Dreiphasenwicklung eingefügt. Eine Spule X1 der Phasenwicklung
X und eine Spule U1 der Phasenwicklung U sind in den gleichen Schlitz
eingefügt,
wie in 3 gezeigt ist.
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Weil
jedes der erfindungsgemäßen Leitersegmente
in zwei Schlitzen angeordnet ist, die am ersten Spulenende 31a um
5 Schlitzteilungen voneinander beabstandet sind, kann die Länge des
geneigten Abschnitts des ersten Spulenendes 31a im Verhältnis der
Schlitzteilungen reduziert werden, wenn man dies mit einer herkömmlichen
Wicklung vergleicht, wo sie in zwei Schlitzen angeordnet sind, die
um eine Polteilung oder 6 Polteilungen voneinander beabstandet sind,
wie in 9 und 10 gezeigt
ist.
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Somit
kann die Höhe
des Spulenendes proportional reduziert werden. Folglich kann die
Vibrationsbeständigkeit
des Spulenendes 31a verbessert werden. Zudem kann die Länge der
Statorwicklung verringert werden, so daß ein Betriebswärmeverlust verringert
und die Effizienz und Ausgangsleistung gesteigert werden können.
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Ferner
kann die Höhe
des Spulenendes 31a verringert werden, so daß der Radius
einer gekrümmten
Biegung des Ausgangsdrahts 311 größer gemacht werden kann als
der eines herkömmlichen Stators,
ohne die Position des Gleichrichters zu ändern, wie in 6 gezeigt
ist. Daher kann die Vibrationsbeständigkeit des Ausgangsdrahts 311 erhöht werden,
wodurch verhindert wird, daß der
Ausgangsdraht 311 abbricht.
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Wie
in 3 gezeigt ist, sind die Spulen, die voneinander
phasenverschoben sind, in Reihe geschaltet, um eine Phasenspule
zu bilden, die mit anderen in einer versetzten Sternschaltung verbunden ist.
Diese Schaltung kann eine Magnetfeldverzerrung streuen, die durch
die Reaktion des Ankers hervorgerufen wird, so daß das magnetische
Rauschen reduziert werden kann. Da zwei Phasenwicklungen, die um
30 Grad in einem Phasenwinkel voneinander verschoben sind, eine
versetzte Dreiphasenwicklung auszubilden, kann eine magnetische
Vibration unwirksam werden, so daß das magnetische Rauschen weiter
reduziert werden kann.
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In
der ersten Ausführungsform
beträgt
die Anzahl der Schlitze doppelt soviel wie bei dem herkömmlichen
Stator. Wie in 7 gezeigt ist, kann jedoch die
Zahl der Schlitze des Stators gemäß der zweiten Ausführungsform
mit dem herkömmlichen Stator
identisch sein. In diesem Fall ist ein Spulenende so ausgebildet,
daß es
die Leitersegmente zwischen zwei Schlitzteilungen miteinander verbindet, was
enger ist als 3 Schlitzteilungen, die einer Polteilung entsprechen,
so daß die
Höhe des
Spulenendes so niedrig ausgeführt
werden kann wie bei der ersten Ausführungsform, wodurch die Vibrationsbeständigkeit
des Ausgangsdrahts erhöht
werden kann.
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In
der ersten Ausführungsform
sind die Leitersegmente, die in den beiden benachbarten Schlitzen
angeordnet sind, in Reihe geschaltet. Der Stator gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung ist jedoch anders. Wie in 8 gezeigt
ist, können
die Leitersegmente in drei benachbarten Schlitzen in Reihe geschaltet
werden, um eine Phasenspule auszubilden, die am Spulenende 31a auf
der Seite der Windungsabschnitte mit einer anderen in dem Schlitz verbunden
ist, der um eine kürzere
Schlitzteilung als eine Polteilung beabstandet ist. In 8 ist
die Zahl eines jeden N-Pols und S-Pols 6, die Zahl der
Schlitzteilungen ist 72. Das heißt, 6 Schlitze pro Polteilung. Die
Zahl der Leiter in einer Phase ist etwa 8. In diesem Fall kann der
gleiche Effekt erzielt werden.
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In
den vorstehenden Ausführungsformen
ist eine Statorwicklung aus einer Mehrzahl von Leitersegmenten ausgebildet,
die über
Windungsabschnitte verfügen.
Eine derartige Statorwicklung kann aus durchgehenden Drähten ausgebildet
sein. In diesem Fall wird ein Spulenende durch Verbinden von Leitern in
Schlitzen ausgebildet, die um eine NS-Polteilung voneinander beabstandet
sind, und das andere Spulenende wird durch Verbinden von Leitern
in Schlitzen ausgebildet, die um eine kürzere Teilung als die NS-Polteilung voneinander
beabstandet sind.
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Die
Zahl der NS-Pole und der benachbarten Schlitze für eine Reihenschaltung kann
entsprechend der geforderten Ausgangsleistungskennlinien verändert werden.
Die Sternschaltung der Wicklungen kann in eine Dreieckschaltung
oder kombinierte Wicklungen von Stern- und Dreieckschaltungen verändert werden.
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In
der vorstehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist die
Erfindung unter Bezugnahme auf ihre speziellen Ausführungsformen
offenbart worden. Es wird jedoch deutlich, daß an den spezifischen Ausführungsformen
verschiedene Modifizierungen und Veränderungen vorgenommen werden
können,
ohne vom in den beigefügten
Ansprüchen
aufgeführten
Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.