DE8915212U1 - Electrical machine, preferably three-phase generator for motor vehicles - Google Patents
Electrical machine, preferably three-phase generator for motor vehiclesInfo
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Description
I I II I I
ill ; t ill ; t
S. 22735 i.P.
19.10.1989 Ws/Hmp. 22735 iP
19.10.1989 Ws/Hm
Elektrische Maschine,- Vorzugs* ·re Drehstromgenerator für Kga?<;Electric machine, preferred three-phase generator for Kg a?<;
Die Erfindung seht «us von einer elektrischen Maschine, vorzugsweise einem Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical machine, preferably a three-phase generator for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
Aus der JA-Gebrauchsmusteroffenlegung 57-65570 ist bereits bekannt, das Statorgehäuse eines Elektromotors zur Härmeabführung mit Kühlrippen zu versehen, die gemeinsam mit den ringförmigen Räumen an den Wickelköpfen der Statorwicklung mit einem wärmeleitenden Formharz ausgefüllt sind. Die Wickelköpfe sind dabei in dem Formharz vollständig eingebettet.It is already known from JA utility model disclosure 57-65570 that the stator housing of an electric motor can be provided with cooling fins for heat dissipation, which are filled with a heat-conducting molding resin together with the ring-shaped spaces on the winding heads of the stator winding. The winding heads are completely embedded in the molding resin.
Ferner ist es aus der CH-PS 317 647 bekannt, äußere Lücken eines Stator-Blechpaketes von elektrischen Maschinen gemeinsam mit den Wickelköpfen der Statorwicklung mit einer Vergußmasse aus Gießharz oder dergleichen auszugießen bzw. zu umgießen. Die hier verwendeten Materialien zur Einbettung der Wickelköpfe bewirken zwar einen guten Schutz gegen mechanische Beschädigung der Wickelköpfe von außen, sieFurthermore, it is known from CH-PS 317 647 to fill or surround the outer gaps of a stator laminated core of electrical machines together with the winding heads of the stator winding with a casting compound made of cast resin or the like. The materials used here to embed the winding heads provide good protection against mechanical damage to the winding heads from the outside, but they
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haben jedoch den Hachteil einer unbefriedigenden Wärmeableitung aufgrund ungünstiger Wärmeleitwerte, Außerdem neigen die hier verwendeten Ha»:se beim Aushärte» zur Bils;·'· . von Lufteinschlüssen aufgrund relativ großer Schrumpfung.However, they have the disadvantage of unsatisfactory heat dissipation due to unfavorable thermal conductivity values. In addition, the resins used here tend to form air pockets during curing due to relatively large shrinkage.
Aus der DE-OS 27 11 053 ist schließlich bekannt, zur Abführung der im Rotor der Maschine erzeugten Wärme vor den Wickelköpfe.- der Statorwicklung Wärmeleitringe anzuordnen, deren kammerti^e Vorsprünge in die Statornuten eingeschoben sind und die an ihrer Außenseite an. Statorgehäuse zur Wärmeabführung anliegen. Durch diese Maßnahme soll die Statorwicklung vor der Wärmeabstrahlung des Rotors weitgehend geschützt werden, wobei die Wickelköpfe durch Bohrungen der Wärmeleitringe in ein Isoliermaterial eingebettet werden, das sowohl zur thermischen als auch zur elektrischen Isolation der Wickelköpfe dient. Die in den Wickelköpfen erzeugte elektrische Wärme muß folglich über das Ständerblechpaket an das Gehäuse abgeführt werden.Finally, it is known from DE-OS 27 11 053 that heat conducting rings can be arranged in front of the winding heads of the stator winding in order to dissipate the heat generated in the rotor of the machine. The chamber-deep projections of these rings are inserted into the stator slots and rest on the outside against the stator housing for heat dissipation. This measure is intended to protect the stator winding to a large extent from the heat radiation of the rotor, with the winding heads being embedded in an insulating material through holes in the heat conducting rings, which serves both to thermally and electrically insulate the winding heads. The electrical heat generated in the winding heads must therefore be dissipated to the housing via the stator core.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, die Wärmeabführung von den Wickelköpfen nach außen auf wirksam und kostengünstige Weise zu verbessern.The aim of this solution is to improve the heat dissipation from the winding heads to the outside in an effective and cost-effective manner.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Wärmeleitringe die in den Wickelköpfen erzeugte Verlustwärme durch eine relativ dünnt Isolierschicht nahezu unmittelbar aufnehmen können und über die äußere Mantelfläche des Maschinengehäuses abführen. Ein Heiterer Vorteil besteht darin, daß das Schrumpfungeverhalten von Vergußmassen su vernachlässigen ist, so daß Lufteinschiüsse bzw. Luftspalte zwischen der Isolierschicht eines Wickelkopfes und dem Metallring vermieden werden.The electrical machine according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the heat conducting rings can absorb the heat loss generated in the winding heads almost directly through a relatively thin insulating layer and dissipate it via the outer surface of the machine housing. A further advantage is that the shrinkage behavior of casting compounds can be neglected, so that air pockets or air gaps between the insulating layer of a winding head and the metal ring are avoided.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Besondere vorteilhaft ist dabei, einen Metallring zur Einfassung eines Hickelkopfes nur auf einer Seite des Ständerblechpaketes der elektrischen Maschine vorzusehen und daß Metallgehäuse des Ständers auf der anderen Seite des Ständerblechpaketee mit einem Innenabsatz su versehen, der als Anschlag für das Ständerblechpaket dient und der bis dicht über den Wickelkopf reicht sowie mit einem ringförmigen radial nach innen gerichteten Vorsprung auszubilden, der die Stirnseite dieses Wicke)kopfes abdeckt. Bei einer elektrischen Maschine mit zwei axial hint*»«tfinander angeordneten Ständerwicklungen, wie sie vorzugsweise bei Doppelleitstück-Lichtmaschinen verwendet werden, ist es besondere vorteilhaft, das Gehäuse der Maschine zwischen den beiden Ständerblechpaketen mit einem im Querschnitt T-förmigen nach innen gerichteten Kragen zu versehen, der die benachbarten inneren Wickelköpfe zur Wärmeableitung abdeckt. Die beiden äußeren Wickelköpfe sind dabei durch zwei von außen in das Metallgehäuse eingepreßte winkelförmige Metallringe abzudecken. Bei einem topfförmigen Gehäuse des Ständers ist es dagegen zweckmäßig, anstelle des T-förmigen Gehäusekragens für die zwei benachbarten inneren Wickelköpfe einen T-förmigen Metallring zu verwenden, der zugleich als Anschlag für die benachbarten Ständerblechpakete dient.The measures listed in the subclaims result in advantageous further developments and improvements of the features specified in the main claim. It is particularly advantageous to provide a metal ring for enclosing a stator head on only one side of the stator core of the electrical machine and to provide the metal housing of the stator on the other side of the stator core with an inner shoulder that serves as a stop for the stator core and that extends just above the winding head, as well as with an annular, radially inwardly directed projection that covers the front side of this winding head. In an electrical machine with two stator windings arranged axially one behind the other, as is preferably used in double-conductor alternators, it is particularly advantageous to provide the housing of the machine between the two stator cores with a T-shaped, inwardly directed collar that covers the adjacent inner winding heads for heat dissipation. The two outer winding heads are to be covered by two angle-shaped metal rings pressed into the metal housing from the outside. In the case of a pot-shaped stator housing, however, it is advisable to use a T-shaped metal ring instead of the T-shaped housing collar for the two adjacent inner winding heads, which also serves as a stop for the adjacent stator cores.
Zeichnungdrawing
Drei AuBführungsbelspiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Bs zeigen Figur 1 die obere Hälfte eines Drehstromgenerators mit einem Wärmeleitung im Querschnitt, Figur 2 die untere Hälfte eines Doppelleitstück-Drehstromgenerators mit zwei Wärmeleitringen und einem T-förmigen Gehäusekragen zwischen den Ständerblechpaketen undThree examples of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Figure 1 shows the upper half of a three-phase generator with a heat conductor in cross section, Figure 2 shows the lower half of a double-conductor three-phase generator with two heat conduction rings and a T-shaped housing collar between the stator cores and
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Figur 3 zeigt einen Dbppelleitstück-Drehstromgenerator mit einem T-förmigen mittleren Härmeleitring und zwei äußeren Wärmeleitringen.Figure 3 shows a double conduction piece three-phase generator with a T-shaped central heat conduction ring and two outer heat conduction rings.
Der in Figur 1 mit 10 bezeichnete Drehstromgenerator dient zur Stromversorgung von schweren Kraftfahrzeugen/ Baumaschinen und dergleichen. Er besteht aus einem Ständer 11/ auch Stator genannt/ einem Leitstückläufer 12 in Xlauenpolausführung/ der auf einer Antriebswelle 13 befestigt ist und einer feststehenden Erregerwicklung 14. Die Antriebswelle 13 ist mit ihrem hinteren Ende über ein Kugellager 15 in einem Lagerschild 16 eines Metallgehäuses 17 des Generators aufgenommen. Auf der Antriebsseite ist die Antriebswelle 13 über ein weiteres Kugellager 18 von einem Antriebsflansch 19 des Generators aufgenommen, der das topfförmige Metallgehäuse 17 zur Antriebsseite hin abschließt. Die Erregerwicklung 14 ist auf einem Magnetflußleitring 20 isoliert aufgebracht, der an seiner Stirnseite durch Schrauben 21 am Antriebsflansch 19 befestigt ist und durch den öle Antriebswelle 13 hinaurchrecjt. Der Leitötückläüief 12 ist äü£ der Antriebswelle 13 aufgeschrumpft und besteht aus zwei klauenpolförmig ausgebildeten, magnetisch voneinander isolierten Magnetleitstücken 12a und 12b, wobei die Leitetücke 12a und 12b durch zwei unmagnetische Halteringe 22 und 23 zusammengehalten werden. Der Antrieb erfolgt vorzugsweise von einer Brennkraftmaschine mittels Riementrieb über eine Riemenscheibe 24 am antriebseitigen Ende der Antriebswelle 13. Der Ständer 11 dec Drehstromgenerators 10 besteht aus einem ringförmigen Ständerblechpaket 25, das auf der Innenseite genutet ist und in den nicht dargestellten Nuten eine dreiphasigeThe three-phase generator designated 10 in Figure 1 is used to supply power to heavy motor vehicles/construction machines and the like. It consists of a stand 11/also called a stator/, a conductor rotor 12 in a three-pole design/ which is attached to a drive shaft 13 and a fixed excitation winding 14. The drive shaft 13 is held at its rear end via a ball bearing 15 in a bearing plate 16 of a metal housing 17 of the generator. On the drive side, the drive shaft 13 is held by a drive flange 19 of the generator via another ball bearing 18, which closes off the pot-shaped metal housing 17 on the drive side. The excitation winding 14 is mounted in an insulated manner on a magnetic flux guide ring 20, which is attached at its front side to the drive flange 19 by screws 21 and extends through the drive shaft 13. The conductor piece 12 is shrunk onto the drive shaft 13 and consists of two claw-pole-shaped, magnetically insulated magnetic conductor pieces 12a and 12b, whereby the conductor pieces 12a and 12b are held together by two non-magnetic retaining rings 22 and 23. The drive is preferably carried out by an internal combustion engine by means of a belt drive via a pulley 24 at the drive-side end of the drive shaft 13. The stator 11 of the three-phase generator 10 consists of an annular stator sheet package 25, which is grooved on the inside and in the grooves (not shown) a three-phase
» i · «ti*» i · «ti*
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Ständerwicklung 26 aufnimmt, deren Wiekelköpfe 26a an beiden Stirnseiten des Ständerblechpaketee 25 aus den Nuten vorstehen. Zur Abführung der im Generator erzeugten Verlustwärme über die äußere Mantelfläche des Metallgehäuses 17 kann der Drehstromgenerator 10 in ein geschlossenes Kühlgehäuse eingesetzt und daran mit dem Antriebsflansch 19 befestigt werden, so daß ein durch das nicht dargestellte Kühlgehäuse fließendes Kühlmedium, z. B. Kühlwasser, die Verlustwärme abführt.Stator winding 26, the winding heads 26a of which protrude from the slots on both end faces of the stator core 25. In order to dissipate the waste heat generated in the generator via the outer surface of the metal housing 17, the three-phase generator 10 can be inserted into a closed cooling housing and attached to it with the drive flange 19, so that a cooling medium, e.g. cooling water, flowing through the cooling housing (not shown) dissipates the waste heat.
Um oine gute Ableitung der Verlustwärme aus den Wickelköpfen 26a und 26b zu erzielen, ist zwischen dem Metallgehäuse 17 und dem linken Wickelkopf 26a ein Metallring 27 bis gegen das Ständerblechpaket 25 in das Metallgehäuse 17 eingepreßt, der im Querschnitt winkelförmig dicht über die Stirnseite des vorderen Wickelkopfes 26a ragt. Der Metallring 27 ist mit seinem äußeren Umfang über die ganze Tiefe des Wickelkopfes 26a mit dem Metallgehäuse 17 zur guten Wärmeableitung flächig verbunden. Auf der linken, dem Metallring 27 abgewandten Seite des Ständerblechpaketes 25 ist zur Ableitung der Wärme aus dem linken Wickel köpf 26b «Sas Metallgehäuse 17 aöä Stöüaviä 11 iBxt &ogr;&khgr;&iacgr;-&eacgr;&Pgr;&Iacgr; Innenabsatz 28 versehen, der als Anschlag für das Ständerblechpaket 25 dient und der bis dicht über den Wickelkopf 26b reicht. Daran anschließend ist das Gehäuse 17 mit einem ringförmigen radial nach innen gerichteten Vorsprung 17a versehen, der die Stirnseite dieses Wickelkopfes 26b abdeckt. Ein zwischen dem Wickelkopf 26a und dem Metallring 27 einerseits und dem Wickelkopf 26b und dem Vorsprung 17a verbleibender Spalt ist mit einem vorzugsweise wärmeleitendenIn order to achieve good dissipation of the heat loss from the winding heads 26a and 26b, a metal ring 27 is pressed into the metal housing 17 between the metal housing 17 and the left winding head 26a up to the stator core 25, which protrudes in an angular cross-section closely over the front side of the front winding head 26a. The metal ring 27 is connected with its outer circumference over the entire depth of the winding head 26a to the metal housing 17 for good heat dissipation. On the left side of the stator core 25 facing away from the metal ring 27, a metal housing 17 is connected to the stator core 25 in order to dissipate the heat from the left winding head 26b. The housing 17 is provided with an inner shoulder 28 which serves as a stop for the stator core 25 and which extends just above the winding head 26b. Following this, the housing 17 is provided with an annular, radially inwardly directed projection 17a which covers the front side of this winding head 26b. A gap remaining between the winding head 26a and the metal ring 27 on the one hand and the winding head 26b and the projection 17a on the other hand is filled with a preferably heat-conducting
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist die untere Hälfte eines Drehstromgenerators 30 mit einem Doppelleitstück-Läufer 31 im Querschnitt dargestellt. Auf einer Antriebswelle 32 sind zwei Leitstück-Läufer 33, 34 im Klauenpolausfübrung spiegelbildlich befestigt, wobei die Klauenpole jeweil« eine von zwei Erregerwicklungen 35, 36 überdecken. Jede äer Erregerwicklungen 35, 36 ist auf einemIn the embodiment according to Figure 2, the lower half of a three-phase generator 30 with a double conductor rotor 31 is shown in cross-section. Two conductor rotors 33, 34 in the claw pole design are attached in mirror image to a drive shaft 32, with the claw poles each covering one of two excitation windings 35, 36. Each of the excitation windings 35, 36 is mounted on a
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Magnetflußleitring 37, 38 isoliert aufgebracht, der jeweils an seiner Stirnseite an einem Gehäueeflansch 39, 40 des Drehstromgenerators 30 festgeschraubt ist. Der Ständer 41 des Drehstromgenerators 30 ist mit zwei axial hintereinander angeordneten Ständerblechpaketen 42, 43 versehen, die von einem mit Kühlmittelkanälen versehenen Metallgehäuse 44 umgeben sind und stänäerwickiungen 45, 46 tragen. Magnetic flux guide ring 37, 38 is applied in an insulated manner, which is screwed on its front side to a housing flange 39, 40 of the three-phase generator 30. The stator 41 of the three-phase generator 30 is provided with two stator cores 42, 43 arranged axially one behind the other, which are surrounded by a metal housing 44 provided with coolant channels and carry stator windings 45, 46.
Die beiden außenliegenden Wickelkopf«» 45a und 46a der Ständerwicklungen 45, 46 sind jeweils durch zwei winkelförmige Metallringe 27 gemäß Figur 1 zur Wärmeableitung abgedeckt. Die benachbarten inneren Wickelköpfe 4Jb 46b sind hier durch einen im Querschnitt T-förmigen, nach innen gerichteten Kragen 47 des Metallgehäuses 44 abgedeckt. Auch hier bilden die Seiten des T-förmigen Gehäusekragen 47 jeweils einen Anschlag für die Ständerblechpakete 42 und 43.The two outer winding heads 45a and 46a of the stator windings 45, 46 are each covered by two angle-shaped metal rings 27 as shown in Figure 1 for heat dissipation. The adjacent inner winding heads 46b are covered here by a collar 47 of the metal housing 44 that is T-shaped in cross-section and directed inwards. Here, too, the sides of the T-shaped housing collar 47 each form a stop for the stator cores 42 and 43.
Während die beiden Flußleitstück-Systeme des Drehstromgenerators 30 aus Figur 2 von beiden Stirnseiten her zusammengesetzt werden, zeigtWhile the two flux guide systems of the three-phase generator 30 from Figure 2 are assembled from both front sides,
rl'.u.rl'.u.
stück-Drehstromgenerator 50 mit einem topfförmigen Metallgehäuse 51, das nur auf der Antriebsseite mit einen: Flansch 52 abgeschlossen ist. Anstelle des in Figur 2 am Gehäuse angeformten Kragens 47 ist hier zwischen den axial hintereinander angeordneten Ständerblechpaketen 42, 43 ein H-förmiger Metallring 53 zur W? ? - ^leitung flächig in das Metallgehäuse 51 eingepreßt, der die innenliegenden Wickelköpfe 45b, 46b einfaßt. Die äußeren Wickelköpfe 45a und 46a sind hier durch U-förmige Metallringe 54, 55 eingefaßt, die auch den inneren Umfang der Wickelköpfe bis auf einen Luftspalt vor dem Ständerblechpaket 45 bzw. 46 abdecken. Durch diese Luftspalte wird wiederum ein vorzugsweise leitender Kunststoff eingebracht, der die Räume zwischen den Wickelköpfen und den Metallringen 53, 54 und 55 ausfüll*:, In bevorzugter Ausführung werden diese Räume mit einempiece three-phase generator 50 with a pot-shaped metal housing 51, which is closed off with a flange 52 only on the drive side. Instead of the collar 47 formed on the housing in Figure 2, here an H-shaped metal ring 53 for the W? ? - ^ conduction is pressed flat into the metal housing 51 between the axially successive stator cores 42, 43, which surrounds the inner winding heads 45b, 46b. The outer winding heads 45a and 46a are surrounded here by U-shaped metal rings 54, 55, which also cover the inner circumference of the winding heads except for an air gap in front of the stator core 45 or 46. A preferably conductive plastic is introduced through these air gaps, which fills the spaces between the winding heads and the metal rings 53, 54 and 55*:, In a preferred embodiment, these spaces are filled with a
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Silikonkautschuk ausgespritzt. Eine besonders gute Wärmeableitung an das Metallgehäuse wird dadurch erzielt, daß die flächig in das Metallgehäuse 52 eingepreßten Metallringe 53/ 54, 55 aus Aluminium hergestellt sind.Silicone rubber is injected. Particularly good heat dissipation to the metal housing is achieved by the fact that the metal rings 53/54, 55 pressed flat into the metal housing 52 are made of aluminum.
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