WO2008080966A2

WO2008080966A2 - Statorwicklungsstränge mit unterschiedlichen leiterquerschnitten

Info

Publication number: WO2008080966A2
Application number: PCT/EP2007/064607
Authority: WO
Inventors: Gert Wolf
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2008-07-10
Also published as: DE112007003172A5; WO2008080966A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer aus elektrischem Leiter bestehenden Wicklung, insbesondere Ständerwicklung, vorzugsweise eine Wicklung aus Leitersegmenten (60, 60´, 61, 61´). Es ist vorgesehen, dass mindestens ein Wicklungsteilstrang (70.1,71.1,72.1,73.1,74.1,75.1) mit hohem Strom, Leitersegmente mit einem großen Leiterquerschnitt (60, 61), aufweist und mindestens ein weiterer Wicklungsteilstrang (70.2,71.2,72.2,73.2,74.2,75.2) mit niedrigem Strom, und Leitersegmente mit kleinem Leiterquerschnitt (60´, 61´), aufweist. Hierdurch soll eine möglichst homogene Verteilung von anfallender Verlustleistung erreicht werden.

Description

Beschreibung

Titel

Elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen elektrisch erregten Klauenpolgenerator für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ständerwicklung, wobei die Wicklung aus mehreren Wicklungsteilsträngen besteht.

Stand der Technik

Bei der elektrischen Maschine handelt es sich zum Beispiel um einen Generator, der aus einem um eine Drehachse rotierenden Läufer (Rotor) und einem den Läufer umfänglich umgebenden Ständer (Stator) besteht. Der Ständer weist ein Ständerblechpaket mit über dessen Umfang verteilt angeordneten Nuten auf, in denen Wicklungsteilstränge der Wicklung einhegen. Ist die Wicklung aus Leitersegmenten ausgebildet, so setzt sich diese aus mehreren in die Nuten des Ständerblechpakets eingesteckten Leitersegmenten zusammen, die anschließend miteinander kontaktiert werden. Jedes der eingesteckten

Leitersegmente weist dabei in den Nuten einliegende Wicklungsabschnitte und jeweils eine zwischen je zwei in den Nuten einliegenden Wicklungsabschnitten angeordnete Wickelkopfverbindung auf. Bei einer derartigen Wicklung ergeben sich im Betrieb der elektrischen Maschine Bereiche, die aufgrund der elektrischen Verluste innerhalb der einzelnen Wicklungsteilstränge stärker thermisch belastet werden als andere Bereiche. Die vorliegende Erfindung soll diesen Mangel ausgleichen.

Offenbarung der Erfindung

Zur Reduktion der Spitzenwerte der thermischen Belastung ist bei der erfindungsgemäß ausgestalteten elektrischen Maschine vorgesehen, dass mindestens ein Wicklungsteilstrang einen gegenüber einem anderen Wicklungsteilstrang unterschiedlichen Leiterquerschnitt aufweist. Dabei besteht die Wicklung vorzugsweise aus mehreren Wicklungsteilsträngen, die möglichst alle mit gleicher ohmscher Verlustleistung betreibbar sind. Hierzu werden die entsprechenden ohmschen Widerstände der Wicklungsteilstränge an die in den

Wicklungsteilsträngen fließenden Ströme angepasst. Durch diese Anordnung heizen sich die Wicklungsteilstränge im Betrieb nicht zu stark auf. Die Kühlung erfolgt vorzugsweise durch Konvektion und/oder Wärmeleitung. Zur Kühlung durch Konvektion weist die elektrische Maschine zum Beispiel einen Lüfter auf, der die im Betrieb erwärmte Wicklung beziehungsweise einzelne Wicklungsteilstränge kühlt. Dies ist besonders effektiv im Bereich des Wickelkopfs der Wicklung möglich. Alternativ oder zusätzlich kann die als Ständerwicklung ausgebildete Wicklung durch Wärmeleitung in einem Blechpaket des Ständers gekühlt werden, in dem die Wärme vom Blechpaket an die Lagerschilde abgeführt wird.

Die Erfindung betrifft somit eine elektrische Maschine, insbesondere einen elektrisch erregten Klauenpolgenerator für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ständerwicklung, bei der erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Ständerwicklung Wicklungsteilstränge mit unterschiedlichem Leiterquerschnitt umfasst. Um eine - bezogen auf die gesamte Wicklung - möglichst homogene Verteilung der beim Betrieb der elektrischen Maschine anfallenden Verlustleistung zu erhalten hat mindestens ein Wicklungsteilstrang einen gegenüber einem anderen Wicklungsteilstrang unterschiedlichen Leiterquerschnitt. Durch diese Maßnahme zur Verteilung der beim Betrieb der elektrischen Maschine erzeugten Wärme werden die Spitzenwerte der thermischen Belastung reduziert.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass im Betrieb mindestens ein Wicklungsteilstrang einen gegenüber einem anderen Wicklungsteilstrang unterschiedlich hohen Stromfluss aufweist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Querschnittsverhältnis der Wicklungsteilstränge auf den durch die Wicklungsteilstränge fließenden Strom angepasst ist, sodass eine möglichst homogene Verteilung der Verluste auf die Wicklungsteilstränge entsteht. Mit Vorteil entspricht das Querschnittsverhältnis der Wicklungsteilstränge nahezu dem Quadrat des Stromverhältnisses der durch die Wicklungsteilstränge fließenden Ströme.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass, falls die Verlustleistungen der Wicklungsteilstränge nicht oder nicht vollständig ausgeglichen werden können, Wicklungsteilstränge mit höherer ohmscher

Verlustleistung in Bezug auf eine Drehachse der elektrischen Maschine radial weiter innen liegend angeordnet sind als Wicklungsteilstränge mit geringerer Verlustleistung. Durch diese Maßnahme werden die Spitzenwerte der thermischen Belastung weiter reduziert, da die radial innen liegend angeordneten Wicklungsteilstränge besser gekühlt werden können, da der von einem als Radiallüfter ausgebildeten Lüfter erzeugte Luftstrom radial nach außen gerichtet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Wicklungsteilstränge eine Querschnittsfläche aufweisen, sodass die Verlustleistung der Gesamtwicklung minimiert wird. Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Wicklung aus Leitersegmenten ausgeführt ist, die einen kleinen Leiterquerschnitt aufweisen und Leitersegmente die einen großen Leiterquerschnitt aufweisen, d. h. dass Leitersegmente vorhanden sind, die einen größeren Querschnitt als andere Leitersegmente haben.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer Nut Wicklungsteilstränge mit hohem Strom und niedrigem Strom radial benachbart, vorzugsweise unmittelbar benachbart liegen. Insbesondere liegen in allen Nuten Wicklungsteilstränge mit hohem Strom und solche mit niedrigem Strom radial benachbart, vorzugsweise unmittelbar benachbart. Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die in einer Nut einliegenden Abschnitte der Leitersegmente in einer radialen Reihe angeordnet sind.

Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Wickelköpfe des Ständers, insbesondere die Biegeabschnitte der Wicklungssegmente und die Verbindungsabschnitte durch einen näherungsweise radialen Kühlluftstrom gekühlt werden, der von zumindest an einem axialen Ende eines Läufers angebrachten Lüfter verursacht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem Klauenpolrotor (Läufer),

Figur 2 zeigt eine Ansicht eines Ausschnittes einer Strangwicklung,

Figur 3 zeigt eine perspektivische Radialansicht eines Ausschnittes aller

Strangwicklungen,

Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ständers, wobei nur ein Ausschnitt aller Strangwicklungen dargestellt ist,

Figur 5 ein Schaltschema eines Wechselstromgenerators mit zwei unabhängigen

Drehstromsystemen die auf zwei nachgeordnete Gleichrichter verschaltet sind und Figur 6 einen Schnitt durch den Ständer einer erfindungsgemäßen Maschine. Ausführungsform(en) der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine als Wechselstromgenerator 10 (Klauenpolgenerator) für Kraftfahrzeuge ausgebildete elektrische Maschine 10^' dargestellt. Der Wechselstromgenerator 10 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 Ständer 16 mit einem kreisringförmigen Blechpaket 17 (Ständerpaket) auf, in dessen nach innen offene und sich axial erstreckende Nuten 15 eine als Ständerwicklung 18 ausgebildete Wicklung 18^' eingelegt ist. Der ringförmige Ständer 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten Oberfläche einen elektromagnetisch erregten Läufer 20, der als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Läufer 20 besteht unter anderem aus 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 Läufer 20 derart angeordnet, dass ihre sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfinger 24, 25 am Umfang des Rotors (Läufers) 20 einander als N-und S-PoIe (Nord- und Südpole) abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Klauenpolzwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25, welche wegen der sich zu ihrem freien Enden hin verjüngenden Klauenpolfinger 24 und 25 leicht schräg zur Maschinenachse verlaufen. Für die folgende Beschreibung der Erfindung und ist dieser Verlauf vereinfacht als axial bezeichnet.

Der Läufer 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Seite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 beziehungsweise 13.2 drehbar gelagert. Er weist zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Diese Lüfter 30 bestehen im Wesentlichen aus einem plattenförmigen beziehungsweise scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 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 Öffnungen 40 an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10^' eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30 radial nach außen beschleunigt, so dass sie durch die kühlluftdurchlässigen Wickelköpfe 45 auf der Antriebsseite und 46 auf der Elektronikseite hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt werden die Wickelköpfe 45, 46 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch die Wickelköpfe, beziehungsweise nach dem Umströmen dieser Wickelköpfe 45, 46 einen Weg radial nach außen durch nicht dargestellte Öffnungen. In Figur 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47, die verschiedene Bauteile vor 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 Pluskühlkörper wirkt. Als sogenannter Minuskühlkörper wirkt das zweite Lagerschild 13.2. Zwischen diesem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet, welche eine im zweiten Lagerschild 13.2 befestigte Minusdioden 58 und in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden eines Gleichrichters 19 im Kühlkörper 53 in Form einer Brückenschaltung miteinander verbindet.

In Fig. 2 ist als Realisierungsbeispiel der Ausschnitt einer segmentierten Wicklung eines Teilstranges dargestellt, der aus fünf miteinander verbundenen Leitersegmenten 60, 61 besteht. Der dargestellte Ausschnitt der Teilwicklung ist mit zwei Leitern in jeder Nut 15 dargestellt. Die Leiter sind in der Nut in vier radialen Nutlagen 1 , 2, 3, 4 angeordnet (vergleiche Figur 6), wobei die äußerste Nutlage als Nutlage 1 und die innerste Nutlage mit 4 bezeichnet wird.

Jedes Leitersegment 60, 60^', 61 , 61 ^' besteht aus zumindest einem im wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 60a, 60 ^'a, 61a, 61 ^'a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbarter Verbindungsabschnitte 60a, 60 ^'a, 61 a, 61 ^'a, 6Oi, 60^'i, 61 i, 61 ^'i dient. Diese Kontaktierung kann zum Beispiel durch Schweißen, Löten oder andere

Verfahren zur elektrischen Kontaktierung erfolgen. Der erste Verbindungsabschnitt 60a, 60^'a, 61a, 61 ^'a geht über in einen ersten geneigten Abschnitt 60b, 60^'b, 61 b, 61 ^'b, der den ersten Verbindungsabschnitt 60a, 60^'a, 61a, 61 ^'a mit einem ersten axial ausgerichteten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 60c, 60 ^'c, 61 c, 61 ^'c des Leitersegmentes 60, 60^', 61 , 61 ^' verbindet. Der in der Nut 15 einliegende, erste Abschnitt 60c, 60^'c, 61c, 61 ^'c geht über in einen zweiten geneigten Abschnitt 6Od, 60^'d, 61 d, 61 ^'d der übergeht in einen Biegeabschnitt 6Oe, 60 ^'e, 61 e, 61 ^'e.

Vom Biegeabschnitt geht ein dritter geneigter Abschnitt 6Of, 60^'f, 61f, 61 ^'f ab und verbindet den Biegeabschnitt 6Oe, 60 ^'e, 61 e, 61 ^'e mit dem einem zweiten in der Nut 15 einliegenden Abschnitt 60g, 60^'g, 61g, 61 ^'g. Der zweite in der Nut 15 einliegende Abschnitt 60g, 60^'g, 61 g, 61 ^'g ist mit einem vierten geneigten Abschnitt 60h, 60^'h, 61 h, 61 ^'h verbunden der in einen zweiten, im Wesentlichen axial ausgerichteten Verbindungsabschnitt 6Oi, 60'i, 61 i, 61 ^'i mündet. Es ist hier prinzipiell auch vorstellbar, dass das Leitersegment aus mehren Windungen aufgebaut wird, d. h. es mehrere auf beiden axialen Seiten des Ständerpaketes (Blechpaket 17) angeordnete Biegeabschnitte 6Oe, 6Oe^', 61 e, 61 ^'e gibt. Ein Leitersegment 60, 60^', 61 , 61 ^' ist üblicherweise in zwei radiale Nutlagen unterteilt, wobei der erste Verbindungsabschnitt 60a, 60^'a, 61a, 61 ^'a, der erste geneigte Abschnitt 60b, 60^'b, 61 b, 61 ^'b, der erste gerade, in der Nut einliegende Abschnitt 60c, 60^'c, 61 c, 61 ^'c und der zweite geneigte Abschnitt 6Od, 60 ^'d, 61 d, 61 ^'d im Wesentlichen in der selben radialen Schicht liegen, die der radialen Nutlage des ersten in der Nut 15 einliegenden Abschnitts 60c, 60 ^'c, 61c, 61 ^'c entspricht. Der dritte geneigte Abschnitt 6Of, 60 ^'f, 61f, 61 ^'f, der zweite in der Nut 15 einliegende Abschnitt 60g, 60^'g, 61 g, 61 ^'g, der vierte geneigte Abschnitt 60h, 60^'h, 61 h, 61 ^'h und der zweite Verbindungsabschnitt liegen im Wesentlichen in einer zweiten radialen Schicht, die der radialen Nutlage des zweiten in der Nut einliegenden Abschnitts 60g, 60^'g, 61g, 61 ^'g entspricht. Der Biegeabschnitt verbindet die Abschnitte der beiden radialen Ebenen. Die in einer Nut 15 einliegenden Abschnitte der Leitersegmente 60c, 60^'c, 60g, 60^'g, 61c, 61 ^'c, 61g, 61 ^'g sind in einer radialen Reihe angeordnet.

Die hier als Beispiel aufgeführte Wicklung eines Wicklungsteilstranges 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 ist aus zwei verschiedenen Leitersegmenten 60, 61 ausgeführt, einem innenliegenden Leitersegment 60, der in den Nutlagen 2 und 3 einliegt und einem äußeren Leitersegment 61 , der ein inneres Leitersegment 60 auf dem elektronikseitigen Wickelkopf 46 umschließt und der in den Nutlagen 1 und 4 einliegt.

Der in Fig. 2 dargestellte Abschnitt eines Wicklungsteilstranges 70.1 ist wie folgt verbunden. Das erste äußere Leitersegment mit großem Leiterquerschnitt 61 liegt mit einem ersten geraden Abschnitt 61c in Nutlage 1 , mit seinem zweiten geraden Abschnitt in Nutposition (Nutlage) 4 und ist mit seinem zweiten Verbindungsabschnitt 61 i mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 6Oi eines ersten inneren Leitersegmentes mit großem Leiterquerschnitt 60 verbunden. Der zweite Verbindungsabschnitt des ersten inneren Leitersegments 6Oi ist mit einem zweiten geraden in der Nut 15 einliegenden Abschnitt 60g in der Nutlage 3, mit einem ersten in der Nut 15 einliegenden Abschnitt 60c in der Nutlage 2 des innere Leitersegment und einem ersten Verbindungsabschnitt des inneren Leitersegment 60a verbunden. Der erste Verbindungsabschnitt des ersten inneren Leitersegment 60a ist mit dem zweiten äußeren Leitersegment 61 über den ersten Verbindungsabschnitt 61 a verbunden, der wiederum mit einem ersten geraden in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 61c in Nutlage 1 , einem zweiten geraden Abschnitt 61g in der Nutlage 4 und einem zweiten Verbindungsabschnitt 61 i verbunden ist.

Der zweite Verbindungsabschnitt des zweiten äußeren Leitersegment 61g ist mit dem zweiten inneren Leitersegment über den zweiten Verbindungsabschnitt 6Oi verbunden, der wiederum mit einem zweiten geraden in einer Nut einliegenden Abschnitt 60g in Nutlage 3, einem ersten geraden Abschnitt 60c in der Nutlage 2 und einem ersten Verbindungsabschnitt 60a verbunden ist. Die noch fehlenden Abschnitte des Wicklungsteilstranges 1111 70.1 ergeben sich durch Fortsetzung des dargestellten Schemas. Die Ausführung des zweiten Wicklungsteilstranges U12 70.2 ist identisch zu Wicklungsteilstrang U1 1 70.1 und liegt in gleichen Nuten, allerdings ist Wicklungsteilstrang U12 70.2 um eine Polteilung in Umfangsrichtung versetzt und die inneren und äußeren Leitersegmente 60^', 61 ^' haben einen kleineren

Leiterquerschnitt. Hierdurch ergibt sich in den Nuten 15 in radialer Richtung aufgereiht eine Abfolge von Leitern mit großem Leiterquerschnitt 60c, 60g, 61 c, 61g und kleinem Leiterquerschnitt 60^'c, 60^'g, 61 ^'c, 61 ^'g, wobei sich die Abfolge jede zweite Polteilung wiederholt. Es sind folglich Leitersegmente 60, 61 vorhanden, die einen größeren Querschnitt (Leiterquerschnitt) als andere Leitersegmente 60^', 61 ^' haben.

Es ist somit eine elektrische Maschine 10', insbesondere ein elektrisch erregter Klauenpolgenerator 10 für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ständerwicklung 18, die Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 mit unterschiedlichem Leiterquerschnitt umfasst, vorgesehen.

Durch die Abfolge der inneren und äußeren Leitersegmente wird eine Schleifenwicklung gebildet. Der Aufbau der Leitersegmentwicklung ist aber nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Es ist ebenso möglich eine Leitersegmentwicklung mit zwei identischen in radialer Richtung nebeneinander liegenden Leitersegmenten aufzubauen, die dann Nutlage 1 und 2, bzw. 3 und 4 verbinden und dann entsprechend eine Wellenwicklung bilden. Hier ist es vorteilhaft, die Leitersegmente, die die Nutlage 1 und 2 verbinden mit gleichem Querschnitt auszuführen und entsprechend die die Leitersegmente die Nutlage 3 und 4 verbinden.

Fig. 3 zeigt die einen Ausschnitt einer Ständerwicklung 18 für einen Ständer mit sechsundneunzig Nuten 15, sechs Phasen und einem elektrisch erregten Läufer 20 mit sechzehn Polen. Die Wicklungen aller Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 sind gemäß Figur 2 ausgeführt. Sie sind nicht auf diese Ausführung beschränkt, es ist ebenso möglich eine vergleichbare Wicklung für einen Ständer mit sechsunddreißig Nuten 15, drei Phasen und einem elektrisch erregten Läufer 20 mit zwölf Polen herzustellen.

Die Lage der Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 ist für das in Figur 3 gezeigte Ausführungsbeispiel wie folgt. Wicklungsteilstrang V11 71.1 ist identisch ausgeführt wie der in Figur 2 gezeigte Wicklungsteilstrang U1 1 70.1 mit Leitersegmenten mit großem Leiterquerschnitt 60, 61 aufgebaut, allerdings ist dieser um +4 Nuten in Umfangsrichtung verschoben. Wicklungsteilstrang V12 71.2 ist entsprechend zum Wicklungsteilstrang V11 71.1 um eine Polteilung in Umfangsrichtung verschoben und mit Leitersegmenten mit kleinem Leiterquerschnitt 60^', 61 ^' ausgeführt. Wicklungsteilstrang W11 72.1 ist identisch ausgeführt wie der in Figur 2 gezeigte Wicklungsteilstrang U1 1 70.1 mit Leitersegmenten mit großem Leiterquerschnitt 60, 61 aufgebaut, allerdings ist dieser um +8 Nuten in Umfangsrichtung verschoben. Wicklungsteilstrang W12 72.2 ist entsprechend zum Wicklungsteilstrang W11 72.1 um eine Polteilung in Umfangsrichtung verschoben und mit Leitersegmenten mit kleinem Leiterquerschnitt 60^', 61 ^' ausgeführt.

Wicklungsteilstrang U21 73.1 ist identisch ausgeführt wie der in Figur 2 gezeigte Wicklungsteilstrang U11 70.1 mit Leitersegmenten mit großem Leiterquerschnitt 60, 61 aufgebaut, allerdings ist dieser um +11 Nuten in Umfangsrichtung verschoben.

Wicklungsteilstrang U22 73.2 ist entsprechend zum Wicklungsteilstrang U21 73.1 um eine Polteilung in Umfangsrichtung verschoben und mit Leitersegmenten mit kleinem Leiterquerschnitt 60^', 61 ^' ausgeführt. Wicklungsteilstrang V21 74.1 ist identisch ausgeführt wie der in Figur 2 gezeigte Wicklungsteilstrang U1 1 70.1 mit Leitersegmenten mit großem Leiterquerschnitt 60, 61 aufgebaut, allerdings ist dieser um +3 Nuten in Umfangsrichtung verschoben. Wicklungsteilstrang V22 74.2 ist entsprechend zum Wicklungsteilstrang V21

74.1 um eine Polteilung in Umfangsrichtung verschoben und mit Leitersegmenten mit kleinem Leiterquerschnitt 60^', 61 ^' ausgeführt. Wicklungsteilstrang W21 75.1 ist identisch ausgeführt wie der in Figur 2 gezeigte Wicklungsteilstrang U1 1 70.1 mit Leitersegmenten mit großem Leiterquerschnitt 60, 61 aufgebaut, allerdings ist dieser um +7 Nuten in Umfangsrichtung verschoben. Wicklungsteilstrang W22 75.2 ist entsprechend zum Wicklungsteilstrang W21 75.1 um eine Polteilung in Umfangsrichtung verschoben und mit Leitersegmenten mit kleinem Leiterquerschnitt 60^', 61 ^' ausgeführt.

Figur 4 zeigt die unter Figur 3 dargestellte Ständerwicklung 18 in eine einem Ständerpaket (Blechpaket) 17, wobei jeder Wicklungsteilstrang 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 Abschnitte aufweist die in den dafür vorgesehenen Nuten 15 untergebracht sind.

In Figur 5 ist ein Wechselstromgenerator 10 mit zwölf Wicklungsteilsträngen 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 anhand eines Schaltbildes dargestellt. Die zwölf Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 ,

75.2 sind zu zwei unabhängigen Drehstromsystemen verschaltet, wobei jedes der unabhängigen Drehstromsysteme eine Dreieckschaltung aufweißt, deren Wicklungsteilstränge am Verschaltungspunkte eine elektrische Phasenverschiebung von 60° aufweisen. Die Dreieckschaltungen werden durch die Wicklungsteilstränge U12,V12,W12 70.2,71.2,72.2, bzw. U22, V22, W22 73.2, 74.2, 75.2 gebildet, die von Leitersegmenten mit kleinem Leiterquerschnitt 60^', 61 ^' gebildet werden. Von jedem der Verschaltungspunkte der Dreieckschaltung gehen sternförmig Wicklungsteilstränge, die mit Leitersegmenten mit großem Leiterquerschnitt 70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 ausgeführt sind, ab, die zu jeweiligen am Schaltungspunkt verschalteten das Dreieck bildenden Teilsträngen um elektrisch 150° verschoben sind. Der Strom durch die äußeren sternförmig angeordneten Wicklungsteilsträngen U1 1. V1 1 , W11 , U21. V21. W21 70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 ist um den Faktor Wurzel von 3 (= 1 ,732..) größer als der Strom in den Wicklungsteilsträngen U12, V12, W12, U22, V22, W22 70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2. Da die Windungszahl gleich groß gewählt wurde, ergibt sich bei Verwendung von Leitersegmenten mit gleich großem Leiterquerschnitt für alle Wicklungsteilstränge eine unsymmetrische Verlustverteilung. Dieser unsymmetrischen Verlustverteilung kann vorgebeugt werden, wenn der Leiterquerschnitt der Leitersegmente der äußeren sternförmigen angeordneten Wicklungsteilstränge U1 1 , V1 1 , W1 1 , U21 , V21 , W21 70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 um den Faktor 3 größer gewählt werden als der Leiterquerschnitt der die Dreiecke bildenden Wicklungsteilstränge U12, V12, W12, U22, V22, W22 70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2. Die beiden unabhängigen Drehstromsysteme sind um einen elektrischen Winkel von 30° versetzt. Jedes der beiden Drehstromsysteme wird mit einem separaten B6-Brückengleichrichter 19.1 , 19.2 verbunden, die gleichspannungsseitig zusammengeschaltet werden. Gleichspannungsseitig ist ein Spannungsregler 21 parallelgeschaltet, der durch Beeinflussung des Stromes durch die Erregerwicklung 51 die Spannung des Generators regelt. Das Bordnetz ist schematisch durch die Fahrzeugbatterie 31 und durch Fahrzeugverbraucher 32 dargestellt.

Es ist vorgesehen, dass das Querschnittsverhältnis der Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 auf den durch die Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 fließenden Strom angepasst ist, sodass eine möglichst homogene Verteilung der Verluste auf die Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 entsteht.

Es ist somit eine elektrische Maschine 10^' gezeigt, bei der im Betrieb mindestens ein Wicklungsteilstrang 70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 einen gegenüber einem anderen Wicklungsteilstrang 70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2 unterschiedlich hohen Stromfluss aufweist.

Figur 6 zeigt in vergrößerter Darstellung die Gestaltung einer Nut 15 im Blechpaket 17 des Ständers 16. Mit 34 ist eine Nutöffnung bezeichnet, deren Schlitzbreite in Umfangsrichtung kleiner ist als die Breite der Leitersegmente. Die in der Nut 15 einliegenden Abschnitte der Leitersegmenten 60c, 60 ^'c, 60g, 60 ^'g, 61 c, 61 ^'c, 61 g, 61 ^'g sind durch eine Nutisolation 36 in der Nut 15 isoliert angeordnet. Hierbei ist die größte Breite der Nut 15 in Umfangsrichtung größer als die Breite der in die Nut 15 einliegenden Abschnitte der Leitersegmente 60c, 60^'c, 60g, 60^'g, 61c, 61 ^'c, 61 g, 61 ^'g. Die Anzahl der in der Nut 15 einliegenden Abschnitte 60c, 60^'c, 60g, 60 ^'g, 61 c, 61 ^'c, 61 g, 61 ^'g ist vier, wobei jede gerade Zahl möglich ist. Die in der Nut 15 einliegenden Abschnitte 60c, 60^'c, 60g, 60^'g, 61 c, 61 ^'c, 61 g, 61 ^'g sind in der Nut 15 in einer radialen Reihe ausgerichtet. Der Schnitt durch den Ständer 16 zeigt den Querschnitt der in der Nut 15 einliegenden Abschnitte 60c, 60^'c, 60g, 60^'g, 61c, 61 ^'c, 61g, 61 ^'g der Wicklungsteilstränge U1 1 , U12, U21 , U22, 70.1 , 70.2, 73.1 , 73.2. Die zum Dreieck verschalteten Wicklungsteilstränge U12 und U22 70.2,73.2 haben einen kleineren Leiterquerschnitt als die entsprechend sternförmig verschalteten Wicklungsteilstränge U11 und U21 70.1 , 73.1.

Wicklungsteilstränge mit höherer Verlustleistung 70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 sind idealerweise in Bezug auf eine Drehachse 29 der elektrischen Maschine 10^' radial weiter innen liegend angeordnet als Wicklungsteilstränge mit geringerer Verlustleistung 70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2.

Das Verhältnis der Querschnittsflächen zueinander ergibt sich idealerweise aus dem Quadrat der Verhältnisse der Ströme, die in den Wicklungen fließen. In dem in Figur 5 gezeigten Beispiel ist der Strom in den sternförmigen Wicklungsteilsträngen 70.1 , 71.1 , 72.1 ,

73.1 , 74.1 , 75.1 um den Faktor Wurzel 3 größer als der Strom in den Wicklungsteilsträngen die einem Dreieck zugeordnet sind 70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2. In diesem Beispiel ist gleiche Windungszahl unterstellt, wodurch sich für das Verhältnis der Querschnittsflächen der sternförmigen Wicklungsteilstränge 70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 zu den Querschnittsflächen der einem Dreieck zugeordneten Wicklungsteilstränge 70.2, 71.2, 72.2,

73.2, 74.2, 75.2 der Wert drei ergibt. In einer Nut 15 sind somit Wicklungsteilstränge mit hohem Strom 70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 und niedrigem Strom 70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2 radial benachbart, vorzugsweise unmittelbar benachbart.

Das Querschnittsverhältnis der Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 entspricht idealerweise nahezu dem Quadrat des Stromverhältnisses der durch die Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 fließenden Ströme.

Es ist vorgesehen, dass die Wickelköpfe des Ständers 16, insbesondere die

Biegeabschnitte der Wicklungsteilstrange 60e,60^'e,61 e,61 ^'e und die Verbindungsabschnitte 60a,60^'a,60i, 60^'i, 61a, 61 ^'a, 61 i,61 ^'i durch einen näherungsweise radialen Kühlluftstrom gekühlt werden, der von zumindest an einem axialen Ende eines Läufers 20 angebrachten Lüfter 30 verursacht wird.

Des Weiteren sollen die Wicklungsteilstränge 70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2 eine Querschnittsfläche derart aufweisen, sodass die Verlustleistung der Gesamtwicklung minimiert ist.

Claims

Ansprüche

1. Elektrische Maschine, insbesondere elektrisch erregter Klauenpolgenerator (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ständerwicklung (18), wobei die Wicklung (18) aus mehreren Wicklungsteilsträngen (70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wicklungsteilstrang (70.1 , 71.1 , 72.1 ,

73.1 , 74.1 , 75.1 ) einen gegenüber einem anderen Wicklungsteilstrang (70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2) unterschiedlichen Leiterquerschnitt aufweist.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb mindestens ein Wicklungsteilstrang (70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 ) einen gegenüber einem anderen Wicklungsteilstrang (70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2) unterschiedlich hohen elektrischen Stromfluss aufweist.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsverhältnis der Leiterquerschnitte der Wicklungsteilstränge (70.1 , 70.2, 71.1 ,

71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2) derart auf den durch die Wicklungsstränge (70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2) fließenden Strom angepasst ist, dass eine möglichst homogene Verteilung der elektrischen Verluste auf die Wicklungsteilstränge (70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2) entsteht.

4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsverhältnis der Wicklungsteilstränge (70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2) - zumindest nahezu - dem Quadrat des Stromverhältnisses der durch die Wicklungsteilstränge (70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2, 74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2) fließenden Ströme entspricht.

5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wicklungsteilstrang (70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 ) mit höherer Verlustleistung in Bezug auf eine Drehachse (29) der elektrischen Maschine (10^') radial weiter innen liegend angeordnet ist als der andere Wicklungsteilstrang (70.2, 71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2) mit niedrigerer Verlustleistung.

6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsteilstränge (70.1 , 70.2, 71.1 , 71.2, 72.1 , 72.2, 73.1 , 73.2,

74.1 , 74.2, 75.1 , 75.2) derartige Leitungsquerschnittsflächen aufweisen, dass die Verlustleistung der Gesamtwicklung minimiert wird.

7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (18^') aus Leitersegmenten (60, 60^', 61 , 61 ^') ausgeführt ist, die einen großen Leiterquerschnitt aufweisen (60, 61 ) und aus anderen Leitersegmenten die einen kleinen Leiterquerschnitt aufweisen (60^', 61 ^'), wobei die anderen Leitersegmente (60^', 61 ^') einen kleineren Leiterquerschnitt aufweisen als die einen Leitersegmente (60, 61 ).

8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Nut (15) Wicklungsteilstränge mit hohem Stromfluss (70.1 , 71.1 , 72.1 , 73.1 , 74.1 , 75.1 ) und solche mit niedrigem Stromfluss (70.2,

71.2, 72.2, 73.2, 74.2, 75.2) radial benachbart, vorzugsweise unmittelbar benachbart liegen.

9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitersegmente mehrere Abschnitte (60a,60^'a, 60b,60^'b, 60c,60^'c, 60d,60^'d, 60e,60^'e, 60f,60^'f, 60g,60^'g, 60h,60^'h, 60i,60^'i, 61a,61 ^'a, 61 b,61 ^'b, 61c,61 ^'c, 61d,61 ^'d, 61 e,61 ^'e, 61f,61 ^'f, 61g,61 ^'g, 61 h,61 ^'h, 61 i,61 ^'i) aufweisen, wobei die in einer Nut (15) einliegenden Abschnitte der Leitersegmente (60c,60^'c,60g,60^'g,61 c,61 ^'c, 61g, 61 ^'g) in einer radialen Reihe angeordnet sind.

10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelköpfe (45,46) des Ständers (16), insbesondere die diese Wickelköpfe bildenden Biegeabschnitte der Wicklungsteilstränge (60e,60^'e,61e,61 ^'e) und die Verbindungsabschnitte (60a,60^'a,60i, 60^'i, 61a,61 ^'a, 61 i,61 ^'i), durch einen näherungsweise radialen Kühlluftstrom gekühlt werden, der von zumindest einem an einem axialen Ende eines Läufers (20) angebrachten Lüfter (30) verursacht wird.