EP2030305A1 - Alternator for motor vehicles - Google Patents

Alternator for motor vehicles

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Publication number
EP2030305A1
EP2030305A1 EP07729841A EP07729841A EP2030305A1 EP 2030305 A1 EP2030305 A1 EP 2030305A1 EP 07729841 A EP07729841 A EP 07729841A EP 07729841 A EP07729841 A EP 07729841A EP 2030305 A1 EP2030305 A1 EP 2030305A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
phase
poles
stator
holes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07729841A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kurt Reutlinger
Gert Wolf
Alexander Shendi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2030305A1 publication Critical patent/EP2030305A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • the invention relates to an alternator for motor vehicles, as it is known for example from DE 31 41 153 Al.
  • This has an originally designed as a flat package laminated core with a three-phase stator winding, in which of the as
  • Claw poles trained rotor poles a circulating with the rotor magnetic field is induced.
  • Such generators have windings with payloads which are an integer multiple of the number of poles and the number of phases, in particular three-phase generators with 12 poles and 3 phases and a number of 36 are useful.
  • three-phase generators in 16-pole execution as generators for motor vehicles are known with 48 grooves.
  • the number of holes q of this machine which is the number of slots N, divided by the number of poles 2p and the phase number m, is an integer and has the value 1 in the aforementioned case.
  • Two-hole winding with 12 poles has 72 slots, a three-phase three-hole winding 108 slots.
  • stator of an alternator for motor vehicles offers over the prior art has the advantage that the aforementioned Limitations in the choice of useful numbers of the stator and the resulting mechanical and electrical disadvantages in the design and manufacture of the winding are at least significantly reduced.
  • the structure of the stator should be improved to the effect that yield favorable punching for the stator laminations, the simplest possible winding technique and a good Nutfullung.
  • This is achieved by the execution of the stator winding as a broken hole winding, in particular pole numbers between 10 and 20, preferably pole numbers of 12 or 16, allow a particularly advantageous structure of the machine under production engineering aspects.
  • Small pole numbers with few claws require high forming forces for the claw poles and make their design more difficult, while too large a number of poles with small gaps between the different pole claws cause higher magnetic losses.
  • the number of slots of the stator winding it is expedient if it is chosen to be greater than 1.5 times the number of poles, preferably greater than twice the number of poles.
  • the upper limit is determined by the manufacturing difficulties in punching filigree groove and Polgeometrien and by the problems Inserting the coils in very narrow grooves.
  • the lower limit for suitable payloads results from a greater harmonic content in the resulting field curve of the generator and thus stronger deviations of the voltage curve from the sinusoidal shape and / or higher losses.
  • Expedient phase numbers in the inventive execution of an alternator for motor vehicles are between 3 and 9.
  • phase numbers require an amplified ripple in the generated voltage and thus increased magnetic noise, so a phase number of 3 should not be lower than the lower limit.
  • High numbers of phases are generally suitable for the design of the machine, but they require an increased interconnection and component cost for the rectification of the resulting voltage in the intended use of the generator as an alternator in motor vehicles.
  • An upper limit of 9 phases should therefore not be exceeded.
  • a five-phase winding can preferably be designed so that an angular offset of 32 ° el to 40 ° el, in particular an angular offset of 36 ° el results between two adjacent phases.
  • a six-phase winding can be conveniently constructed so that the six phases are connected to two star circuits offset by 28 ° el to 32 ° el, preferably by 30 ° el, with the zero points of the stars not being connected.
  • the strands with the same electrical angular offset can be connected in series with each other, wherein in the series circuit each at least one adjacent strand is skipped.
  • the stator windings are preferably constructed of conductor segments.
  • Values between 1/2 and less than 3, preferably values between 3/4 and smaller than 2 have proven to be suitable hole numbers q in a three-phase design of the machine.
  • a hole number q smaller than 1 is generally appropriate.
  • hole numbers between 1/2 and 7/4 suitable but are also here hole numbers less than 1 to prefer.
  • the number of holes should be as low as possible, because otherwise, especially in high-phase machines, the resulting useful number increases significantly with the already mentioned technical manufacturing and winding technical difficulties.
  • the lower limit of the respectively suitable number of holes also results from the resulting number of slots, too low number of slots causing the mentioned disadvantages in terms of the resulting harmonic content in the air gap field.
  • the inventive Bruchlochwicklung is expediently designed as a two-layer winding, because this arrangement many ways when inserting the
  • the stator laminated core is preferably first produced as a flat package, because this simplifies the one hand, the insertion of the winding and on the other hand, the full factor can be significantly increased,temperatur für garchtwicklungig by up to 50%.
  • inventive Bruchlochwicklung can be performed in a design of the stator as a flat package with less overhanging the coils at the beginning and end of the flat package, so that the final bending process of the flat package to the round stator lamination with respect to the introduction of the
  • Fig. 1 is a longitudinal section through a
  • Fig. 3 shows an exemplary embodiment of the broken hole winding for a three-phase machine with 4 poles and 15 grooves in the execution as a two-layer winding, wherein the interconnection is shown only for the phase U, and
  • Fig. 4 shows a detail of the laminated core of the stator in the form of a flat pack.
  • a section through an alternator 10 for motor vehicles is shown.
  • This has inter alia a two-part housing 13, which consists of a first bearing plate 13.1 and a second bearing plate 13.2.
  • the bearing plate 13.1 and the bearing plate 13.2 take in a stator 16, with a nikringformigen laminated core 17, in which inwardly open and axially extending grooves, a stator winding 18 is inserted.
  • the annular stator 16 surrounds with its radially inwardly directed surface an electromagnetically excited rotor 20 which is formed as a claw pole rotor.
  • the rotor 20 consists inter alia of two claw-pole plates 22 and 23, on the outer periphery of each claw-pole fingers 24 and 25 extending in the axial direction are arranged.
  • Both claw pole boards 22 and 23 are arranged in the rotor 20 such that their axially extending claw pole fingers 24, 25 alternate at the periphery of the rotor 20 as N and S poles. This results in magnetically required Klauenpol noteraume between the oppositely magnetized Klauenpolfingern 24 and 25. At the outer edges of the Klauenpolfinger 24 and 25 for
  • the rotor 20 is rotatably supported in the respective end shields 13.1 and 13.2, respectively, by means of a shaft 27 and one respective rolling bearing 28 located on each side of the rotor. It has two axial end faces, on each of which an air filter 30 is attached. These airs 30 consist essentially of a plate-shaped or disk-shaped portion, emanating from the air blades in a known manner. These air filters 30 serve to allow air to be exchanged between the outside and the interior of the electric machine 10 via openings 40 in the end shields 13.1 and 13.2. These are the Openings 40 provided at the axial ends of the end shields 13.1 and 13.2, 30 is sucked through the air by means of the air cooler air into the interior of the electric machine 10.
  • This cooling air is accelerated radially outwards by the rotation of the airs 30 so that it can pass through the air-permeable winding heads 45 on the drive side and 46 on the electronics side. By this effect, the winding heads are cooled.
  • the Kuhlluft takes after passing through the winding heads, or after the flow around this winding heads a path radially outward through not shown in openings.
  • this protective cap 47 covers, for example, a slip ring assembly 49, which supplies a field winding 51 with exciting current.
  • a slip ring assembly 49 Around this slip ring assembly 49 around a heat sink 53 is arranged, which acts here as Pluskuhlkorper.
  • the bearing plate acts 13.2.
  • a connection plate 56 is arranged between the bearing plate 13.2 and the heat sink 53, which connects in the bearing plate 13.2 mounted minus diodes 58 and not shown in this illustration plus diodes in the heat sink 53 in the form of a bridge circuit with each other.
  • the original winding of the machine is designated by 36.
  • the original winding 36 extends over one or more pot pitches of the machine, in present case about two-part divisions. At a maximum, the original winding 36 covers the entire circumference of the machine, as shown in FIG. 3 using the example of a four-pole machine with a broken-hole winding and explained there in more detail. In a Ganzlochwicklung shown in FIG. 2, the
  • Winding always be continued periodically after a pole pair.
  • the original winding extends over a pole pair.
  • Such windings are also constructed symmetrically under the two poles and designed in the case of a plug-in winding, that the winding connections are in the region of the winding head 45 on the drive side of the machine, while in the region of the opposite winding head 46, the conductors formed integrally and bent over in a U-shape are.
  • Fig. 3 shows an exemplary embodiment of a broken hole winding constructed as a two-layer winding with two coil sides in each groove 34 three-phase winding, for reasons of clarity, only for the phase U, the interconnection is located. The winding is shown for one
  • the original winding 36 thus does not extend over a pair of poles but over two pairs of poles and includes all 15 slots.
  • the many possibilities for the interconnection of the individual coils and for the formation of the winding heads can not be represented graphically exhaustive, but they are familiar to the skilled person and can be designed without inventive intervention according to the overall structure of the machine. In this case, in particular the coil width and the connection of the individual partial coils can be chosen differently than is shown in the exemplary embodiment according to FIG. 3.
  • the two-layer winding according to FIG. 3 is designed as a loop winding. Often, however, wave windings are possible, which provide manufacturing advantages, because they can be easily wound with a continuous wire. Have loop windings However, shorter connections in the winding overhang 45, the plurality of Tropsmogzieren the winding head can not be shown here and is left to the expert.
  • Fig. 4 shows an advantageous under production engineering aspects design of the laminated core 17 of the stator 16 as a so-called flat package.
  • the individual disks of the laminated core 17 are punched out of straight and flat strip material, then layered and introduced the coils in the grooves 34. Thereafter, the laminated core 17 is deformed together with the finished stator winding 18 to nikringformigen stator, wherein the overhanging coil parts are printed at the ends of the laminated core 17 following its deformation in the associated grooves 34.
  • This method offers in the execution of the stator winding 18 as a broken hole winding special advantages, as by the Bruchlochwicklung the execution and arrangement of the winding 18 can be designed so that reduces the number of overhangs of the winding at the ends of the flat package.
  • the attached tables show combinations of pay numbers and pole numbers for machines with three, five, six, seven and nine phases, whereby combinations that do not lead to a symmetrical design of the machine are underlined, while the realizable combinations are not underlined in the print ,
  • the various tables each contain the possible numbers of numbers between 15 and 150 according to the number of phases and are subdivided according to the
  • the natural phase number m N also plays a role for the feasibility of fracture-hole windings.
  • the number N of integers must be divisible by the natural phase number m N , otherwise a symmetrical winding can not be executed with the respective number of slots.
  • the natural phase number m N results from the p ⁇ 360 ° phase shift of two adjacent slots. Since only voltages with this electrical slot angle or an integral multiple of them can be produced, the
  • GGT (N, 2p) respective number N and the largest common divisor of the number of slots and the number of poles 2p.
  • the natural phase number m N indicates which phase numbers can be realized in a machine. This is the number of phases that is a divisor of the natural number of phases. It follows for a symmetrical system that the natural phase number m N must be equal to a multiple of the realizable phase number m.

Abstract

An alternator is proposed for motor vehicles, having a rotor (20) whose poles (32) are in the form of claw-type poles. In order to improve the design options for the stator of the machine, its polyphase winding is in the form of a fractional-slot winding, thus creating a large number of additional options in particular for selection of the number of slots (N), thus not only considerably simplifying and reducing the cost of manufacture, but also at the same time making it possible to improve the electrical characteristics.

Description

Beschreibungdescription
Wechselstromgenerator für KraftfahrzeugeAlternator for motor vehicles
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge, wie er beispielsweise aus der DE 31 41 153 Al bekannt ist. Dieser besitzt ein ursprunglich als Flachpaket ausgebildetes Standerblechpaket mit einer dreiphasigen Statorwicklung, in welcher von den alsThe invention relates to an alternator for motor vehicles, as it is known for example from DE 31 41 153 Al. This has an originally designed as a flat package laminated core with a three-phase stator winding, in which of the as
Klauenpolen ausgebildeten Rotorpolen ein mit dem Rotor umlaufendes Magnetfeld induziert wird. Derartige Generatoren weisen Wicklungen auf mit Nutzahlen, die ein ganzzahliges Vielfaches der Polzahl und der Phasenzahl betragen, wobei insbesondere Drehstromgeneratoren mit 12 Polen und 3 Phasen sowie einer Nutzahl von 36 gebrauchlich sind. Weiterhin sind auch dreiphasige Generatoren in 16-poliger Ausfuhrung als Generatoren für Kraftfahrzeuge bekannt mit 48 Nuten. Die Lochzahl q dieser Maschine, welche sich aus der Nutzahl N, dividiert durch die Anzahl der Pole 2p und die Phasenzahl m ergibt, ist ganzzahlig und hat im vorgenannten Fall den Wert 1.Claw poles trained rotor poles a circulating with the rotor magnetic field is induced. Such generators have windings with payloads which are an integer multiple of the number of poles and the number of phases, in particular three-phase generators with 12 poles and 3 phases and a number of 36 are useful. Furthermore, three-phase generators in 16-pole execution as generators for motor vehicles are known with 48 grooves. The number of holes q of this machine, which is the number of slots N, divided by the number of poles 2p and the phase number m, is an integer and has the value 1 in the aforementioned case.
Generatoren mit Zwei-oder Drei-Loch-Wicklungen sind ebenfalls bekannt. Eine dreiphasigeGenerators with two- or three-hole windings are also known. A three-phase
Zwei-Loch-Wicklung mit 12 Polen besitzt 72 Nuten, eine dreiphasige Drei-Loch-Wicklung 108 Nuten. Ein dreiphasiger Generator in 16-poliger Ausfuhrung besitzt dann bei einer Lochzahl q = 1 48 Nuten, bei einer Lochzahl q = 2 96 Nuten. Neben dreiphasigen Generatoren sind für Kraftfahrzeuge auch 6-phasige Maschinen mit einer Lochzahl von q = 1 bekannt, welche bei einer 12-poligen Ausfuhrung dann 72 Nuten aufweisen, bei einer 16-poligen Ausfuhrung der Maschine mit einer Lochzahl q = 1 ergeben sich 96 Nuten.Two-hole winding with 12 poles has 72 slots, a three-phase three-hole winding 108 slots. A three-phase generator in 16-pole design then has 48 slots for a number of holes q = 1, and for a hole number q = 2, 96 slots. In addition to three-phase generators for motor vehicles and 6-phase machines with a number of holes of q = 1 are known, which then have 72 grooves in a 12-pole execution, in a 16-pole execution of the machine with a number of holes q = 1 results in 96 grooves ,
Aus den vorgenannten Beispielen von auf dem Markt befindlichen Generatoren für Kraftfahrzeuge ist leicht ersichtlich, dass die Auswahl der möglichen Nutzahlen gering ist und dass die Nutzahl sehr schnell große Werte annimmt, wodurch sich für den Stator sehr schmale, schwierig zu stanzende Zahne sowie kleine Nutquerschnitte ergeben, welche das Wickeln des Stators erschweren und einen schlechten Fullfaktor bedingen.It is readily apparent from the aforementioned examples of motor vehicle generators on the market that the choice of possible number of payloads is small and that the number of slots very quickly becomes large, resulting in very narrow, difficult-to-punch teeth and small groove cross-sections for the stator , which complicate the winding of the stator and cause a bad full factor.
Weiterhin sind beispielsweise aus dem Lehrbuch , Elektrische Maschinen' von Bodefeld und Sequenz, Springer-Verlag Wien, 1962, Seiten 126 ff, Bruchlochwicklungen grundsatzlich bekannt. Diese werden jedoch, wie es auch die Ausfuhrungsbeispiel des Lehrbuchs auf S. 128 zeigen, in der Praxis nur für Großmaschinen verwendet. Sie besitzen eine Lochzahl q als Quotient aus der Nutzahl N, dividiert durch die Polzahl 2p und die Phasenzahl m, welche keine ganze Zahl sondern eine Bruchzahl ist. Aus dem Großmaschinenbau sind Bruchlochwicklungen insbesondere bei großenFurthermore, for example, from the textbook 'Electrical Machines' by Bodefeld and sequence, Springer-Verlag Wien, 1962, pages 126 ff, Bruchlochwicklungen fundamentally known. However, as the textbook example on p. 128 shows, these are only used in practice for large machines. They have a number of holes q as a quotient of the number of slots N, divided by the number of poles 2p and the phase number m, which is not an integer but a fraction. From the large machine construction are broken hole windings, especially in large
Synchrongeneratoren bekannt, bei denen Wicklungen mit einer Lochzahl q = 2,5 oder 3,5 angewendet werden.Synchronous generators known in which windings are used with a number of holes q = 2.5 or 3.5.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemaße Gestaltung des Stators eines Wechselstromgenerators für Kraftfahrzeuge bietet gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die vorgenannten Einschränkungen bei der Wahl der Nutzahlen des Stators und die hierdurch bedingten mechanischen und elektrischen Nachteile bei der Auslegung und Herstellung der Wicklung zumindest deutlich reduziert werden. Insbesondere für hoherphasige Maschinen soll der Aufbau des Stators dahingehend verbessert werden, dass sich gunstige Stanzformen für die Statorbleche, eine möglichst einfache Wickeltechnik und eine gute Nutfullung ergeben. Dies wird erreicht durch die Ausfuhrung der Statorwicklung als Bruchlochwicklung, wobei insbesondere Polzahlen zwischen 10 und 20, vorzugsweise Polzahlen von 12 oder 16, unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten einen besonders vorteilhaften Aufbau der Maschinen ermöglichen. Kleine Polzahlen mit wenigen Klauen erfordern hohe Umformkrafte für die Klauenpole und erschweren deren Gestaltung, wahrend eine zu große Zahl von Polen mit geringen Abstanden zwischen den verschiedenpoligen Klauen höhere magnetische Verluste verursacht .The inventive design of the stator of an alternator for motor vehicles offers over the prior art has the advantage that the aforementioned Limitations in the choice of useful numbers of the stator and the resulting mechanical and electrical disadvantages in the design and manufacture of the winding are at least significantly reduced. In particular, for high-phase machines, the structure of the stator should be improved to the effect that yield favorable punching for the stator laminations, the simplest possible winding technique and a good Nutfullung. This is achieved by the execution of the stator winding as a broken hole winding, in particular pole numbers between 10 and 20, preferably pole numbers of 12 or 16, allow a particularly advantageous structure of the machine under production engineering aspects. Small pole numbers with few claws require high forming forces for the claw poles and make their design more difficult, while too large a number of poles with small gaps between the different pole claws cause higher magnetic losses.
Hinsichtlich der Nutzahl der Statorwicklung ist es zweckmäßig, wenn diese großer als das 1,5-fache der Polzahl, vorzugsweise großer als das Doppelte der Polzahl gewählt wird. Hierdurch ergeben sich bei geeigneter Begrenzung der Lochzahl q der Wicklung bei 10 bis 20-poligen Maschinen Nutzahlen zwischen 15 und 150, vorzugsweise zwischen 40 und 100. Die Obergrenze ist bestimmt durch die fertigungstechnischen Schwierigkeiten beim Stanzen filigraner Nut- und Polgeometrien sowie durch die Probleme beim Einbringen der Spulen in sehr enge Nuten. Die Untergrenze für geeignete Nutzahlen ergibt sich durch einen größeren Oberwellengehalt in der resultierenden Feldkurve des Generators und hierdurch bedingte stärkere Abweichungen der Spannungskurve von der Sinusform und/oder durch höhere Verluste . Zweckmäßige Phasenzahlen bei der erfindungsgemaßen Ausfuhrung eines Wechselstromgenerators für Kraftfahrzeuge liegen zwischen 3 und 9. Zu niedrige Phasenzahlen bedingen einen verstärkten Ripple in der erzeugten Spannung und hierdurch erhöhte magnetische Geräusche, weswegen eine Phasenzahl von 3 als Untergrenze nicht unterschritten werden sollte. Hohe Phasenzahlen sind grundsatzlich für die Auslegung der Maschine geeignet, jedoch bedingen sie einen erhöhten Verschaltungs- und Bauelementeaufwand für die Gleichrichtung der resultierenden Spannung bei der vorgesehenen Verwendung des Generators als Lichtmaschine in Kraftfahrzeugen. Eine Obergrenze von 9 Phasen sollte daher nicht überschritten werden. Hierbei kann eine funfphasige Wicklung vorzugsweise so gestaltet werden, dass sich zwischen zwei benachbarten Phasen ein Winkelversatz von 32°el bis 40°el, insbesondere ein Winkelversatz von 36°el ergibt. Eine sechsphasige Wicklung kann zweckmaßigerweise so aufgebaut werden, dass die 6 Phasen zu zwei um 28°el bis 32°el, vorzugsweise um 30°el versetzten Sternschaltungen verschaltet sind, wobei die Nullpunkte der Sterne nicht verbunden sind. Bei einer siebenphasigen Wicklung können die Strange mit gleichem elektrischem Winkelversatz untereinander in Reihe geschaltet werden, wobei in der Reihenschaltung jeweils mindestens ein benachbarter Strang übersprungen wird. Die Statorwicklungen sind vorzugsweise aus Leitersegmenten aufgebaut.With regard to the number of slots of the stator winding, it is expedient if it is chosen to be greater than 1.5 times the number of poles, preferably greater than twice the number of poles. This results in a suitable limitation of the number of holes q of the winding at 10 to 20-pole machines pay numbers between 15 and 150, preferably between 40 and 100. The upper limit is determined by the manufacturing difficulties in punching filigree groove and Polgeometrien and by the problems Inserting the coils in very narrow grooves. The lower limit for suitable payloads results from a greater harmonic content in the resulting field curve of the generator and thus stronger deviations of the voltage curve from the sinusoidal shape and / or higher losses. Expedient phase numbers in the inventive execution of an alternator for motor vehicles are between 3 and 9. Too low a phase numbers require an amplified ripple in the generated voltage and thus increased magnetic noise, so a phase number of 3 should not be lower than the lower limit. High numbers of phases are generally suitable for the design of the machine, but they require an increased interconnection and component cost for the rectification of the resulting voltage in the intended use of the generator as an alternator in motor vehicles. An upper limit of 9 phases should therefore not be exceeded. In this case, a five-phase winding can preferably be designed so that an angular offset of 32 ° el to 40 ° el, in particular an angular offset of 36 ° el results between two adjacent phases. A six-phase winding can be conveniently constructed so that the six phases are connected to two star circuits offset by 28 ° el to 32 ° el, preferably by 30 ° el, with the zero points of the stars not being connected. In a seven-phase winding, the strands with the same electrical angular offset can be connected in series with each other, wherein in the series circuit each at least one adjacent strand is skipped. The stator windings are preferably constructed of conductor segments.
Als geeignete Lochzahl q bei einer dreiphasigen Auslegung der Maschine haben sich Werte zwischen 1/2 und kleiner als 3, vorzugsweise Werte zwischen 3/4 und kleiner als 2 erwiesen. Bei der Wahl einer Phasenzahl zwischen 6 und 9 ist im Allgemeinen eine Lochzahl q kleiner als 1 zweckmäßig. Bei einer besonders vorteilhaften funfphasigen Auslegung der Maschine sind Lochzahlen zwischen 1/2 und 7/4 geeignet, jedoch sind auch hierbei Lochzahlen kleiner als 1 zu bevorzugen. Grundsatzlich sollte die Lochzahl möglichst niedrig liegen, weil andernfalls insbesondere bei hoherphasigen Maschinen die resultierende Nutzahl deutlich ansteigt mit den bereits erwähnten fertigungstechnischen und wickeltechnischen Schwierigkeiten. Die Untergrenze der jeweils geeigneten Lochzahl ergibt sich ebenfalls aus der resultierenden Nutzahl, wobei zu niedrige Nutzahlen die genannten Nachteile hinsichtlich des resultierenden Oberwellengehaltes im Luftspaltfeld verursachen.Values between 1/2 and less than 3, preferably values between 3/4 and smaller than 2, have proven to be suitable hole numbers q in a three-phase design of the machine. When choosing a number of phases between 6 and 9, a hole number q smaller than 1 is generally appropriate. In a particularly advantageous five-phase design of Machine are hole numbers between 1/2 and 7/4 suitable, but are also here hole numbers less than 1 to prefer. In principle, the number of holes should be as low as possible, because otherwise, especially in high-phase machines, the resulting useful number increases significantly with the already mentioned technical manufacturing and winding technical difficulties. The lower limit of the respectively suitable number of holes also results from the resulting number of slots, too low number of slots causing the mentioned disadvantages in terms of the resulting harmonic content in the air gap field.
Die erfindungsgemaße Bruchlochwicklung wird zweckmaßigerweise als Zweischichtwicklung ausgeführt, weil diese Anordnung viele Möglichkeiten beim Einlegen derThe inventive Bruchlochwicklung is expediently designed as a two-layer winding, because this arrangement many ways when inserting the
Wicklung eröffnet. Das Statorblechpaket wird in bevorzugter weise zunächst als Flachpaket hergestellt, weil hierdurch einerseits das Einlegen der Wicklung vereinfacht und andererseits der Fullfaktor deutlich gesteigert werden kann, großenordnungsmaßig um bis zu 50%. Außerdem kann die erfindungsgemaße Bruchlochwicklung bei einer Gestaltung des Stators als Flachpaket mit weniger Überhangen der Spulen am Anfang und Ende des Flachpaketes ausgeführt werden, sodass der abschließende Biegevorgang des Flachpaketes zum runden Statorblechpaket hinsichtlich des Einbringens derWinding opened. The stator laminated core is preferably first produced as a flat package, because this simplifies the one hand, the insertion of the winding and on the other hand, the full factor can be significantly increased, großordnungnungsmaßig by up to 50%. In addition, the inventive Bruchlochwicklung can be performed in a design of the stator as a flat package with less overhanging the coils at the beginning and end of the flat package, so that the final bending process of the flat package to the round stator lamination with respect to the introduction of the
Wicklungsuberhange in die dann benachbarten Nuten gegenüber einer Ganzlochwicklung deutlich erleichtert wird.Wicklungsuberhange in the then adjacent grooves against a Ganzlochwicklung is much easier.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung sowie in - S -Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and in the following description and in - S -
den beigefugten Tabellen mit möglichen Auslegungen der erfindungsgemaßen Bruchlochwicklung naher erläutert.the attached tables with possible interpretations of the invention Bruchlochwicklung explained closer.
Es zeigenShow it
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einenFig. 1 is a longitudinal section through a
Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem Klauenpolrotor,Three-phase generator for motor vehicles with a claw pole rotor,
Fig. 2 eine Darstellung einer herkömmlichen dreiphasigen Ganzlochwicklung mit einer Lochzahl q = 1,2 shows a representation of a conventional three-phase all-hole winding with a number of holes q = 1,
Fig. 3 ein Ausfuhrungsbeispiel der Bruchlochwicklung für eine dreiphasige Maschine mit 4 Polen und 15 Nuten in der Ausfuhrung als Zweischichtwicklung, wobei die Verschaltung nur für die Phase U eingezeichnet ist, undFig. 3 shows an exemplary embodiment of the broken hole winding for a three-phase machine with 4 poles and 15 grooves in the execution as a two-layer winding, wherein the interconnection is shown only for the phase U, and
Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Blechpaket des Stators in der Form eines Flachpaketes .Fig. 4 shows a detail of the laminated core of the stator in the form of a flat pack.
Ausfuhrungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Drehstromgenerator 10 für Kraftfahrzeuge dargestellt. Dieser weist unter anderem ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das aus einem ersten Lagerschild 13.1 und einem zweiten Lagerschild 13.2 besteht. Das Lagerschild 13.1 und das Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen Stator 16 auf, mit einem kreisringformigen Blechpaket 17, in dessen nach innen offene und sich axial erstreckende Nuten eine Statorwicklung 18 eingelegt ist. Der ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten Oberflache einen elektromagnetisch erregten Rotor 20, der als Klauenpollaufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 besteht unter anderem aus zwei Klauenpolplatinen 22 und 23, an deren Außenumfang sich jeweils in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 und 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass ihre sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfinger 24, 25 am Umfang des Rotors 20 einander als N-und S-PoIe abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Klauenpolzwischenraume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25. An den äußeren Kanten sind die Klauenpolfinger 24 und 25 zurIn Fig. 1 a section through an alternator 10 for motor vehicles is shown. This has inter alia a two-part housing 13, which consists of a first bearing plate 13.1 and a second bearing plate 13.2. The bearing plate 13.1 and the bearing plate 13.2 take in a stator 16, with a kreisringformigen laminated core 17, in which inwardly open and axially extending grooves, a stator winding 18 is inserted. The annular stator 16 surrounds with its radially inwardly directed surface an electromagnetically excited rotor 20 which is formed as a claw pole rotor. The rotor 20 consists inter alia of two claw-pole plates 22 and 23, on the outer periphery of each claw-pole fingers 24 and 25 extending in the axial direction are arranged. Both claw pole boards 22 and 23 are arranged in the rotor 20 such that their axially extending claw pole fingers 24, 25 alternate at the periphery of the rotor 20 as N and S poles. This results in magnetically required Klauenpolzwischenraume between the oppositely magnetized Klauenpolfingern 24 and 25. At the outer edges of the Klauenpolfinger 24 and 25 for
Gerauschreduzierung leicht angefast, wobei diese Anfasungen im Zusammenwirken mit einem Stator 16 mit einer Bruchlochwicklung gegenüber einem Stator mit Ganzlochwicklung reduziert werden können, da die Verwendung von Bruchlochwicklungen die Verbesserung der Sinusform der Feldkurve ermöglicht, wodurch die Gerauschentwicklung ohnehin schon verringert wird.Noise reduction slightly chamfered, these chamfers can be reduced in cooperation with a stator 16 with a Bruchlochwicklung over a stator with Ganzlochwicklung because the use of Bruchlochwicklungen allows the improvement of the sinusoidal shape of the field curve, whereby the noise development is already reduced anyway.
Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Walzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 beziehungsweise 13.2 drehbar gelagert. Er weist zwei axiale Stirnflachen auf, an denen jeweils ein Lufter 30 befestigt ist. Diese Lufter 30 bestehen im Wesentlichen aus einem plattenformigen beziehungsweise scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lufterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lufter 30 dienen dazu, über Offnungen 40 in den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch zwischen der Außenseite und dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Offnungen 40 an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lufter 30 Kuhlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Diese Kuhlluft wird durch die Rotation der Lufter 30 radial nach außen beschleunigt, so dass sie durch die kuhlluftdurchlassigen Wickelkopfe 45 auf der Antriebsseite und 46 auf der Elektronikseite hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt werden die Wickelkopfe gekühlt. Die Kuhlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch die Wickelkopfe, beziehungsweise nach dem Umströmen dieser Wickelkopfe einen Weg radial nach außen durch in nicht dargestellten Offnungen .The rotor 20 is rotatably supported in the respective end shields 13.1 and 13.2, respectively, by means of a shaft 27 and one respective rolling bearing 28 located on each side of the rotor. It has two axial end faces, on each of which an air filter 30 is attached. These airs 30 consist essentially of a plate-shaped or disk-shaped portion, emanating from the air blades in a known manner. These air filters 30 serve to allow air to be exchanged between the outside and the interior of the electric machine 10 via openings 40 in the end shields 13.1 and 13.2. These are the Openings 40 provided at the axial ends of the end shields 13.1 and 13.2, 30 is sucked through the air by means of the air cooler air into the interior of the electric machine 10. This cooling air is accelerated radially outwards by the rotation of the airs 30 so that it can pass through the air-permeable winding heads 45 on the drive side and 46 on the electronics side. By this effect, the winding heads are cooled. The Kuhlluft takes after passing through the winding heads, or after the flow around this winding heads a path radially outward through not shown in openings.
In Figur 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47, die verschiedene Bauteile vorIn Figure 1 on the right side there is a protective cap 47, the various components before
Umgebungseinflüssen schützt. So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine Schleifringbaugruppe 49 ab, die eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom versorgt. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Pluskuhlkorper wirkt. Als so genannter Minuskuhlkorper wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet, welche im Lagerschild 13.2 befestigte Minusdioden 58 und in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden im Kühlkörper 53 in Form einer Bruckenschaltung miteinander verbindet.Environmental influences protects. Thus, this protective cap 47 covers, for example, a slip ring assembly 49, which supplies a field winding 51 with exciting current. Around this slip ring assembly 49 around a heat sink 53 is arranged, which acts here as Pluskuhlkorper. As a so-called Minuskuhlkorper the bearing plate acts 13.2. Between the bearing plate 13.2 and the heat sink 53, a connection plate 56 is arranged, which connects in the bearing plate 13.2 mounted minus diodes 58 and not shown in this illustration plus diodes in the heat sink 53 in the form of a bridge circuit with each other.
Fig. 2 zeigt das Schema einer Ganzloch-Statorwicklung 18 am Beispiel einer dreiphasigen Maschine mit einer Lochzahl von q = 1. Die Urwicklung der Maschine ist mit 36 bezeichnet.2 shows the diagram of a whole-hole stator winding 18 using the example of a three-phase machine having a number of holes of q = 1. The original winding of the machine is designated by 36.
Dies ist dasjenige Segment einer mehrpoligen Wicklung, nach welchem sich die Wicklung periodisch fortsetzen lasst. Bei symmetrischen Wicklungen erstreckt sich die Urwicklung 36 über eine oder mehrere Potteilungen der Maschine, im vorliegenden Fall über Zweipolteilungen. Maximal umfasst die Urwicklung 36 den gesamten Umfang der Maschine, wie dies in der Fig. 3 am Beispiel einer vierpoligen Maschine mit Bruchlochwicklung dargestellt und dort noch naher erläutert ist. Bei einer Ganzlochwicklung gemäß Fig. 2 kann dieThis is the segment of a multi-pole winding after which the winding continues periodically. In symmetrical windings, the original winding 36 extends over one or more pot pitches of the machine, in present case about two-part divisions. At a maximum, the original winding 36 covers the entire circumference of the machine, as shown in FIG. 3 using the example of a four-pole machine with a broken-hole winding and explained there in more detail. In a Ganzlochwicklung shown in FIG. 2, the
Wicklung immer nach einem Polpaar periodisch fortgesetzt werden. Die Urwicklung erstreckt sich über ein Polpaar. Derartige Wicklungen sind außerdem symmetrisch unter den beiden Polen aufgebaut und im Falle einer Steckwicklung so gestaltet, dass sich die Wicklungsverbindungen im Bereich des Wickelkopfes 45 auf der Antriebsseite der Maschine befinden, wahrend im Bereich des gegenüberliegenden Wickelkopfes 46 die Leiter einteilig ausgebildet und U- formig umgebogen sind.Winding always be continued periodically after a pole pair. The original winding extends over a pole pair. Such windings are also constructed symmetrically under the two poles and designed in the case of a plug-in winding, that the winding connections are in the region of the winding head 45 on the drive side of the machine, while in the region of the opposite winding head 46, the conductors formed integrally and bent over in a U-shape are.
Fig. 3 zeigt als Ausfuhrungsbeispiel einer Bruchlochwicklung eine als Zweischichtwicklung mit zwei Spulenseiten in jeder Nut 34 aufgebaute dreiphasige Wicklung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für die Phase U die Verschaltung eingezeichnet ist. Die Wicklung ist dargestellt für eineFig. 3 shows an exemplary embodiment of a broken hole winding constructed as a two-layer winding with two coil sides in each groove 34 three-phase winding, for reasons of clarity, only for the phase U, the interconnection is located. The winding is shown for one
Maschine mit vier Polen, drei Phasen und 15 Nuten. Sie kann in gleicher Weise periodisch fortgesetzt werden für alle Maschinenbauformen mit Polzahlen entsprechend einem ganzzahligen Vielfachen von vier, im Bereich der Ausfuhrungsformen dieser Anmeldung also für Maschinen mit Polzahlen von 2p = 12, 2p = 16 und 2p = 20. Die hier beispielhaft aufgezeigte Bruchlochwicklung mit einer Lochzahl von q = 5/4 ist somit für Polzahlen von 2p = 10; 14 und 18 nicht ausfuhrbar. Ausfuhrbare Kombinationen von Nutzahlen und Polzahlen lassen sich aus den nachfolgenden Tabellen entnehmen. Darin ergeben sich mit den starker ausgeschriebenen Lochzahlen ausfuhrbare Wicklungen, die ein symmetrisches Mehrphasensystem mit der im Tabellenkopf angegebenen Phasenzahl m ergeben. Wahrend bei Ganzlochwicklungen die Urwicklung ein Polpaar umfasst und die Wicklung sich unter allen Polen periodisch fortsetzt, existiert bei Bruchlochwicklungen kein symmetrischer Aufbau unter benachbarten Polen. DieMachine with four poles, three phases and 15 slots. It can be continued in the same way periodically for all machine types with pole numbers corresponding to an integer multiple of four, in the embodiments of this application so for machines with pole numbers of 2p = 12, 2p = 16 and 2p = 20. The example shown here Bruchlochwicklung with a hole number of q = 5/4 is thus for pole numbers of 2p = 10; 14 and 18 not executable. For exportable combinations of numbers and poles, see the tables below. This results in windings that can be executed with the strong number of hole numbers that result in a symmetrical polyphase system with the number of phases m specified in the table header. While in Ganzlochwicklungen the original winding comprises a pair of poles and the winding continues periodically under all poles, there is no symmetric structure under adjacent poles in Bruchlochwicklungen. The
Urwicklung erstreckt sich dann meist über mehrere Polpaare, nur bei Bruchlochwicklungen mit einer Lochzahl q, die im Nenner die Zahl 2 aufweist, erstreckt sich die Urwicklung über ein Polpaar. Dies gilt also für Lochzahlen von q = 1/2, 3/2, 5/2 usw. Diese Wicklungen weisen jedoch keinen symmetrischen Aufbau und kein symmetrisches Bestromungsmuster unter den beiden benachbarten Polen auf.Urwicklung then usually extends over several pairs of poles, only with Bruchlochwicklungen with a number of holes q, which has the number 2 in the denominator, the original winding extends over a pair of poles. This therefore applies to hole numbers of q = 1/2, 3/2, 5/2, etc. However, these windings have no symmetrical structure and no symmetrical Bestromungsmuster under the two adjacent poles.
Die erfindungsgemaße Bruchlochwicklung gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel in Fig. 3 weist entsprechend der FormelThe inventive break hole winding according to the exemplary embodiment in Fig. 3 has according to the formula
q = bei 15 Nuten, 4 Polen und 3 Phasen eine Lochzahlq = 15 holes, 4 poles and 3 phases a number of holes
von q = 5/4 = 1,25 auf. Die Urwicklung 36 erstreckt sich also nicht über ein Polpaar sondern über zwei Polpaare und umfasst alle 15 Nuten. Die vielen Möglichkeiten für die Verschaltung der einzelnen Spulen und für die Ausbildung der Wickelkopfe können zeichnerisch nicht erschöpfend dargestellt werden, sie sind dem Fachmann jedoch gelaufig und können ohne erfinderisches Zutun entsprechend dem Gesamtaufbau der Maschine gestaltet werden. Hierbei kann insbesondere die Spulenweite und die Verbindung der einzelnen Teilspulen anders gewählt werden, als dies im Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 3 dargestellt ist.from q = 5/4 = 1.25 to. The original winding 36 thus does not extend over a pair of poles but over two pairs of poles and includes all 15 slots. The many possibilities for the interconnection of the individual coils and for the formation of the winding heads can not be represented graphically exhaustive, but they are familiar to the skilled person and can be designed without inventive intervention according to the overall structure of the machine. In this case, in particular the coil width and the connection of the individual partial coils can be chosen differently than is shown in the exemplary embodiment according to FIG. 3.
Die Zweischichtwicklung gemäß Fig. 3 ist als Schleifenwicklung ausgebildet. Häufig sind jedoch auch Wellenwicklungen möglich, welche fertigungstechnische Vorteile bieten, weil sie einfacher mit einem durchgehenden Draht gewickelt werden können. Schleifenwicklungen weisen dagegen kürzere Verbindungen im Wickelkopf 45 auf, die Vielzahl der Gestaltungsmoglichkeiten des Wickelkopfes kann hier jedoch ebenfalls nicht aufgezeigt werden und bleibt dem Fachmann überlassen.The two-layer winding according to FIG. 3 is designed as a loop winding. Often, however, wave windings are possible, which provide manufacturing advantages, because they can be easily wound with a continuous wire. Have loop windings However, shorter connections in the winding overhang 45, the plurality of Gestaltungsmoglichkeiten the winding head can not be shown here and is left to the expert.
Fig. 4 zeigt eine unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten zweckmäßige Gestaltung des Blechpaketes 17 des Stators 16 als sogenanntes Flachpaket. Hierbei werden die einzelnen Lamellen des Blechpaketes 17 aus geradem und ebenem Bandmaterial ausgestanzt, anschließend geschichtet und die Spulen in die Nuten 34 eingebracht. Danach erst wird das Blechpaket 17 zusammen mit der fertigen Statorwicklung 18 zum kreisringformigen Stator verformt, wobei die überhangenden Spulenteile an den Enden des Blechpaketes 17 im Anschluss an dessen Verformung in die zugeordneten Nuten 34 eingedruckt werden. Dieses Verfahren bietet bei der Ausfuhrung der Statorwicklung 18 als Bruchlochwicklung besondere Vorteile, da durch die Bruchlochwicklung die Ausfuhrung und Anordnung der Wicklung 18 so gestaltet werden kann, dass sich an den Enden des Flachpaketes die Anzahl der Überhange der Wicklung reduziert.Fig. 4 shows an advantageous under production engineering aspects design of the laminated core 17 of the stator 16 as a so-called flat package. Here, the individual disks of the laminated core 17 are punched out of straight and flat strip material, then layered and introduced the coils in the grooves 34. Thereafter, the laminated core 17 is deformed together with the finished stator winding 18 to kreisringformigen stator, wherein the overhanging coil parts are printed at the ends of the laminated core 17 following its deformation in the associated grooves 34. This method offers in the execution of the stator winding 18 as a broken hole winding special advantages, as by the Bruchlochwicklung the execution and arrangement of the winding 18 can be designed so that reduces the number of overhangs of the winding at the ends of the flat package.
Aus den angefugten Tabellen sind Kombinationen von Nutzahlen und Polzahlen für Maschinen mit drei, fünf, sechs, sieben und neun Phasen ersichtlich, wobei Kombinationen, die nicht zu einem symmetrischen Aufbau der Maschine fuhren, unterstrichen sind, wahrend die realisierbaren Kombinationen im Druck nicht unterstrichen sind. Die verschiedenen Tabellen enthalten jeweils entsprechend der Phasenzahl die möglichen Nutzahlen zwischen 15 und 150 und sind unterteilt nach denThe attached tables show combinations of pay numbers and pole numbers for machines with three, five, six, seven and nine phases, whereby combinations that do not lead to a symmetrical design of the machine are underlined, while the realizable combinations are not underlined in the print , The various tables each contain the possible numbers of numbers between 15 and 150 according to the number of phases and are subdivided according to the
Polpaarzahlen 2p = 10, 2p = 12, 2p =14, 2p = 16, 2p = 18 und 2p = 20. Besonders bevorzugte Kombinationen von Nutzahlen und zugehörigen Lochzahlen der Bruchlochwicklungen sind in einer gesonderten Tabelle für die Polzahlen 2p = 12 und 2p = 16 angegeben.Pole pair numbers 2p = 10, 2p = 12, 2p = 14, 2p = 16, 2p = 18 and 2p = 20. Particularly preferred combinations of payloads and associated hole numbers of the broken hole windings are in a separate table for the pole numbers 2p = 12 and 2p = 16 indicated.
Neben den zuvor erörterten Parametern spielt dabei noch die naturliche Phasenzahl mN für die Ausführbarkeit von Bruchlochwicklungen eine Rolle. Hierbei gilt, dass die Nutzahl N ganzzahlig durch die naturliche Phasenzahl mN teilbar sein muss, andernfalls ist mit der jeweiligen Nutzahl eine symmetrische Wicklung nicht ausfuhrbar. Die naturliche Phasenzahl mN ergibt sich aus der p 360° Phasenverschiebung zweier benachbarter Nuten. Da sich nur Spannungen mit diesem elektrischen Nutwinkel oder einem ganzzahligen Vielfachen davon erzeugen lassen folgt dieIn addition to the previously discussed parameters, the natural phase number m N also plays a role for the feasibility of fracture-hole windings. In this case, the number N of integers must be divisible by the natural phase number m N , otherwise a symmetrical winding can not be executed with the respective number of slots. The natural phase number m N results from the p 360 ° phase shift of two adjacent slots. Since only voltages with this electrical slot angle or an integral multiple of them can be produced, the
naturliche Phasenzahl mN = N aus dem Quotienten dernatural phase number m N = N from the quotient of
GGT(N,2p) jeweiligen Nutzahl N und dem größten gemeinsamen Teiler der Nutzahl und der Polzahl 2p.GGT (N, 2p) respective number N and the largest common divisor of the number of slots and the number of poles 2p.
Die naturliche Phasenzahl mN gibt an, welche Phasenzahlen sich in einer Maschine realisieren lassen. Dies ist die Phasenzahl, die ein Teiler der naturlichen Phasenzahl ist. Daraus folgt für ein symmetrisches System, dass die naturliche Phasenzahl mN gleich einem Vielfachen der realisierbaren Phasenzahl m sein muss.The natural phase number m N indicates which phase numbers can be realized in a machine. This is the number of phases that is a divisor of the natural number of phases. It follows for a symmetrical system that the natural phase number m N must be equal to a multiple of the realizable phase number m.
Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass sich der insbesondere bei hoherphasigen Maschinen geltende Nachteil stark eingeschränkter Auslegungsmoglichkeiten der Generatoren durch die Anwendung von Bruchlochwicklungen deutlich reduzieren lasst. Dies gilt insbesondere bei Verwendung von Bruchlochwicklungen mit Lochzahlen kleiner als 1, bei denen sich eine große Zahl zusatzlicherIn summary, it can therefore be said that the disadvantage of severely limited design possibilities of the generators, which applies especially in the case of high-phase machines, can be significantly reduced by the use of broken-hole windings. This applies in particular when using perforated hole windings with hole numbers smaller than 1, in which a large number of additional
Möglichkeiten von realisierbaren Nutzahlen ergibt. Die Nutzahl und die Phasenzahl können dann so gewählt werden, dass die Herstellung der Maschine durch gunstige Stanzformen, einfache Wickeltechnik und hohe Nutfullung wesentlich vereinfacht und die elektrischen Eigenschaften deutlich verbessert werden. Insbesondere durch Oberwellen bedingte DrehmomentSchwankungen und Geräusche sowiePossibilities of realizable useful numbers results. The number of slots and the number of phases can then be chosen that the production of the machine is significantly simplified by favorable punching, simple winding technique and high Nutfullung and the electrical properties are significantly improved. In particular due to harmonics torque fluctuations and noise and
Nachteile hinsichtlich der resultierenden Spannungsform und Verluste können daher bei Generatoren für Kraftfahrzeuge mit einem elektromagnetisch erregten Klauenpolrotor mit einer mehrphasigen Statorwicklung erheblich reduziert werden.Disadvantages in terms of the resulting voltage shape and losses can therefore be significantly reduced in generators for motor vehicles with an electromagnetically excited claw pole rotor with a polyphase stator winding.
Hinsichtlich der speziellen Ausfuhrungsform des Rotors bestehen keine Einschränkungen. So können beispielsweise zusatzliche Maßnahmen getroffen werden zur Kompensation des Streuflusses zwischen den Klauenpolen, beispielsweise durch die Anordnung von Permanentmagneten im Zwischenraum zwischen den Klauenpolen. Eine derartige Gestaltung des Maschinenrotors ist in der DE 199 51 115 Al detailliert beschrieben, sie kann auch bei einem erfindungsgemaßen Generator angewandt werden. Diese zusatzlichen Permanentmagnete wirken sich besonders vorteilhaft aus bei Statorgestaltungen mit geringer Polzahl und entsprechend breiteren Polen, welche den magnetischen Kurzschluss verstarken, sodass die Kompensation des Streuflusses durch die Permanentmagnete hierbei besonders gunstig ist.With regard to the specific embodiment of the rotor, there are no restrictions. For example, additional measures can be taken to compensate for the leakage flux between the claw poles, for example, by the arrangement of permanent magnets in the space between the claw poles. Such a design of the machine rotor is described in detail in DE 199 51 115 Al, it can also be applied to a generator according to the invention. These additional permanent magnets have a particularly advantageous effect in stator designs with a small number of poles and correspondingly wider poles, which amplify the magnetic short circuit, so that the compensation of the stray flux by the permanent magnets is particularly favorable here.
Hinsichtlich der Reduzierung des beim Betrieb des Generators auftretenden Geräusches können noch weitere Gestaltungsmaßnahmen getroffen werden, beispielsweise in Form einer Kapselung des Rotors 20 durch unmagnetische Abdeckungen, insbesondere im Bereich der Klauenpolzwischenraume . Kombinationen von Nutzahlen und Polzahlen.With regard to the reduction of the noise occurring during operation of the generator, further design measures can be taken, for example in the form of an encapsulation of the rotor 20 by non-magnetic covers, in particular in the region of the claw pole interspaces. Combinations of numbers and poles.
Für dreiphasige Maschinen kommen explizit folgende Kombinationen in Betracht:For three-phase machines the following combinations are explicitly considered:
Für fünfphasige Maschinen kommen explizit folgende Kombinationen in Betracht:For five-phase machines, the following combinations are explicitly considered:
Für siebenphasige Maschinen kommen explizit folgende Kombinationen in Betracht:For seven-phase machines, the following combinations are explicitly considered:
Für neunphasige Maschinen kommen explizit folgende Kombinationen in Betracht:For nine-phase machines, the following combinations are explicitly considered:

Claims

Ansprüche claims
1. Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge, mit einem Rotor (20), dessen Pole (32) als Klauenpole ausgebildet sind, sowie mit einem Stator (16) mit einer mehrphasigen Wicklung (18), die als Bruchlochwicklung ausgeführt ist.1. Alternator for motor vehicles, comprising a rotor (20) whose poles (32) are formed as claw poles, and with a stator (16) having a polyphase winding (18), which is designed as a broken hole winding.
2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (18) dreiphasig bis neunphasig, vorzugsweise funfphasig ausgebildet ist.2. AC generator according to claim 1, characterized in that the stator winding (18) is formed from three-phase to nine-phase, preferably five-phase.
3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (18) eine Polzahl3. AC generator according to claim 1 or 2, characterized in that the stator winding (18) has a number of poles
(2p) zwischen 10 und 20, vorzugsweise eine Polzahl von 12 bis 16 aufweist.(2p) has between 10 and 20, preferably a number of poles of 12 to 16.
4. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzahl (N) der Statorwicklung (18) großer als das 1,5-fache der Polzahl (2p) , vorzugsweise großer als das Doppelte der Polzahl (2p) ist.4. AC generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the number of slots (N) of the stator winding (18) is greater than 1.5 times the number of poles (2p), preferably greater than twice the number of poles (2p) ,
5. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzahl (N) der Statorwicklung (18) 15 bis 150, vorzugsweise 40 bis 100 betragt .5. AC generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the number of slots (N) of the stator winding (18) amounts to 15 to 150, preferably 40 to 100.
6. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (18) dreiphasig (m = 3) ausgebildet ist mit einer Lochzahl (q) zwischen 1/2 und kleiner als 3, vorzugsweise zwischen 3/4 und kleiner als 2.6. AC generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stator winding (18) has a three-phase (m = 3) is formed with a number of holes (q) between 1/2 and less than 3, preferably between 3/4 and less than 2.
7. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (18) funfphasig (m = 5) ausgebildet ist mit einer Lochzahl (q) zwischen 1/4 und 7/4, vorzugsweise mit einer Lochzahl (q) kleiner als 1.7. AC generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stator winding (18) in five phases (m = 5) is formed with a number of holes (q) between 1/4 and 7/4, preferably with a number of holes (q) less than 1.
8. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (18) sechsphasig (m = 6) ausgebildet ist mit einer Lochzahl (q) kleiner als 1.8. AC generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stator winding (18) six-phase (m = 6) is formed with a number of holes (q) less than 1.
9. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (18) siebenphasig (m = 7) ausgebildet ist mit einer Lochzahl (q) zwischen 1/4 und 5/4, vorzugsweise mit einer Lochzahl (q) kleiner als 1.9. AC generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stator winding (18) seven-phase (m = 7) is formed with a number of holes (q) between 1/4 and 5/4, preferably with a number of holes (q) less than 1.
10. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (18) neunphasig (m = 9) ausgebildet ist mit einer Lochzahl (q) kleiner als 1.10. AC generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stator winding (18) nine-phase (m = 9) is formed with a number of holes (q) less than 1.
11. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung11. Alternator according to one of the preceding claims, characterized in that the stator winding
(18) als Zweischichtwicklung aufgebaut ist.(18) is constructed as a two-layer winding.
12. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden12. Alternator according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblechpaket (17) als Flachpaket hergestellt ist. Claims, characterized in that the stator lamination stack (17) is made as a flat package.
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