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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator für Fahrzeuge,
welcher in Kraftfahrzeuge, Lastwagen und so weiter eingebaut wird.
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STAND DER
TECHNIK
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Der
Maschinenraum wurde kürzlich
immer enger und zwar aufgrund der abfallenden Frontpartie, um den
Fahrzeugfahrwiderstand zu reduzieren und aufgrund des Bedarfes zur
Sicherung eines Fahrgastraumes von Wagenabteilen und da kaum Raum
als Einbauraum für
einen Wechselstromgenerator für
Fahrzeuge vorhanden ist. Auf der anderen Seite nimmt die Zahl der
Umdrehungen der Maschine ab und die Umdrehung des Wechselstromgenerators für Fahrzeuge
wird ebenfalls abgesenkt, um die Brennstoffkosten zu verbessern,
während
eine Zunahme der elektrischen Lasten wie beispielsweise Sicherheitssteuereinrichtungen
im Trend liegt, was zu einem Bedarf einer Erhöhung der Generator-Leistung
in zunehmender Weise führt.
Ferner wurde auch die Leistung erhöht, während jedoch die Maschine miniaturisiert
wurde und auch im Gewicht reduziert wurde, wobei als Ergebnis Vibrationen
zunehmen und Vibrationen, die auf den Generator einwirken, der an
der Maschine angebaut ist, ebenfalls zunehmen.
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Ferner
wurden die Maschinengeräusche kürzlich abgesenkt
und zwar aufgrund des sozialen Bedarfes hinsichtlich einer Reduzierung
der Geräuschentwicklung
außerhalb
des Fahrzeugs und zur Verbesserung der Qualität der Waren in Ausdrücken einer
Erhöhung
der Geräuschdämpfung der
Fahrzeugabteile. Spezieller gesagt sind die magnetischen Geräusche des
Wechselstromgenerators für
Fahrzeuge, die durch die Generierung hervorgerufen werden, für das Ohr
offensiv.
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Wie
oben beschrieben ist, bestand ein Bedarf dafür einen Wechselstromgenerator
für Fahrzeuge
mit niedrigen Kosten und geringer Größe zu schaffen, der eine hohe
Ausgangsleistung besitzt, einen ausgezeichneten Widerstand gegenüber einer Vibration
aufweist und geringe Geräuschentwicklung zeitigt.
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Wenn
auf der anderen Seite bei dem herkömmlichen Wechselstromgenerator
für Fahrzeuge der
Stator in Lage gehalten wird und sowohl an vorderen als auch hinteren
Rahmen gesichert wird, werden eine Vielzahl an Flanschen in einer
Richtung vorgesehen und zwar entsprechend einem Außendurchmesser
an einer Position, an welcher sowohl die Rahmen in Nachbarschaft
gegenüberliegen
und zwar an einem Ende einer Öffnung
des Rahmens in Kontakt mit einem Statorkern 32, wobei die
Flansche mit Schraubenbolzenlöchern
oder Gewindelöchern ausgebildet
sind und mit Hilfe von Durchgangsschrauben oder Durchgangsbolzen
befestigt werden. Da jedoch bei der oben beschriebenen Konstruktion die
Flansche der Rahmen axial an einer externen Durchmesserposition
der Rahmen befestigt sind, wird eine Momentkraftkomponente M gemäß der Darstellung
in 9 aufgebracht, so dass das Ende der Öffnung des
flaschenförmigen
Rahmens verzerrt wird und eine axiale Berührungsfläche zwischen dem Statorkern
und dem Rahmen reduziert wird. Dadurch steigt der Flächendruck
der Kontaktfläche
an und wird daher durch den Rand des Endes des Statorkernes geformt
und verschlissen, der aus Eisen gebildet ist, das durch Aluminium
ersetzt ist, welches allgemein als Material für Rahmen verwendet wird. Aufgrund
der laufenden Umweltbeeinflussung, bei der Vibrationen von außerhalb
auf den Generator in der oben erläuterten Weise einwirken, wird
der Verschleiß noch
weiter beschleunigt. Wenn der Verschleiß voranschreitet, verkürzt sich
der axiale Abstand zwischen den Rahmen und die Durchgangsbolzen,
durch die der Statorkern und die Rahmen befestigt sind und axial
gesichert sind, wird lose, was zu dem folgenden Problem führt. Das
heißt
die Zentrumsachse zwischen dem Rotor und dem Stator weicht ab, so
dass ein Luftspalt zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem
Innenumfang des Stators gebildet wird und dieser auch ungleichmäßig wird und
auch eine magnetische Anziehung derselben, die über dem Luftspalt erfolgt,
ebenfalls ungleichmäßig wird,
wodurch dann die magnetisch bedingten Geräusche erhöht werden.
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Da
ferner die Steifigkeit des gesamten Generators gemindert wird kann
aufgrund der externen Vibrationen und der Resonanzerscheinung, durch
die der Statorkern sich relativ in einer Umfangsrichtung zwischen
den Rahmen dreht, zu einem Bruch eines Verbindungsdrahtes zwischen
einer Statorwicklung und einem Gleichrichter führen, was die Gefahr mit sich
bringt, dass der Generator angehalten wird. Ferner nehmen auch die
Vibrationen des gesamten Generators schlagartig aufgrund der Resonanz
zu, wodurch eine übermäßige Spannung
auf die verschiedenen Teile ausgeübt wird wie beispielsweise
auf den Gleichrichter, so dass diese möglicherweise zu Bruch gehen.
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Auf
der anderen Seite besteht vom Gesichtspunkt der Schaffung eines
kostengünstigen
Generators der Statorkern des Generators allgemein aus einem Spiraltyp-Kern,
der dadurch gebildet wird indem man eine bandförmige Stahlplatte spiralförmig wickelt.
In diesem Fall besitzen beide axialen Enden, die einen Anfang der
Wicklung und ein Ende der Wicklung bilden, die gleiche Neigung,
die verschieden von 90° ist
und zwar in Bezug auf die Zentrumsachse. Die Kontaktfläche zwischen
einem axialen Ende und dem Rahmen reduziert weiter die Kontaktfläche und
bei der anderen Kontaktfläche
erfolgt ein Gleiten entlang der Neigung der Kontaktfläche des Stators,
so dass die Öffnung
des Rahmens dazu neigt sich aufzuweiten, wodurch der axiale Abstand zwischen
den beiden Rahmen reduziert wird. Bei dem oben beschriebenen Statorkern
vom Spiraltyp wird das Auftreten eines Losewerdens der Durchgangsbolzen
beschleunigt.
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Ferner
wird im Vergleich zu dem Kern, bei dem getrennte Stahlplatten laminiert
sind, wie dies in der
JP
7031086 A offenbart ist, der Statorkern vom Spiraltyp,
wie er aus der
JP 2095147
A bekannt ist, aus einem dünnen Stahlblech geformt, um
die Spiralwicklung zu vereinfachen, wodurch aber dann die Steifigkeit
abgesenkt wird. Daher neigt der Statorkern dazu durch die Befestigungskraft
der Durchgangsbolzen oder Durchgangsschrauben verformt zu werden.
Es entsteht auch ein Problem hinsichtlich einer Erhöhung der
Magnetgeräuschentwicklung,
die durch eine Verschlechterung der Kreisförmigkeit eines Innenumfangs
verursacht wird.
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Als
Gegenmaßnahme
gegen das zuvor beschriebene Problem wird ein Heiß-Einschub-System verwendet,
bei dem eine Interferenz-Passung dazu verwendet wird, um eine Passung
zwischen dem Rahmen und dem Statorkern herzustellen, wobei im zusammengebauten
Zustand der Rahmen im Voraus erhitzt wird und zwar nicht nur abhängig von
den festgelegten Durchgangsbolzen oder Durchgangsschrauben zwischen
dem Rahmen und dem Statorkern.
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Es
ist auch vorstellbar, dass die axiale Befestigungskraft der Durchgangsbolzen
erhöht
wird, und dadurch die Sicherungskraft zwischen dem Statorkern und
dem Rahmen zu vergrößern. In
diesem Fall wird jedoch die Momentkraftkomponente M erhöht und das
Ende der Öffnung
des napfförmig
gestalteten Rahmens wird weiter verschlechtert. Es ist daher vorstellbar,
dass ein zylinderförmiger äußerer Umfangsabschnitt
des Rahmens in seiner Dicke vergrößert wird, um die Steifigkeit
des Rahmens in einem Versuch zu erhöhen, die Verzerrung zu reduzieren.
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Auf
der anderen Seite wird durch das Erhöhen der Momentkraftkomponente
M der Statorkern in der Nachbarschaft der Durchgangsbolzen zur Innenumfangsseite
hin verformt, so dass die Kreisförmigkeit
des Innenumfanges des Kernes verschlechtert wird. Dies gibt Anlass
zu einem neuen Problem, bei dem ein Luftspalt zwischen dem Außenumfang
des Rotors und dem Innenumfang des Stators ungleichmäßig wird
und die magnetische Geräuschentwicklung
erhöht
wird. Bei dem Statorkern vom Spiraltyp, dessen Steifigkeit niedrig
ist, ist diese Neigung ausgeprägt.
Um dieses Problem zu lösen
werden Nuten in der Nachbarschaft der Flansche der Rahmen vorgesehen,
um die Durchgangsbolzen zu befestigen, und eine Verformung des Statorkerns
zu verhindern, wie dies in der japanischen Patentanmeldung Nummer
Hei 7-245901 offenbart ist.
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Bei
dem oben beschriebenen Heiß-Einschub-System
ist die Zahl der Produktionsschritte und der Ausrüstung erhöht, was
eine Versorgung mit einem kostengünstigen Generator behindert.
Wenn ferner die Temperatur des Generators aufgrund der Stromerzeugung
erhöht
wird, wird die Zusammenpassung gelockert und zwar aufgrund des Unterschiedes
in dem Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Aluminium, welches
das Material für
den Rahmen darstellt, und dem Eisen, welches das Material für den Rotorkern 32 bildet,
und wenn eine ausreichende Interferenz-Passung in beabsichtigter Weise
sichergestellt werden soll und zwar unter den zuvor erläuterten
Bedingungen, wird umgekehrt eine hohe Zugspannung immer auf den
Rahmen ausgeübt,
wenn das Fahrzeug anhält,
was zu einem Problem eines Bruches oder Beschädigung des Rahmens in einem
kalten Distrikt führt.
Wenn der Rahmen aus dem gleichen Eisen wie der Statorkern 32 hergestellt
wird, verschwindet zwar die Lockerung der Ineinanderpassung, verursacht
durch den Unterschied in dem Ausdehnungskoeffizienten, es ergeben
sich jedoch dabei Probleme einer Absenkung der Ausgangsleistung
und zwar verursacht durch eine Leckage des Magnetflusses und es
entstehen beträchtliche
Erhöhungen
hinsichtlich der Verarbeitungskosten und des Gewichtes. In einem
Fall, bei dem der Statorkern vom Spiraltyp verwendet wird, wird
die Steifigkeit in der oben beschriebenen Weise abgesenkt. Es ergibt
sich daher ein Problem dahingehend, dass die Verformung aufgrund
des Interferenz-Sitzes oder Interferenz-Passung zwischen dem Kern
und dem Rahmen zunimmt und die Kreisförmigkeit des Innenumfangs als
ein Ergebnis verschlechtert wird, wobei die magnetische Geräuschentwicklung
zunimmt.
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Um
ferner bei einem Verfahren gemäß der Ausbildung
einer Wandstärke
in dickerer Ausführung zur
Erhöhung
der Steifigkeit des Rahmens zu erreichen, um eine Verformung und
eine Verzerrung des Öffnungsrahmens
zu reduzieren, ist es erforderlich zum Erzielen ausreichender Wirkungen
die Dicke des Außendurchmessers
des gesamten Rahmens in beträchtlicher
Weise zu erhöhen,
was aber wieder zu einem Problem gemäß einer Erhöhung des Einbauraumes für die Maschine
und einem Problem hinsichtlich des Gewichtes führt.
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Ferner
verbleiben bei dem Verfahren gemäß der oben
beschriebenen japanischen Patentanmeldung Nummer Hei 7-245901 bei
den Kontaktflächen, die
von den Flanschen verschieden sind, die Verzerrung des Endes der Öffnung des
Rahmens, verursacht durch die Momentkraftkomponente M und das Auftreten
des Verschleißes der
Kontaktfläche,
was damit einhergeht, die gleichen wie beim Stand der Technik und
das Problem der Absenkung der Befestigungskraft der Bolzen oder
Schrauben wird dabei nicht gelöst.
Ferner existiert das Problem der Erhöhung der magnetischen Geräuschentwicklung,
verursacht durch eine Verschlechterung der Kreisförmigkeit
des Innenumfanges in einem Fall, bei dem der Statorkern vom Spiraltyp
verwendet wird, dessen Steifigkeit niedrig ist, weiterhin.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst
die herkömmlichen
Probleme, wie sie oben angesprochen sind. Es ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung einen kostengünstigen
Wechselstromgenerator für
Fahrzeuge zu schaffen, bei dem das Auftreten einer Lockerung der Durchgangsbolzen
oder Durchgangsschrauben verhindert wird, der eine kleine Größe besitzt,
eine hohe Ausgangsleistung aufweist und einen ausgezeichneten Widerstand
gegenüber
einer Vibration zeigt und eine geringe Geräuschentwicklung aufweist.
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Um
die zuvor angesprochenen Problem zu lösen wird bei dem Generator
nach der vorliegenden Erfindung eine Ausnehmung in einer axialen
Richtung eines Außenumfangsabschnitts
eines Spiral-Statorkernes vorgesehen und eine axiale Zentrumsposition
eines Durchgangsbolzens oder einer Durchgangsschraube, die in der
Ausnehmung geführt
wird, wird dadurch gesteuert, um dadurch in beträchtlicher Weise eine Momentkomponente
zu reduzieren, wenn der Durchgangsbolzen oder Durchgangsschraube
axial befestigt wird, um einen Verschleiß einer Kontaktfläche zwischen
einem Rahmen und dem Statorkern zu unterdrücken und um das Auftreten eines
Lockerwerdens des Durchgangsbolzen oder der Durchgangsschraube in
gleicher Weise wie eine Verformung des Spiral-Statorkernes zu unterdrücken, um
eine Zunahme in der magnetischen Geräuschentwicklung zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Wechselstromgenerator für
Fahrzeuge gemäß dem Patentanspruch
geschaffen, der aufweist: einen Feldrotor mit einem Lüfter an wenigstens
einer Seite eines axialen Endes, einem Stator, der gegenüberliegend
den Außenumfang
des Rotors angeordnet ist und der einen laminierten Kern aufweist
mit einer Vielzahl an Schlitzen und zwar auf der innseitigen Durchmesserseite, und
ein Joch auf der Außendurchmesserseite
aufweist und eine Statorwicklung in dem Schlitz aufgenommen ist,
mit einem Paar von napfförmig
gestalteten Rahmen zur Halterung des Rotors und des Stators, und
mit einem Durchgangsbolzen oder einer Durchgangsschraube für eine axiale
Befestigung und Fixierung des Stators durch das Paar der Rahmen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Statorwicklung durch spiralförmiges Aufwickeln
und Laminieren einer bandförmigen
Stahlplatte gebildet ist, so dass sie eine angenähert zylinderförmige Gestalt
aufweist, das Joch mit seinen axialen beiden Enden in Berührung mit
einem nahe gelegenen Ende einer Öffnung eines
napfförmigen
Abschnitts des Rahmens platziert ist, wobei der nahe gelegene zylinderförmige Statorkern
an seiner Außenumfangsfläche mit
einer Vielzahl an axial eingedrückten
Ausnehmungen ausgestattet ist und ein axiales Zentrum des Durchgangsbolzens
oder der Durchgangsschraube innerhalb eines Kreises angeordnet ist,
dessen Radius um 1/3 eines Diametral-Querschnittsdurchmessers des Durchgangsbolzens
größer ist
als ein imaginärer größter Außenseiterdurchmesser
des Statorkernes in der Ausnehmung. Eine Momentkomponente, die durch
eine axiale Befestigungskraft des Durchgangsbolzens oder der Durchgangsschraube
verursacht wird, wird dadurch in beträchtlicher Weise reduziert und
eine Verzerrung oder Verformung des Endes der Öffnung des Rahmens wird unterdrückt. Daher
kann eine axiale Kontaktfläche
zwischen dem Statorkern und dem Rahmen sichergestellt werden, so
dass ein Voranschreiten eines Verschleißes der Rahmenkontaktfläche verhindert
wird, wobei die axiale Befestigungskraft des Durchgangsbolzens aufrecht
erhalten wird und nahezu die gesamte axiale Befestigungskraft dem
Zweck dient den Statorkern und die Rahmen zu fixieren, wodurch die
Steifigkeit des gesamten Generators erhöht wird und den neuerlichen schwerwiegenden
Umweltbedingungen von externen Vibrationsbedingungen von der Maschine
ein Widerstand entgegengesetzt wird. Speziell in einem Fall, bei
dem die spiralförmig
gewickelte und laminierte Spiraltyp-Statorwicklung verwendet wird, kann
eine weitere Reduzierung der einen Rahmenkontaktfläche, verursacht
durch die Neigung von beiden Enden in der axialen Richtung des Kernes
und aufgrund der Einfachheit der Aufweitung, verursacht durch das Gleiten
der anderen Rahmenöffnung, überwunden werden.
Die Festhalte- oder Zurückhaltewirkung
der axialen Befestigungskraft des Durchgangsbolzens oder der Durchgangsschraube
wird weiter erhöht
und zwar verglichen mit einer herkömmlichen Befestigung und herkömmlichen
Fixierungskonstruktionen. Da ferner eine Verformung, verursacht
durch die geringere Steifigkeit des Statorkerns vom Spiraltyp unterdrückt wird,
werden die magnetisch bedingten Geräusche, verursacht durch die
Verschlechterung der Kreisförmigkeit
des Innenumfangs nicht erhöht.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Wechselstromgenerator für Fahrzeuge
geschaffen, bei dem die Ausnehmung angenähert halbkreisförmig ausgebildet
ist, der Durchgangsbolzen kreisförmig
im Querschnitt gestaltet ist und bei dem der Durchgangsbolzen durch
die halbkreisförmige
Ausnehmung geführt
wird, wodurch das axiale Zentrum des Durchgangsbolzens innerhalb
des Kreises angeordnet wird, dessen Radius um 1/3 des diametralen Querschnittsdurchmessers
des Durchgangsbolzens größer ist
als der imaginäre
größte Außendurchmesser
des Statorkernes in der Ausnehmung.
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Da
der Außendurchmesser
des Durchgangsbolzens entlang der Ausnehmung geführt wird, wenn der Durchgangsbolzen
oder die Durchgangsschraube montiert wird, kann das Außengewinde
in einfacher Weise in das Innengewinde eingeführt werden. Es ist dabei nicht
erforderlich eine große
Führung
zu der Öffnung
des Innengewindes hin anzuwenden, was zu einer Vereinfachung bei
der Montage und der Verarbeitung führt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Wechselstromgenerator für Fahrzeuge
geschaffen, bei dem der laminierte Kern durch Schweißen entlang
der axialen Richtung in der Ausnehmungsfläche angefügt ist. Die Steifigkeit der
Ausnehmung, in der eine kompressive Kraft wirkt und zwar aufgrund
der Befestigung des Durchgangsbolzens, wird weiter erhöht, um eine
Verformung des Statorkerns 32 zu verhindern, wodurch eine
Erhöhung
in der magnetischen Geräuschentwicklung,
verursacht durch eine fehlerhafte Kreisförmigkeit des Innenumfangs verschwindet,
und das Aufbauen einer Schweißverbindung
in der Nachbarschaft der Kontaktfläche zwischen dem Kern und dem
Rahmen nicht vorhanden ist, so dass dadurch die Montagebearbeitbarkeit
erhöht
wird.
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Gemäß einem
noch weitern Aspekt der Erfindung wird ein Wechselstromgenerator
für Fahrzeuge geschaffen,
bei dem die Außenumfangsfläche des Durchgangsbolzens
extrem dicht in der Ausnehmung in einem Abschnitt gegenüber der
Ausnehmung zu liegen kommt. Eine Magnetlinie der Kraft wird dazu veranlasst
durch den Durchgangsbolzen zu verlaufen, sodass ein magnetischer
Pfad in dem Statorkern 32 vergrößert wird und zwar verglichen
mit dem Fall, bei dem die Außenumfangsfläche des
Durchgangsbolzens oder der Durchgangsschraube nicht dicht in der
Ausnehmung anliegt, wodurch die Ausgangsleistung erhöht wird.
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Gemäß einem
noch anderen Aspekt der Erfindung wird ein Wechselstromgenerator
für Fahrzeuge
geschaffen, bei dem die Statorwicklung, von der wenigstens ein Abschnitt
in dem Schlitz gelegen ist, angenähert rechteckförmig entlang
der Schlitzgestalt ausgebildet ist und wobei der Schlitz nahezu
mit einer Vielzahl der Wicklungen gefüllt ist. Da die Steifigkeit
des gesamten Stators erhöht
wird, werden eine Verformung des Statorkernes, verursacht durch
die Befestigung des Durchgangsbolzens und eine fehlerhafte Kreisförmigkeit
des Innenumfangs des Statorkernes, die daraus resultiert, verhindert
und es wird auch die magnetische Geräuschentwicklung nicht erhöht.
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Gemäß wenigstens
einem Aspekt der Erfindung wird auch ein Wechselstromgenerator für Fahrzeuge
geschaffen, bei dem das axiale Zentrum des Durchgangsbolzens oder
der Durchgangsschraube innerhalb eines Kreises angeordnet ist, dessen
Radius um 2/3 eines diametralen Querschnittsdurchmessers des Durchgangsbolzens
größer ist
als ein imaginärer
größter Außenseitendurchmesser
des Statorkernes in der Ausnehmung. Die Momentkomponente, die durch
die axiale Befestigungskraft des Durchgangsbolzens verursacht wird,
wird beträchtlich
reduziert, wodurch ein Voranschreiten eines Verschleißes der
Rahmenkontaktfläche
verhindert wird, die axiale Befestigungskraft des Durchgangsbolzens aufrecht
erhalten wird, eine Verformung des Stators vom Spiraltyp unterdrückt wird,
um eine Erhöhung
in der magnetischen Geräuschentwicklung
zu beseitigen, wobei zusätzlich
eine Absenkung der Ausgangsleistung verursacht durch eine Reduzierung des
magnetischen Pfadbereiches beziehungsweise der Magnetpfadfläche in einen
magnetischen Kreis unterdrückt
werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht von Hauptteilen eines Wechselstromgenerators
für Fahrzeuge
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt
eine axiale Querschnittsansicht von Umfängen eines Stators gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (ausgenommen einem Rotor);
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3 ist
eine diametrale Querschnittsansicht der Umfänge eines Stators gemäß der ersten Ausführungsform
(eine Teilquerschnittsansicht eines Stators, wobei ein Teil einer
Statorwicklung, ausgenommen einen Rotor veranschaulicht ist);
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4 zeigt
eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Statorkernes 32 wiedergibt;
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5 zeigt
einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer diametralen Position
eines Durchgangsbolzens oder einer Durchgangsschraube und eines
Drehmoments des Bolzens darstellt;
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6 zeigt
eine Teilschnittansicht eines Stators in einem Fall, bei dem eine
Statorwicklung nahezu rechteckförmig
entlang der Schlitzgestalt verläuft;
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7 ist
eine diametrale Querschnittsansicht von Umfängen eines Stators gemäß einer
anderen Ausführungsform;
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8 veranschaulicht
einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer diametralen Position des
Durchgangsbolzens und einer Ausgangsleistung darstellt;
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9 ist
eine axiale Querschnittsansicht, welche für eine Funktion repräsentativ
ist, wenn ein herkömmlicher
Stator befestigt und fixiert wird;
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10 zeigt
eine axiale Querschnittsansicht, die für eine Funktion repräsentativ
ist, wenn ein herkömmlicher
Stator befestigt und fixiert wird.
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DIE BESTE
ART DIE ERFINDUNG DURCHZUFÜHREN
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Ein
Wechselstromgenerator für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden auf der Grundlage von Ausführungsformen,
die in den Zeichnungen dargestellt sind, erläutert.
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Die 1 bis 3 zeigen
eine erste Ausführungsform
der Erfindung. 1 ist eine axiale Querschnittsansicht
von Hauptteilen eines Wechselstromgenerators für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei 2 eine axiale Querschnittsansicht
von Peripherien eines Stators gemäß der vorliegenden Ausführungsform
wiedergibt (ausgenommen einem Rotor), und wobei 3 eine
diametrale Querschnittsansicht der Peripherien eines Stators gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
zeigt (wobei ein Teil einer Statorwicklung, ausgenommen einem Rotor,
dargestellt ist).
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Ein
Wechselstromgenerator für
Fahrzeuge 1 umfasst einen Rotor 2, der als ein
Feld funktioniert, ferner einen Stator 3, der als Anker
fungiert, Rahmen 4, 5 zur Halterung des Rotors
und des Stators, einen Gleichrichter 6, der elektrisch
mit dem Stator 3 verbunden ist, um Wechselstromenergie
in Gleichstromenergie umzuwandeln und so weiter.
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Der
Rotor 2 dreht sich zusammenhängend mit einer Welle 6 und
umfasst zwei Sätze
an Lundell-Polkernen 7, einem Kühlventilator 9, eine
Feldwicklung 8, eine Feder 11 und so weiter. Die
Welle 6 ist mit einer Riemenscheibe 12 verbunden
und wird in ihrer Drehung durch eine laufende Maschine (nicht gezeigt)
angetrieben, die in dem Fahrzeug eingebaut ist.
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Der
Stator 3 umfasst einen Statorkern 32, eine Statorwicklung 33,
einen Isolator 34 für
eine elektrische Isolation zwischen dem Kern und der Statorwicklung.
Der Statorkern 32 umfasst einen Magnetpol-Zahnabschnitt 35 und
einen Jochabschnitt 36. Eine Wicklung 33 und ein
Isolator 34 sind in einem Schlitzabschnitt 37 aufgenommen,
umgeben von dem Magnet-Zahnabschnitt 35 und dem Jochabschnitt 36.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst der Statorkern 32 eine
spiralförmig
gewickelte bandförmige Stahlplatte 39,
so dass der Außenumfang
des Jochabschnitts 36 nahezu zylinderförmig ist. Eine Vielzahl an
angenähert
halbkreisförmigen
Ausnehmungen 38 sind in einer axialen Richtung in der Außenumfangsfläche ausgebildet,
und eine Zentrumslinie der Weite oder Breite in einer peripheren
Richtung der Ausnehmung 38 stimmt im Wesentlichen mit einer
Zentrumslinie der Weite oder Breite des Magnetpolzahnes überein.
Wie in 4 gezeigt ist, sind die Ausnehmungen 38 dadurch
ausgebildet indem eine Pressbehandlung oder ähnliches im Voraus bei einer
Stufe der bandförmigen
Stahlplatte 39 vorgenommen wurde.
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Die
Rahmen 4, 5 besitzen eine angenäherte Napf-
oder Tassengestalt, (bowl shape) und befinden sich in Kontakt an
ihren Enden 41, 51 an der offenen Seite derselben
mit beiden axialen Enden an der Außendurchmesserseite des Jochabschnitts 36.
In der Nachbarschaft der Enden 41, 51 auf der Öffnungsseite,
sind eine Vielzahl von gepaarten Flanschen 42, 52 in
einer Richtung des Außendurchmessers
ausgebildet und zwar mit einem Durchgangsloch, durch welches ein
Durchgangsbolzen oder eine Durchgangsschraube 23 verläuft und
zwar von einer Seite her, und mit einem Gewindeloch für die andere
Seite. Die Rahmen 4, 5 und der Stator 3 sind
wechselseitig an Positionen entsprechend der Vielzahl der gepaarten Flansche
angeordnet, so dass die Ausnehmungen 38 des Statorkernes 32 mit
entsprechenden Abschnitten der Flansche übereinstimmen und wobei der
Durchgangsbolzen 13 durch das Durchgangsloch des Flansches
eingeführt
wird und durch die Ausnehmung 38 geführt wird und in das Gewindeloch des
gegenüberliegenden
Flansches eingeführt
und befestigt wird. Die beiden axialen Enden des Statorkernes 32 sind
an dem Rahmen 4, 5 über eine axiale Befestigungskraft
des Durchgangsbolzens 13 in Lage gehalten und fixiert.
In 2 und in 3 ist angenommen,
dass D einen imaginären
größten außenseitigen
Durchmesser des Statorkernes 32 bedeutet, d der größte Durchmesser
eines eingeschriebenen Kreises eines axialen Abschnitts des Durchgangsbolzens
angibt und X der Abstand zu der Außenseitendurchmesserrichtung
zwischen dem Durchgangsbolzen 13 und dem imaginären größten Außenseitendurchmesser
D angibt, wobei X so ausgebildet ist, dass es nicht mehr als 1/3
beträgt.
Hierbei zeigt der imaginäre
größte Außenseitendurchmesser
den außenseitigen
Durchmesser eines Kreises an, der dadurch gebildet wird indem man
den maximalen Punkt des Radius in dem axialen Ende des Statorkernes 32 verbindet.
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5 zeigt
Verhältnisse
des Bolzen-Befestigungsdrehmoments nach dem Test in Bezug auf das Bolzendrehmoment
vor dem Test. Bei dem Test wurden Rahmen, ausgenommen der unterschiedlichen diametralen
Position des Durchgangsbolzens vorbereitet. Das Drehmoment des Durchgangsbolzens 13 wurde
gemessen und zwar nachdem das Verhältnis X/d variiert wurde und
ein Vibrationstest in einem einzelnen Wechselstromgenerator für Fahrzeuge
durchgeführt
wurde. Bei dem Vibrationstest wurde der Wechselstromgenerator für Fahrzeuge
an einem Montagejoch befestigt und fixiert und zwar auf einer Erregungsplatine
und zwar mit Hilfe von Bolzen und Muttern unter Verwendung von Montagelöchern, die in
dem Rahmen ausgebildet waren. Die Vibrationsbedingungen bestanden
aus einer Beschleunigung von 200 m/S2 und einer Frequenz von 100
Hz bis 400 Hz unter Berücksichtigung
der Vibrationsumgebung, die bei einem Generator auftritt, wenn er
an einer Maschine angebaut ist. Unter der Bedingung wurde die Zahl
der Frequenz erhöht
und reduziert und zwar für 5
Minuten und die Erregung wurde in der diametralen Richtung und in
der axialen Richtung für
10 Stunden jeweils durchgeführt.
Der Durchgangsbolzen 13 bestand aus einem M5 (JIS) Gewinde,
welcher bei einem Wechselstromgenerator für Fahrzeuge allgemein verwendet
wird, und der Stator wurde zwischen den Rahmen mit Hilfe von vier
Durchgangsbolzen in Lage gehalten. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass
dann, wenn X auf mehr als 1/3 von d eingestellt wurde, die Reduzierung
im Drehmoment des Durchgangsbolzens 13 beträchtlich
verbessert wurde. Das heißt
durch die zuvor erläuterte
Einstellung wird die Möglichkeit
geschaffen zu verhindern, dass magnetisch bedingte Geräusche zunehmen,
die durch ein Losewerden der Bolzen verursacht werden, ein Brechen
der Wicklung, verursacht durch die Drehung des Stators und auch
eine Beschädigung
von verschiedenen Teilen, verursacht durch die Vibrationen, verhindert
wurden.
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Der
Grund, dass ein Losewerden der Bolzen zunimmt, wenn das Verhältnis X/d
groß ist,
wird weiter unten unter Hinweis auf die 9 und 10 erläutert. Wie
in 9 gezeigt ist, tritt dann, wenn der Durchgangsbolzen 13 extern
in einer diametralen Richtung von dem Außenumfang des Statorkernes 32 positioniert
wird und die Flansche 42, 52 axial durch den Durchgangsbolzen 13 angezogen
werden, eine Momentkomponente M um beide axialen Seitenkanten 321 des
Statorkernes 32, so dass die Enden 41, 51 der
Rahmenöffnung
zu dem Statorkern 32 hin geneigt werden und als ein Ergebnis
die Enden 41, 51 der Rahmenöffnung und der Statorkern 32 in Berührung kommen
und zwar lediglich an den Seitenrändern 321. Daher ist
der Flächendruck
des Kontaktierungsabschnittes hoch. Da zusätzlich der Stator einen großen Teil
des Gewichtes des Generators belegt, ist auch die Last, die durch
die Vibration verursacht wird, ebenso groß und der Generator empfängt eine
axiale Vibration von der Maschine, so dass dadurch der Flächendruck
der Kontaktierungsfläche weiter
zunimmt. Die Enden 41, 51 der Öffnung des Rahmens, der in
der Härte
niedriger ist als diejenige des Statorkernes 32, werden
ausgehöhlt
und verschlissen. Durch den Verschleiß wird der Abstand zwischen
den Flanschen kurz, das heißt
es erfolgt eine Lockerung. Ferner erstreckt sich der Verschleiß, was kaum
erwähnt
werden muss, über
die gesamte Kontaktierungsfläche
des Rahmens und die Vibrationen des Generators werden verstärkt, so
dass dadurch der Verschleiß beschleunigt
wird.
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10 zeigt
die Kontaktsituation zwischen dem Statorkern 32 und den
Enden 41, 51 der Öffnung des Rahmens in einem
Fall, bei dem Gebrauch von einem Statorkern 32 vom Spiraltyp
gemacht wird, der durch spiralförmiges
Wickeln einer bandförmigen Stahlplatte
gebildet wird, wie in 4 gezeigt ist. Da die Stahlplatte
spiralförmig
gewunden wird, sind beide Enden des Stators, die einem Wicklungsbeginn beziehungsweise
einem Wicklungsende entsprechen, flächengeneigt und zwar in der
gleichen Richtung in Bezug auf die vertikale Fläche relativ zur Zentrumswelle
des Stators. Daher neigt das Ende 41 des Öffnungsrahmens,
die in 10 gezeigt ist, dazu früher verschlissen
zu werden, da in dem axialen Endrand 321 des Statorkernes 32 ein
höherer
Flächendruck
auf die Kontaktierungsfläche
aufgebracht wird als im Falle von 9. In dem
anderen Ende 51 der Öffnung
gleiten beide Enden, da die Neigung des Endes 51 der Öffnung 51 in
der gleichen Richtung verläuft
wie diejenige des Endes des Statorkernes 32, entlang der
Neigung, so dass die Öffnung
des Rahmens leicht aufgeweitet wird und als Ergebnis der axiale
Abstand zwischen den zwei Rahmen reduziert wird und der Durchgangsbolzen 13 dazu
neigt lose zu werden. Aus der vorangegangenen Beschreibung kann
ersehen werden, dass im Falle des kürzlich entwickelten allgemeinen
Statorkernes 32 vom Spiraltyp der Durchgangsbolzen dazu
neigt lose zu werden und zwar ausgeprägt einfacher im Vergleich zu
einem Fall, bei dem der Statorkern 32 aus einer Separationstyp-Laminatplatte
besteht.
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Da
bei der vorliegenden Ausführungsform die
Moment-Komponente in beträchtlicher
Weise reduziert wird, um eine Verzerrung der Öffnung zu unterdrücken, wird
auch eine Verformung des Statorkernes 32 zur Innenumfangsseite
hin unterdrückt
und es werden die magnetisch bedingten Geräusche, die durch eine fehlerhafte
Kreisform des Innenumfangs des Statorkernes 32 verursacht
werden, nicht erhöht.
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Bei
einigen Wechselstromgeneratoren für Fahrzeuge, welche den Statorkern 32 verwenden, der
durch Laminieren eines getrennten Stahltyps gebildet wird, liegt
X/d innerhalb des Bereiches der vorliegenden Ausführungsform.
Jedoch führt
ein Statorkern vom Spiraltyp, der durch spiralförmiges Wickeln einer bandförmigen Stahlplatte
gebildet wird und der allgemein zum Reduzieren der Kosten eingesetzt wird,
zu einer Absenkung der Ausgangsleistung. Der Grund dafür besteht
darin, dass die Dicke der Stahlplatte dünner wird und zwar je dichter
eine Annäherung
an den äußeren Umfangsabschnitt
erfolgt und da die Laminierungsdichte des Statorkernes durch die
Dicke der Stahlplatte des Innenumfangsabschnitts gesteuert wird
und somit sich der wesentliche Magnetpfadbereich in dem Statorkern
durch einen dünnen
Abschnitt des Außenumfangsabschnittes
reduziert und der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises
erhöht
wird. Daher wird der Durchgangsbolzen oder die Durchgangsschraube 13 extern
von der Peripherie der Statorwicklung angeordnet, um die Ausnehmung
in dem Außenumfangsabschnitt
zu beseitigen, der den Magnetpfadbereich in dem Statorkern einengt,
wodurch dann eine Absenkung der Ausgangsleistung verhindert wird.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird eine hohe Kühlkonstruktion
mit einem Kühlventilator, der
innerhalb des Generators angeordnet ist, dazu verwendet, um den
Wärmeverlust
zu reduzieren und um eine höhere
Ausgangsleistung zu erreichen. Selbst wenn daher die Ausnehmung
in dem Außenumfang
des Statorkerns vom Spiraltyp ausgebildet wird, ist es möglich, die
Ausgangsleistung sicher zu stellen, die den Bedarf in ausreichender
Weise erfüllen
kann.
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Da
bei der vorliegenden Ausführungsform der
Durchgangsbolzen oder Durchgangsschraube 13 extrem dicht
bei der Ausnehmung 38 angeordnet ist, verläuft eine
Magnetlinie der Kraft auch durch den Durchgangsbolzen oder die Durchgangsschraube selbst,
wodurch es möglich
wird in einem gewissen Ausmaß einen
Teil der Vergrößerung eines
Magnetpfadbereiches innerhalb des Statorkernes 32 zu erzielen
und zwar verglichen mit einem Fall, bei dem der Bolzen nicht dicht
bei der Ausnehmung gelegen ist, wodurch die Ausgangsleistung erhöht wird.
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(Andere Ausführungsformen)
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Während bei
der ersten Ausführungsform
ein Leiter, der in dem Schlitz aufgenommen ist, den Schlitz mit
einen Spielraum füllt,
kann der Schlitz auch im Wesentlichen vollständig mit einem Leiter ausgefüllt sein,
dessen Querschnitt rechteckförmig gestaltet
ist und zwar entlang der Schlitzgestalt. Der Schlitzabschnitt ist
integral mit dem Jochabschnitt ausgebildet, so dass die Steifigkeit
des gesamten Stators erhöht
wird und damit die Lagerkraft relativ zu einer Verformung des Statorkernes 32,
verursacht durch die Befestigung oder das Anziehen des Durchgangsbolzens 13,
erhöht
wird und eine Zunahme in der magnetischen Geräuschentwicklung unterdrückt wird,
die durch eine fehlerhafte Kreisform des Innenumfangs des Statorkernes 32 verursacht
wird.
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Während bei
der ersten Ausführungsform
die Ausnehmung 38 im Voraus durch eine Press-Verarbeitung
oder ähnliches
bei der Stufe der bandförmigen
Stahlplatte 39 vor der Aufwicklung derselben ausgebildet
wird, kann die Ausnehmung auch durch eine Abnahme-Verarbeitung nach
dem Wickelvorgang ausgebildet werden. Während die Ausnehmung 38 einen
axialen Querschnitt gemäß einem
angenäherten
Halbkreis besitzt, damit sie eine Führung für den Durchgangsbolzen 13 bildet,
kann die axiale Querschnittsgestalt auch Polygone umfassen wie beispielsweise
ein Dreieck oder ein Quadrat.
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Während bei
der ersten Ausführungsform
die Position in einem Fall gesteuert wird, bei dem die Zentrumswelle
des Durchgangsbolzens 13 zum Verhindern eines Losewerdens
des Bolzens außerhalb des
Außenumfangs
des Statorkernes 32 verläuft, ist in einem Fall, bei
dem die Zentrumswelle des Durchgangsbolzens 13 weiter nach
innen von dem Außenumfang
des Statorkernes 32 angeordnet ist, selbst dann, wenn der
Durchgangsbolzen 13 als magnetischer Pfad funktioniert,
ein Spalt vorhanden und daher ergibt sich ein Problem in Verbindung
mit der Absenkung der Ausgangsleistung, verursacht durch eine Zunahme
in dem Spalt, welches nicht gelöst
ist. Das Verhältnis
Y/d wird variiert, um die Schwankung der Ausgangsleistungswerte
des Generators zu prüfen,
wie in 7 gezeigt ist. Es sei angenommen, dass D der imaginäre größte Außenseitendurchmesser
des Statorkernes 32 ist, d der Durchmesser des größten eingeschriebenen
Kreises des axialen Abschnitts des Durchgangsbolzens 13 ist
und Y der Abstand in einer Richtung des innseitigen Durchmessers
zwischen dem Wellenzentrum des Durchgangsbolzens 13 und
dem imaginären
größten Außenseitendurchmesser
D ist. Bei Generatoren von Klassen, bei denen die Nenn-Ausgangsleistung
bei 70A beziehungsweise 100A beziehungsweise 130A liegt, wird eine
gesättigte
Ausgangsleistung bei einer Umgebungstemperatur von 20°C und bei
5000 Umdrehungen pro Minute gemessen. Es sei angenommen, dass Y/d
= –0,
das heißt
ein Ausgangswert in einem Fall, bei dem keine Ausnehmung 38 vorhanden
ist, und dass dieser Wert auf 1 eingestellt wird und das Verhältnis der
Ausgangswerte, verursacht durch ein Anwachsen von Y so ist, wie
in 8 dargestellt ist. Es werden vier Durchgangsbolzen 13 verwendet,
deren Größe gleich
ist M5, wie diese allgemein bei einem Wechselstromgenerator für Fahrzeuge
dieser Klasse verwendet wird. Es wurde anhand von 8 festgestellt,
dass dann, wenn Y so eingestellt wurde, dass es mehr als 2/3 von
d betrug, eine größere Absenkung
der Ausgangsleistung unterdrückt
werden kann. Es ist daher zu bevorzugen und zwar in Ausdrücken der
Beibehaltung einer höheren
Ausgangsleistung, dass zusätzlich
zu der ersten Ausführungsform
der Abstand in der nach innen verlaufenden Richtung zwischen dem
Wellenzentrum des Durchgangsbolzens 13 und dem imaginären größten Außenseitendurchmesser
des Endes des Stators in der Ausnehmung 38 nicht mehr als
2/3 des Durchmessers des größten eingeschriebenen
Kreises des Abschnitts des Durchgangsbolzens 13 beträgt.
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Ferner
ist der Durchgangsbolzen oder die Durchgangsschraube 13 allgemein
kreisförmig
ausgebildet und zwar in einem axialen Abschnitt, wobei aber auch
ein polygonaler Abschnitt oder polygonaler Querschnitt verwendet
werden kann. In diesem Fall kann für eine Abmessung, wie sie durch
die vorliegende Erfindung angeboten wird, ein Durchmesser des größten eingeschriebenen
Kreises verwendet werden.
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Während ein
Durchgangsloch für
den Durchgangsbolzen oder die Durchgangsschraube 13 in
einem Rahmenflansch vorgesehen ist und ein Gewindeloch in dem anderen
Rahmenflansch vorgesehen ist, können
auch Durchgangslöcher
in beiden Flanschen vorgesehen sein und es können diese unter Verwendung
von Schraubenbolzen und Muttern befestigt und fixiert werden.
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Während der
Rahmenflansch diametral vom Außenumfang
des Rahmens vorragt kann in einem Fall, bei dem der Flansch dicht
bei einem Montagestandabschnitt eines Lastrahmens angeordnet ist, der
diametral von dem Außenumfang
des Rahmens weg ragt ähnlich
dem Flansch für
den Einbau des Generators an der Maschine, ein Teil des Befestigungsabschnitts
ebenso mit dem Flansch kombiniert verwendet werden.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie
oben beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich
einen Wechselstromgenerator für
Fahrzeuge zu schaffen, bei dem Ausnehmungen 38 in einer
axialen Richtung eines Außenumfangsabschnitts
des Statorkernes 32 vorgesehen sind, wobei die axiale Zentrumsposition
des Durchgangsbolzens 13 durch die Ausnehmungen 38 geführt wird
und zwar gesteuert geführt
wird, wodurch eine Momentkomponente, wenn der Durchgangsbolzen oder
die Durchgangsschraube 13 axial montiert wird, in beträchtlicher
Weise reduziert wird, um das Auftreten eines Lockerwerdens des Durchgangsbolzen 13 zu
verhindern und um eine Absenkung der Ausgangsleistung zu vermeiden,
wobei eine geringe Größe, ein
ausgezeichneter Widerstand gegen Vibration und eine geringe Geräuschentwicklung
erreicht werden können.