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HINTERGRUND DFR ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug wie z.B. einem
Personenkraftfahrzeug oder einem Lastkraftwagen.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Zur
Verringerung des aerodynamischen Widerstands bei der Fahrt wird
der Fahrzeugkörper
mit einer schrägen
Nase bzw. Haube ausgebildet. Die Gewährleistung eines ausreichenden
Restzwischenraumes für
ein Insassenkabine wird ernsthaft gefordert. Um diesen Anforderungen
zu genügen,
sind seit kurzem die Motorräume
von Kraftfahrzeugen so eng und dicht geworden, dass nur ein begrenzter
Zwischenraum zur Installation eines Wechselstromgenerators verfügbar ist.
Außerdem
ist die Temperatur eines Bereiches um den Wechselstromgenerator
herum hoch. Unterdessen wird zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs
die Motordrehzahl während
eines Leerlaufs verringert. Die Drehzahl des Wechselstromgenerators
verringert sich entsprechend der Verringerung der Motordrehzahl.
Andererseits besteht der Bedarf nach einer Erhöhung der elektrischen Lasten
für die
Sicherheitssteuervorrichtungen und andere. Somit ist die Leistungserzeugungsfähigkeit
des Wechselstromgenerators sehr wichtig. Mit anderen Worten wird
ein kompakter Hochleistungswechselstromgenerator für ein Fahrzeug
benötigt. Insbesondere
ist es wünschenswert,
dass das Leistungserzeugungsvermögen
eines Wechselstromgenerators sogar dann gut ist, wenn der Wechselstromgenerator
mit einer niedrigen Drehzahl betrieben wird.
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Außerdem besteht
die soziale Anforderung, dass von dem Fahrzeug herrührendes
Rauschen verringert wird. Die Bereitstellung einer ruhigen Insassenkabine
erhöht
die Anziehungskraft des Produkts. Daher werden seit kurzem die Motorgeräusche verringert.
Andererseits tendieren Wechselstromgeneratoren für Fahrzeuge, die bei hohen Drehzahlen
betrieben werden, dazu, störende
Lüftungsgeräusche, Windblockiergeräusche und
magnetische Geräusche
zu erzeugen.
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In
einem allgemeinen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug ist der Stator
die größte Hitze- bzw.
Wärmequelle.
Zur Erzielung eines hohen Leistungsausgangs und einer hohen Effizienz
eines Wechselstromgenerators ist es denkbar, den Widerstand einer
Wicklung auf dem Stator zu verringern und dadurch den Wärmeverlust
zu verringern. Insbesondere wird ein elektrischer Leiter mit einem
großen Querschnittsbereich
für die
Wicklung verwendet. Außerdem
ist es denkbar, das Verhältnis
eines von einem Leiter belegten Bereich in jedem Schlitz in dem Stator
zu einem unbelegten Bereich zu erhöhen. Dieses Verhältnis wird
im Folgenden als Raumfaktor bezeichnet.
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In
einem bekannten Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug weist ein Stator
innere Umfangsoberflächen,
die einem Motor gegenüberliegen
und mit Zähnen
ausgebildet sind, auf. Die Spitzen der Zähne weisen Magnetflusssammelvorstehungen
auf, die sich in Umfangsrichtungen erstrecken. Daher sind offene
Enden der Schlitze in einem Eisenkern des Stators von der Breite
her kleiner als innere Abschnitte der Schlitze. Die Dicke eines
elektrischen Leiters für
eine Wicklung ist durch die Breite des offenen Endes eines jeweiligen
Schlitzes begrenzt. Zur Erhöhung
der Leistungsausgabe des bekannten Wechselstromgenerators während des
Betriebes bei einer niedrigen Drehzahl ist eine große Länge der Magnetflusssammelvorstehungen
notwendig. Da die Länge
der Magnetflusssammelvorstehungen vergrößert wird, werden die offenen
Enden der Schlitze schmaler, so dass ein dünnerer elektrischer Leiter
für die
Wicklung benötigt
wird. Der dünnere
elektrische Leiter verursacht einen höheren Widerstand der Wicklung.
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Die
Japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
63-194543 beschreibt,
dass ein elektrischer Leiter für
eine Wicklung Abschnitte aufweist, die in Schlitzen angeordnet sind,
und dass diese Abschnitte zuvor in einer Gestalt ausgebildet werden,
die einen näherungsweise
rechtwinkligen Querschnitt aufweist, wie es in 10 gezeigt
ist. Die Abschnitte des elektrischen Leiters sind in den Schlitzen
wie in 11(A) gezeigt angeordnet. Dann
werden Kanten eines Stators um die Schlitze plastisch in Magnetflusssammelvorstehungen
verformt, wie es in 11(B) gezeigt
ist.
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In
der aus der Japanischen Anmeldung 63-194543 bekannten Struktur führt die
plastische Verformung zur Ausbildung der Magnetflusssammelvorstehungen
zu verschlechterten Magnetcharakteristika. Demzufolge wird der Magnetflusssammeleffekt
verringert. Somit ist es schwierig, einen gewünschten Wechselstromgeneratorleistungsausgang
zu erzielen. Insbesondere ist es schwierig, einen erhöhten Wechselstromleistungsausgang
während
des Betriebes bei einer niedrigen Drehzahl bereitzustellen.
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In
der aus der Japanischen Anmeldung 63-194543 bekannten Struktur verursacht
die plastische Verformung eine Spannung im Stator, was die Kreisförmigkeit
der inneren Umfangsoberflächen
des Stators verschlechtert, und somit wird eine ungleiche Luftlücke zwischen
dem Stator und einem Rotor ausgebildet. Die ungleiche Luftlücke er höht das magnetische
Rauschen während
des Betriebes der bekannten Struktur.
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Das
Dokument
GB 468 827 A beschreibt
einen Stator für
einen Wechselstromgenerator, wobei mehrere elektrische Leiter in
Schlitzen angeordnet sind, wobei die Schlitze Umfangsöffnungen
aufweisen, die eine Breite aufweisen, die kleiner als eine Breite
der Leiter ist. Die Leiter weisen gleiche runde Querschnitte auf.
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Das
Dokument WO 92 06527 A beschreibt einen Stator eines elektrischen
Motors und einen Prozess zur Herstellung desselben. Die Stabwicklung
besteht aus einzelnen runden Wicklungsstäben, die in eine Haarnadelgestalt
vorgebogen werden und in die Nut des Schichtungspakets eingeführt werden. Ihre
Enden werden an der anderen Seite des Schichtungspakets verflochten
und dann in Paaren verbunden.
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Das
Dokument WO 96 00460 A beschreibt einen Leiterabschnitt für einen
Statorkern, der mit länglichen
parallelen Schlitzen zur Aufnahme von Leiterabschnitten versehen
ist. Der Leiterabschnitt weist rechtwinklige Querschnitte auf und
enthält
Köpfe mit
U-förmigen
Körpern.
Der Leiterabschnitt enthält
geschlossene Schleifen. Außerdem
beschreibt dieses Dokument, dass unter Verwendung von Leitern mit
rechtwinkligen Querschnitten der Raumfaktor der Schlitze verbessert
werden kann und dass die Effizienz eines Motors von dem Raumfaktor
abhängt.
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ZUSAMMFNFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf die oben angeführten
Probleme ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen kompakten Hochleistungswechselstromgenerator
für ein Fahrzeug
anzugeben.
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Es
ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, einen Wechselstromgenerator
für ein
Fahrzeug anzugeben, der geringes Rauschen aufweist und der eine
erhöhte
Leistung während
des Betriebes bei einer niedrigen Drehzahl ausgibt.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
sind auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Mit
einem Wechselstromgenerator für
ein Fahrzeug, der einen Rotor, einen Stator, der außerhalb
des Rotors und gegenüber
dem Rotor angeordnet ist, und einen Rahmen, der den Rotor und den Stator
unterstützt,
aufweist, wobei der Stator einen Eisenkern und mehrere elektrische
Leiter aufweist, wobei der Eisenkern mehrere Schlitze aufweist,
wobei die elektrischen Leiter in den Schlitzen angeordnet sind,
wobei die Schlitze Öffnungen
aufweisen, wobei die Öffnungen
eine Breite aufweisen, die kleiner als eine Breite zwischen Innenwänden, die
die Schlitze definieren, aufweisen, wobei die Breite der Öffnungen
der Schlitze kleiner als eine minimale Breite der elektrischen Leiter
ist, werden der Widerstand der elektrischen Leiter und der Wärmeverlust während des
Leistungserzeugungsbetriebs verringert. Somit ist es möglich, einen
hohen Wechselstromgeneratorleistungsausgang zu erzielen. Da die Vorstehungsabschnitte
der Statorzahnkanten, die zum Sammeln des Magnetflusses dienen,
relativ lang sind, wenn der Wicklungsdurchmesser derselbe bleibt,
können
die inneren Umfangsoberflächen
des Statoreisenkerns sich besser an glatte zylindrische Oberflächen annähern. Somit
ist es möglich,
das Windgeräusch,
das von der Zerklüftetheit
der inneren Oberflächen
des Statoreisenkerns verursacht wird, und die radial nach außen gerichteten
Winde, die von dem Polkern vom LUNDEL-Typ verursacht werden, während der
Drehung des Rotors zu verringern.
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Mit
Schlitzen, die zwei Endoberflächen
in einer axialen Richtung des Statoreisenkerns des Stators aufweisen,
die mit Endoberflächenöffnungen
als Einlässe
für die
elektrischen Leiter ausgebildet sind, kann die Breite der Öffnungen
der inneren Umfangsseite des Schlitzes festgelegt werden, ohne auf
die Breite der elektrischen Leiter begrenzt zu sein.
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Mit Öffnungen
in Innenseiten der Schlitze, die schmaler als eine Breite der Unterbringungsabschnitte
der elektrischen Leiter der Schlitze schmaler als die minimale Breite
der elektrischen Leiter vor der Platzierung der elektrischen Leiter
in den Schlitzen sind, ist es nicht notwendig, die Eisenkernzahnkanten
zwischen den Schlitzen nach der Platzierung der elektrischen Leiter
in den Schlitzen zu verformen.
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Dadurch
können
die Vorstehungsabschnitte der Zahnkanten des Statoreisenkerns, die
zum Sammeln des Magnetflusses dienen, in einer gewünschten
Gestalt ausgebildet werden, ohne durch plastische Verformung ausgebildet
zu werden. Somit wird verhindert, dass sich das Material für die Vorstehungsabschnitte
zum Sammeln des Magnetflusses hinsichtlich der Magnetcharakteristik
verschlechtert, und es ist möglich,
eine adäquate
Wirkung hinsichtlich des Sammelns des Magnetflusses zu erzielen. Daher
wird die Leistungsausgabe bei geringer Geschwindigkeit verbessert.
Da eine Gestaltverzerrung der Zahnkanten durch eine plastische Verformung ausbleibt,
wird ebenfalls die wahre Kreisförmigkeit der
inneren Umfangsoberflächen
des Statoreisenkerns aufrechterhalten. Somit ist es möglich, die
Luftlücke
zwischen dem Rotor und dem Magnetpol einheitlich auszubilden. Dadurch
ist es möglich,
das Magnetrauschen aufgrund einer Ungleichheit der Luftlücke während der
Erzeugung der elektrischen Leistung zu unterdrücken.
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Mit
einem Kühlungslüfter, der
zumindest an einem axialen Ende des Rotors, der dem Stator gegenüberliegt,
angeordnet ist, können
Winde von dem Kühlungslüfter in
Richtung der Spulenenden der Statorwicklung, die an dem Ende in
axialer Richtung des Statoreisenkerns vorstehen, angetrieben werden, und
somit ist ein hohes Kühlungsvermögen verfügbar. Somit
wird gemäß der Struktur
dieser Erfindung, bei der die Breite der Öffnungen der Schlitze des Stators
an der Innenumfangsseite schmal ist, ein Kühlwind, der geeignet ist, die
Statorwicklung zu kühlen, sogar
dann aufrechterhalten, wenn die nutförmigen Windpassagen in der
axialen Richtung, die von den Schlitzen des Stators bereitgestellt
werden, schmal sind.
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Mit
Kühlungslüftern, die
an beiden axialen Enden des Rotors, der dem Stator gegenüberliegt, angeordnet
sind, kann das Kühlungsvermögen weiter
verbessert werden, und es ist ein hoher Leistungsausgang verfügbar.
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Mit
einer Endoberfläche
des Rotors, die in axialer Richtung dicht bei einem Abschirmungsabschnitt
eines Umfangsabschnitts des Lufteinlasses des Rahmens liegt, kooperiert
die Endoberfläche
des Rotors in axialer Richtung mit dem Abschirmungsabschnitt, so
dass das Lüftungsvermögen des
Polkernscheibenabschnitts erhöht
wird. Der Abschirmungsabschnitt kann die innere Wandoberfläche des
Rahmens verwenden. Eine derartige Struktur kann durch nur eine der
Endoberflächen
des Rotors oder durch beide Endoberflächen verwendet werden. Eine
Verwendung dieser Struktur mit einem Kühlungslüfter ist effektiv. Eine derartige
Struktur erzielt ein Kühlungsvermögen, das
demjenigen gleicht, das in dem Fall verfügbar ist, in dem Wind nur durch
einen Kühlungslüfter angetrieben
wird, ohne die Anzahl der Teile oder die Anzahl der Verarbeitungsschritte
zu erhöhen.
Somit ist es möglich,
einen höheren
Leistungsausgang zu erzielen. Die Eingangsseite meint die Seite,
bei der ein Eingangselement für
eine Antriebskraft, z.B. eine Riemenscheibe, vorgesehen ist.
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Querschnitte
der elektrischen Leiter in den Schlitzen weisen im wesentlichen
eine rechtwinklige Gestalt auf. Somit wird der Querschnittsbereich
der elektrischen Leiter in den Schlitzen erhöht, und somit kann der Raumfaktor,
der die elektrischen Leiter in den Schlitzen (das Verhältnis eines
Leiterbesetzungsbereiches in einem jeweiligen Schlitz zu einem nicht
besetzten Bereich) betrifft, erhöht
werden. Als Ergebnis wird der Widerstand der Statorwicklung verringert
und es ist ein höherer
Leistungsausgang verfügbar.
Zusätzlich
wird der Bereich der gegenüberliegenden
Oberflächen
der elektrischen Leiter und der Schlitzinnenwandoberflächen erhöht, und
die Wärmeübertragung
ist besser. Somit ist eine Verringerung der Temperatur möglich, und
demzufolge ist ein höherer
Leistungsausgang verfügbar.
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Mit
einer Unterbringung mehrerer elektrischer Leiter die elektrisch
gegeneinander isoliert sind, in den Schlitzen, wobei die elektrischen
Leiter ein oder mehrere Paare äußerer Schichten,
die in tiefen Bereichen der Schlitze angeordnet sind, und innere
Schichten, die in den Öffnungsseiten
der Schlitze angeordnet sind, und wobei die elektrischen Leiter unterschiedlicher
Schichten in unterschiedlichen Schlitzen der Schlitze in Serie geschaltet
sind, um eine Statorwicklung auszubilden, kann in dem Fall, in dem
eine Mehrphasenwicklung in der Sta torwicklung enthalten ist, eine
derartige Struktur die gegenseitige Störung bzw. Interferenz zwischen
Wicklungen unterschiedlicher Phasen an den Spulenenden, die an dem
axialen Ende des Statoreisenkerns vorstehen, verhindern. Somit ist
es möglich,
die elektrischen Leiter in tiefen Abschnitten der Schlitze zu platzieren.
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Gemäß einer
Struktur mit einer Kombination mehrerer elektrischer Leitersegmente,
bei der die elektrischen Leitersegmente ein näherungsweise U-förmiges Segment
enthalten, das einen geraden Abschnitt, das in einem Schlitz als
ein elektrischer Leiter der inneren Schicht angeordnet ist, einen
anderen geraden Abschnitt, der in einem anderen Schlitz als ein
elektrischer Leiter in der äußeren Schicht
untergebracht ist, und einen Biegungsabschnitt aufweist, der aus
einem Material hergestellt ist, der kontinuierlich zu den geraden
Abschnitten ist und die geraden Abschnitte an einer Endseite verbindet,
ist das näherungsweise
U-förmige
Segment mit einem anderen der elektrischen Leitersegmente durch
einen Vorstehungsabschnitt eines Schlitzes verbunden, der an einer
anderen Endseite der geraden Abschnitte vorgesehen ist. Eine derartige
Struktur ermöglicht
die Platzierung mehrerer elektrischer Leiter in den Schlitzen, um
eine Statorwicklung sogar in dem Fall auszubilden, in dem die Öffnungen
der inneren Umfangsseiten der Schlitze schmaler als die minimale
Breite der elektrischen Leiter sind. Da außerdem die Biegungsabschnitte
vorgesehen sind, kann die Statorwicklung ausgebildet werden, wobei ein
Schritt des Einführens
der elektrischen Leiter in die Schlitze und ein Schritt des Verbindens
der elektrischen Leiter vereinfacht werden.
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Die
Verwendung von elektrischen Leitersegmenten, die eine derartige
Struktur aufweisen, ermöglicht
es, die folgende Struktur zu übernehmen. Die
Biegungsabschnitte der näherungsweise
U-förmigen
Segmente, die an dem Statoreisenkern vorgesehen sind, sind an einer
Endoberfläche
des Statoreisenkerns angeordnet und ausgerichtet, und die Verbindungen
zwischen den elektrischen Leitern werden nur an der anderen Endoberflächenseite
des Statoreisenkerns erstellt, so dass die Verbindungsabschnitte
der elektrischen Leitersegmente nur an der anderen Endoberflächenseite
angeordnet sind. Gemäß einer
derartigen Struktur wird die Ausbildung der Wicklung erleichtert,
und die Produktivität
kann erhöht
werden.
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Mit
einer Statorwicklung, die eine Kombination mehrerer elektrischer
Leitersegmente aufweist und bei der jedes der elektrischen Leitersegmente ein
Segment enthält,
das einen geraden Abschnitt aufweist, der in den Schlitzen als ein
elektrischer Leiter der inneren Schicht oder der äußeren Schicht
untergebracht ist, und das mit einem anderen der elektrischen Leitersegmente
durch Vorstehungsabschnitte eines Schlitzes, die an zwei Enden des
geraden Abschnitts vorgesehen sind, verbunden ist, wird die Platzierung
mehrerer elektrischer Leiter in den Schlitzen ermöglicht,
um eine Statorwicklung sogar dann auszubilden, wenn die Öffnungen
der Schlitze an der inneren Umfangsseite schmaler als die minimale Breite
der elektrischen Leiter sind. Außerdem kann die Gestalt der
elektrischen Leitersegmente vereinfacht werden, und somit können kostengünstige Einrichtungen
die Herstellung durchführen.
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Mit
den elektrischen Leitern in den Schlitzen, die Querschnitte aufweisen,
die im wesentlichen eine rechtwinklige Gestalt aufweisen, wobei
sich die längeren
Seiten entlang einer radialen Richtung des Stators erstrecken und
wobei jeder der elektrischen Leiter zwei Oberflächen in einer Längsrichtung
aufweist, die Innenwandoberflächen
des Schlitzes gegenüberliegen
und wobei die elektrischen Leiter in den Schlitzen angeordnet und
untergebracht sind, kann das Verhältnis des gegenüberliegenden
Bereiches bzw. Gegenüberliegungsbereiches
zwischen der Oberfläche
der elektrischen Leiter und dem Eisenkern erhöht werden, und die Wärmeübertragung von
den elektrischen Leitern zum Eisenkern kann verbessert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt eines Abschnitts eines Stators in einem Wechselstromgenerator
für ein Fahrzeug
gemäß einem
ersten Beispiel,
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2 ein
Diagramm der Beziehung zwischen einem Ausgangsstrom und einer Drehzahl
in Wechselstromgeneratoren,
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3 einen
Querschnitt des Wechselstromgenerators für das Fahrzeug gemäß dem ersten
Beispiel,
-
4 einen
Querschnitt eines Abschnitts eines Stators in einem Wechselstromgenerator
für ein Fahrzeug
gemäß einem
zweiten Beispiel,
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5 eine
perspektivische Ansicht eines elektrischen Leitersegmentes,
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6 eine
perspektivische Ansicht von Spulenenden,
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7 eine
perspektivische Ansicht eines elektrischen Leitersegmentes in einer
Ausführungsform
der Erfindung,
-
8 einen
Querschnitt eines Beispiels einer Modifikation des Stators,
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9 einen
Querschnitt eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung,
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10 eine
perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer zuvor ausgebildeten
Wicklung gemäß dem Stand
der Technik,
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11(A) einen Querschnitt eines Abschnitts eines
Stators gemäß dem Stand
der Technik, bei dem Magnetflusssammelvorstehungen noch nicht erstellt
sind, und
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11(B) einen Querschnitt des Abschnitts des Stators
gemäß dem Stand
der Technik, bei dem die Magnetflusssammelvorstehungen ausgebildet sind.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erstes Beispiel
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In
den 1 bis 3 enthält ein Wechselstromgenerator 1 für ein Fahrzeug
gemäß einem
ersten Beispiel einen Stator 2, einen Rotor 3,
zwei Rahmen 4 und einen Gleichrichter 5. Der Stator 2 dient als
ein Anker. Der Rotor 3 dient zur Erzeugung eines Magnetfeldes.
Der Rahmen 4 unterstützt
den Stator 2 und den Rotor 3. Der Gleichrichter 5 ist
direkt mit dem Stator 2 verbunden. Der Gleichrichter 5 wandelt Wechselstromleistung
in Gleichstromleistung um. Die Ausgangsseite des Gleichrichters 5 ist
mit einer Batterie zur Erzeugung einer Spannung von 12V verbunden.
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Der
Rotor 3 dreht sich zusammen mit einer Welle 6.
Der Rotor 3 enthält
einen Satz Polkerne vom LUNDEL-Typ 7, Kühlungslüfter 11, eine Feldspule 8 und
Schlupfringe 9 und 10. Die Welle 6 ist
mit einer Riemenscheibe 12 verbunden und wird durch einen Motor
(nicht gezeigt) zum Antrieb des Fahrzeugs gedreht und angetrieben.
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Jeder
der Polkerne vom LUNDEL-Typ 7 enthält einen Nabenabschnitt (boss) 71,
einen Scheibenabschnitt 72 und acht klauenähnliche
Magnetpole 73. Der Nabenabschnitt 71 ist an der
Welle 6 befestigt. Der Scheibenabschnitt 72 erstreckt
sich von zwei Enden des Nabenabschnitts 71 in radialen
Richtungen.
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Abschnitte
der Rahmen 4, die Spulenenden 31 des Stators 2 gegenüberliegen,
weisen Auslässe 43 für Kühlungswinde
auf. Endflächen
der Rahmen 4 in einer axialen Richtung weisen Einlässe 41 für Kühlungswinde
auf.
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Der
Stator 2 enthält
einen Eisenkern 32, eine Wicklung 33, die auf
dem Eisenkern 32 vorgesehen ist, und einen Isolator 34 zur
Bereitstellung einer elektrischen Isolierung zwischen dem Eisenkern 32 und
der Wicklung 33. Die Wicklung 33 enthält einen elektrischen
Leiter. Wie zuvor gezeigt, wird der Stator 2 durch den
Rahmen 4 unterstützt.
Der Eisenkern 32 ist vom Typ mit mehreren Schichten. Der
Eisenkern 32 enthält
eine Schicht aus dünnen
Stahlplatten. Der Eisenkern 32 weist innere Umfangsoberflächen auf, die
mit vielen Schlitzen ausgebildet sind, die jeweils ein offenes Ende 35 aufweisen,
das als ein Einlass dient. Der Eisenkern 32 weist Zahnenden
zwischen den Schlitzen auf. Die Zahnenden des Eisenkerns 32 weisen
Magnetflusssammelvorstehungen 36 auf, die sich in Umfangsrichtungen
erstrecken. Die Magnetflusssammelvorstehungen 36 werden
vorher durch z.B. einen Pressprozess während einer Stufe, in der sie
dünne Stahlplatten
sind, ausgebildet.
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Ein
Draht oder ein elektrischer Leiter, der die Wicklung 33 ausbildet,
weist einen Durchmesser auf, der größer als die Breite der inneren Öffnungen
der Schlitze ist. Der Eisenkern 32 weist erste und zweite Seiten
in einer axialen Richtung auf. Ein Stück der Wicklung 33 erstreckt
sich in einen ersten Schlitz von der ersten Seite des Eisenkerns 32 und
erstreckt sich aus dem ersten Schlitz zur zweiten Seite des Eisenkerns 32,
bevor er sich in einen zweiten Schlitz, der zu dem ersten Schlitz
um einen elektrischen Winkel von 180° beabstandet ist, von der zweiten
Seite des Eisenkerns 32 erstreckt, und erstreckt sich aus
dem zweiten Schlitz zur ersten Seite des Eisenkerns 32. Die
Wicklung 33 weist eine Wiederholung bzw. ein Wiederauftreten
derartiger Stücke
auf, die bzw. das eine Phase bildet. Die Wicklung 33 weist
z.B. drei Phasen auf, die durch elektrische Winkel von 120° getrennt
sind. Die Wicklung 33 ist z.B. vom Wellentyp oder vom Überlappungstyp.
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Es
folgt eine Erläuterung
der Vorteile, die durch das Beispiel erzielt werden. Der Durchmesser des
Drahtes oder des elektrischen Leiters, der die Wicklung 33 ausbildet,
kann erhöht
werden, ohne durch die Breite der inneren Öffnungen der Schlitze begrenzt
zu werden. Somit ist es möglich,
den Widerstand der Wicklung 33 und den Wärmeverlust
zu verringern. Dementsprechend ist es möglich, eine hohe Wechselstromgeneratorleistungsausgabe
zu erzielen.
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Gemäß einer
bekannten Struktur blockieren Teile aus einem Isoliermaterial die
inneren Öffnungen der
Schlitze, um zu verhindern, dass sich eine Wicklung aus den Schlitzen
bewegt. Gemäß dem Beispiel ist
es jedoch nicht notwendig, derartige Teile bereitzustellen, da sich
die Wicklung 33 nicht aus den Schlitzen bewegt. Somit ist
es möglich,
die Anzahl der Teile und die Kosten zu verringern.
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Es
ist vorteilhaft, die Magnetflusssammelvorstehungen 36 an
den Zahnenden des Eisenkerns 32 durch einen Prozess auszubilden,
der sich von der plastischen Verformung unterscheidet. Somit ist
es in diesem Fall möglich
zu verhindern, dass sich die Magnetcharakteristika der Magnetflusssammelvorstehungen 36 durch
die plastische Verformung verschlechtern. Daher können die
Magnetflusssammelvorstehungen 36 ausreichende Magnetflusssammelwirkungen
zeigen. Dementsprechend ist es möglich, den
Leistungsausgang des Wechselstromgenerators 1 während des
Betriebes bei einer niedrigen Drehzahl beachtlich zu verbessern.
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Ein
Raumfaktor ist entsprechend dem Verhältnis eines durch Leiter besetzten
Bereiches in einem Schlitz zum Gesamtbereich des Schlitzes definiert.
Es werden erste, zweite und dritte Wechselstromgeneratoren verglichen,
die gleiche Raumfaktoren aufweisen. Der erste Wechselstromgenerator
ist ein bekannter Wechselstromgenerator, bei dem die Breite der
inneren Öffnungen
der Schlitze größer als der
Durchmesser eines Drahtes ist, der eine Wicklung ausbildet. In dem
zweiten Wechselstromgenerator ist die Breite der inneren Öffnungen
kleiner als der Durchmesser eines Drahtes, der eine Wicklung ausbildet,
und Magnetflusssammelvorstehungen werden durch plastische Verformung
ausgebildet. Der dritte Wechselstromgenerator stimmt mit dem Wechselstromgenerator 1 des
Beispiels überein.
Dementsprechend ist in dem dritten Wechselstromgenerator die Breite
der inneren Öffnungen
der Schlitze kleiner als der Durchmesser eines Drahtes, der eine
Wicklung ausbildet, und Magnetflusssammelvorstehungen werden durch
einen Prozess ausgebildet, der sich von der plastischen Verformung
unterscheidet. In 2 bezeichnet die gestrichelte Linie
die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom und der Drehzahl des ersten
Wechselstromgenerators, d.h. des bekannten Wechselstromgenerators.
In 2 bezeichnet die Punkt-Strich-Linie die Beziehung
zwischen dem Ausgangsstrom und der Drehzahl des zweiten Wechselstromgenerators.
In 2 bezeichnet die durchgezogene Linie die Beziehung
zwischen dem Ausgangsstrom und der Drehzahl des dritten Wechselstromgenerators,
d.h., des Wechselstromgenerators 1 des Beispiels. Es ist
in 2 gezeigt, dass der Wechselstromgenerator 1 des
Beispiels einen relativ großen
Strom während
des Betriebes bei einer niedrigen Drehzahl ausgibt.
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In
dem Beispiel sind die Magnetflusssammelvorstehungen 36 frei
von einer Gestaltspannung, die durch eine plastische Verformung
verursacht wird. Daher ist die Kreisförmigkeit der inneren Umfangsoberflächen des
Eisenkerns 32 gut. Somit ist es möglich, eine Erhöhung des
magnetischen Rauschens zu unterdrücken, das durch eine Ungleichheit der
Luftlücke
zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 verursacht
wird.
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Die
Magnetflusssammelvorstehungen 36 können durch einen Pressprozess
oder einen anderen Prozess, der sich von der plastischen Verformung unterscheidet,
ausreichend lang hergestellt werden. Somit können die inneren Umfangsoberflächen des Eisenkerns 32 sich
gut an Oberflächen
eines wahren Zylinders annähern.
Dementsprechend ist es möglich,
Windblockiergeräusche,
die durch eine Rauhigkeit in den inneren Umfangsoberflächen des
Eisenkerns 32 und einen Zentrifugalwind, der durch die Polkerne
vom LUNDEL-Typ 7 erzeugt wird, zu verringern.
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Ein
bekannter Wechselstromgenerator vom Typ mit äußerem Lüfter ist mit einem externen
Kühlungslüfter versehen.
In dem bekannten Wechselstromgenerator des Typs mit äußerem Lüfter bilden innere Öffnungen
der Schlitze Windpassagen in axialer Richtung. Somit erhöhen sich
in dem bekannten Wechselstromgenerator des Typs mit äußerem Lüfter, wenn
die inneren Öffnungen
der Schlitze wie in der Ausführungsform
dieser Erfindung geschmälert werden,
die Widerstände
gegenüber
Kühlungswinden,
so dass sich das Kühlungsvermögen verschlechtert.
Andererseits enthält
der Wechselstromgenerator 1 des Beispiels innere Kühlungslüfter. In dem
Wechselstromgenerator 1 des Beispiels werden Kühlungswinde,
die entlang axialer Richtungen eingeleitet werden, radial nach außen entladen.
Somit beeinflussen die geschmälerten
inneren Öffnungen der
Schlitze in dem Wechselstromgenerator 1 des Beispiels kaum
das Kühlungsvermögen.
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Zweites Beispiel
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Ein
zweites Beispiel ähnelt
dem ersten Beispiel mit Ausnahme der im Folgenden erläuterten Entwurfsänderungen.
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In
dem ersten Beispiel weist der elektrische Leiter oder der Draht,
der die Wicklung 33 ausbildet, einen kreisförmigen Querschnitt
auf. Andererseits weisen in dem zweiten Beispiel zumindest Abschnitte eines
elektrischen Leiters, der sich in Schlitzen erstreckt, eine näherungsweise
rechtwinklige Gestalt entsprechend der Gestalt der Schlitze auf,
wie es in 4 gezeigt ist. Insbesondere
weisen die Abschnitte des elektrischen Leiters einen Querschnitt
auf, der derart gestaltet ist, dass sie flache Oberflächen aufweisen,
die sich entlang innerer Wandoberflächen der Schlitze erstrecken.
Somit wird der Raumfaktor erhöht
und die Summe der Querschnittsbereiche der Abschnitte des elektrischen
Leiters in den Schlitzen wird erhöht. Demzufolge ist es möglich, den
elektrischen Widerstand der Wicklung zu verringern und den Wechselstromgeneratorleistungsausgang
zu erhöhen.
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In
dem zweiten Beispiel ist der Bereich, in dem der Eisenkern 32 und
die Wicklung 33 ineinander eingreifen, vergrößert. Daher
ist es möglich,
eine gute thermische Leitfähigkeit
zwischen dem Eisenkern 32 und der Wicklung 33 bereitzustellen.
Somit ist es möglich,
außerdem
die Temperatur der Wicklung 33 zu verringern. Da der Raumfaktor
höher ist, ist
die Härte
des gesamten Stators 2 höher. Dementsprechend ist es
möglich,
das magnetische Rauschen zu verringern.
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Da
die Schlitzöffnungen 35 durch
die flachen Abschnitte der elektrischen Leiter geschlossen werden,
können
sich außerdem
die inneren Oberflächen des
Statoreisenkerns 32 besser an glatte zylindrischen Oberflächen im
Vergleich zu dem Fall annähern,
in dem die Statorwicklung 33 einen kreisförmigen Draht
verwendet. Somit ist es möglich,
die Windgeräusche,
die durch die Zerklüftetheit
der inneren Oberflächen
des Statoreisenkerns 32 verursacht werden, und die radial
nach außen
gerichteten Winde, die durch den Polkern vom LUNDEL-Typ 7 während der
Drehung verursacht werden, zu verringern.
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Außerdem sind
in diesem Beispiel die Abmessungen des Querschnitts der Statorwicklung 33 größer als
die Breite der Schlitzöffnung.
Der Querschnitt der Statorwicklung 33 weist eine rechtwinklige Gestalt
auf. Die Breite seiner längeren
Seiten ist größer als
die Schlitzöffnungsbreite.
Es ist vorteilhaft, dass, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, die
Breite seiner kürzeren
Seiten größer als
die Schlitzöffnungsbreite
ist.
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In
dem ersten Beispiel wird ein kontinuierlicher Draht verwendet, um
die Wicklung 33 auszubilden. Andererseits verwendet das
zweite Beispiel näherungsweise
U-förmige elektrische
Leitersegmente, die jeweils gerade Abschnitte 33a und einen
Biegungsabschnitt 33c aufweisen, wie es in 5 gezeigt
ist. Die elektrischen Leitersegmente werden in Schlitze des Eisenkerns 32 entlang
einer axialen Richtung derart eingeführt, dass die geraden Abschnitte 33a ausgerichtet
sind. Dann werden Abschnitte der elektrischen Leitersegmente an
einer Seite des Eisenkerns 32 fern von den Biegungsabschnitten 33c gebogen,
und Enden 33b der elektrischen Leitersegmente werden verbunden,
um die Wicklung 33 auf dem Eisenkern 32 zu vervollständigen.
Die Verbindung zwischen den Enden 33b der elektrischen
Leitersegmente wird durch Ultraschallschweißen, Lichtbogenschweißen, Löten oder
eine mechanische Verarbeitung erstellt. Es ist leichter, die Wicklung 33 auszubilden,
als in dem Fall, in dem ein kontinuierlicher Draht verwendet wird,
um die Wicklung 33 auszubilden.
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Stücke des
elektrischen Leiters werden in äußere Schichten,
die in tiefen Abschnitten der Schlitze angeordnet sind, und in innere
Schichten getrennt, die in inneren Öffnungen der Schlitze angeordnet
sind. Zumindest ein Paar derartiger Stücke des elektrischen Leiters
sind je Schlitz vorgesehen. Innenschichtstücke und Außenschichtstücke des elektrischen
Leiters in unterschiedlichen Schlitzen sind in Serie geschaltet.
Somit ist es, wie es in 6 gezeigt ist, möglich zu
verhindern, dass sich Spulenenden gegenseitig stören bzw. beeinflussen. Dementsprechend
können
Stücke
des elektrischen Leiters leicht in tiefen Abschnitten der Schlitze
platziert werden, und es ist eine hohe Belegung in Bezug auf die
Schlitze verfügbar.
In 6 entspricht die Anzahl der Stücke des elektrischen Leiters
je Schlitz vier Drehungen, und es gibt zwei Paare von äußeren Schichten
und inneren Schichten. Sogar in dem Fall, in dem die Anzahl der
Paare nicht zwei beträgt,
ist es möglich
zu verhindern, dass sich die unterschiedlichen Wicklungsphasen gegenseitig
stören
bzw. beeinflussen.
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In
dem zweiten Beispiel ist die Wicklung durch elektrische Leitersegmente
ausgebildet. In diesem Fall ist es leicht, jeden elektrischen Leiter
in einem rechtwinkligen Querschnitt auszubilden, und es ist ein
hoher Raumfaktor verfügbar.
Die elektrischen Leitersegmente können durch einen Pressprozess ausgebildet
werden. Somit ist es möglich,
die Materialkosten und die Verarbeitungskosten zu verringern.
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Ausführungsformen
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Das
zweite Beispiel verwendet die näherungsweise
U-förmigen elektrischen
Leitersegmente. Wie es in 7 gezeigt
ist, können
näherungsweise J-förmige elektrische
Leitersegmente verwendet werden. In diesem Fall werden die näherungsweise J-förmigen elektrischen
Leitersegmente in die Schlitze entlang der axialen Richtung des
Eisenkerns 32 derart eingeführt, dass gerade Abschnitte 33h ausgerichtet
sind. Dann werden Enden der näherungsweise
J-förmigen
elektrischen Leitersegmente an jeder der beiden Seiten des Eisenkerns 32 verbunden, um
die Wicklung 33 zu vollenden. Da die näherungsweise J-förmigen elektrischen
Leitersegmente einfachere Gestalten aufweisen, sind sie leichter
herzustellen. Somit ergibt sich daraus ein Vorteil hinsichtlich
der Kosten.
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In
dem zweiten Beispiel weist der Querschnitt der Statorwicklung 33 eine
derartige rechtwinklige Gestalt auf, dass die längeren Seiten so angeordnet
sind, dass sie die Schlitzöffnung 35 schließen. Erfindungsgemäß ist, wie
es in 8 gezeigt ist, die Statorwicklung 33 in
einem Schlitz in einer Linie der Abschnitte entlang nur einer radialen
Richtung angeordnet, und die kürzeren
Seiten schließen die
Schlitzöffnung 35.
Die Verwendung eines derartigen Längsstapelarrays elektrischer
Leiter mit rechtwinkligen Querschnitten ermöglicht ein größeres Verhältnis eines
gegenüberliegenden
Bereiches bzw. Gegenüberliegungsbereiches
zwischen den elektrischen Leiteroberflächen und dem Eisenkern in den Schlitzen
und eine Verbesserung der Wärmeübertragung
von den elektrischen Leitern zum Eisenkern im Vergleich zu dem Fall,
der elektrische Leiter mit quadratischen Querschnitten verwendet,
und zu dem Fall, der einen seitlichen Stapelarray elektrischer Leiter
mit rechtwinkligen Querschnitten verwendet, wie es in 4 gezeigt
ist. Es ist möglich,
die Lücken
in der Umfangsrichtung zwischen den Abschnitten der Wicklung zu
erhöhen,
ohne die axiale Länge
der Spulenenden 31 zu ändern,
d.h. ohne den elektrischen Widerstandswert der Wicklung zu erhöhen. Dieses wird
anhand der 6 deutlich, die eine perspektivische
Ansicht der Spulenenden in dem Fall ist, in dem die Anzahl der Drehungen
je Schlitz vier Drehungen beträgt.
Dementsprechend können
die Windwiderstände
in Bezug auf die Kühlungswinde
in radialen Außenrichtungen
durch den Kühlungslüfter 11 verringert
werden, und somit können
die Fließraten
des Kühlungswindes
erhöht
werden. Da die Kühlungswinde
durch die Spulenenden 31 laufen, wird das Kühlungsvermögen erhöht, und
der Wechselstromgeneratorleistungsausgang kann weiter erhöht werden.
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In
einer Ausführungsform
dieser Erfindung weist, wie in 7 gezeigt
ist, die Wicklung 33 einen verringerten Widerstand auf,
und es ist ein noch besseres Kühlungsvermögen vorhanden.
Somit reicht es, nur einen Kühlungslüfter an
einem Ende des Rotors 3 vorzusehen. In diesem Fall ist
es möglich,
die Anzahl der Teile und die Anzahl der Herstellungsschritte zu
verringern. Daher kann der Wechselstromgenerator kostengünstig sein
und eine geringe Größe aufweisen.
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9 zeigt
einen Wechselstromgenerator, der nur einen Kühlungslüfter 11 aufweist.
In dem Wechselstromgenerator der 9 liegt
eine Endfläche
des Rotors 3, die nicht mit dem Kühlungslüfter 11 versehen ist,
zu den Innenwandoberflächen 42 des Rahmens
(des Gehäuses) 4 um
den Einlass 41 benachbart gegenüber. In diesem Fall dienen
die Innenwandoberflächen
des Rahmens (des Gehäuses) 4 als
eine Abschirmung für
den Kühlungslüfter 11.
Somit wird das Lüftungsvermögen des
Polkernscheibenabschnitts 72 erhöht. Dementsprechend ist es möglich, ein
Kühlungsvermögen zu erzielen,
das dem Kühlungsvermögen vergleichbar
ist, das in der Struktur erhältlich
ist, die zwei Kühlungslüfter aufweist,
wobei die Anzahl der Teile und die Anzahl der Herstellungsschritte
nicht erhöht
werden. Außerdem ist
es möglich,
den Leistungsausgang des Wechselstromgenerators weiter zu erhöhen.