WO2008081020A2 - Wechselstromgenerator mit einem ständer und einer in ständernuten einliegenden ständerwicklung aus wicklungselementen sowie ein verfahren zur herstellung eines erfindungsgemässen ständers - Google Patents

Wechselstromgenerator mit einem ständer und einer in ständernuten einliegenden ständerwicklung aus wicklungselementen sowie ein verfahren zur herstellung eines erfindungsgemässen ständers Download PDF

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WO2008081020A2
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groove
grooves
section
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Thomas Berger
Eberhard Rau
Alexander Shendi
Helmut Kreuzer
Christoph Schwarzkopf
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine

Definitions

  • the invention relates to various forms of winding elements for producing a winding for an electric machine, in particular for a multi-strand vehicle generator with claw-pole rotor and fans lying in the housing.
  • Stator windings with disordered wire development in the winding heads are known from the prior art, which arise, for example, in that a plurality of individual, in particular single-layer, strand windings are individually added one after the other into a laminated core, eg. B. by Einziehtechnik in an annular laminated core or by inserting into a cuboid laminated core.
  • the wires are arranged touching each other and not spaced from each other, so that the cooling air does not flow through the winding heads, but can flow around only in their entirety and thus only the boundary layer of the winding head enveloping body is streaked.
  • These disordered windings cause large winding head dimensions on both sides.
  • stator windings with structured winding heads which are designed significantly compact.
  • Steckwickeltechnik substantially U-shaped conductor sections are inserted axially from a first package end face in grooves of a laminated core, in which case the free ends of the U-shaped conductor portion on the packet front side opposite the first packet end side initially substantially tangentially pivoted or bent in a desired shape or position and then each connected to one end of another conductor section, for example by welding.
  • a disadvantage here is a large number of connection points, which, especially in small designs of electrical machines high spatial demands on the connection technology in terms of pivoting and / or welding, extends the production time and increases costs.
  • an alternator in particular three-phase alternator is provided for a motor vehicle, with a north and south poles having runners, in particular with extending in the axial direction Klauenpolfingern located on the circumference of the rotor as the north and south poles alternately, a stator having a magnetic core, in particular laminated core, with grooves and a stator winding arranged in the slots of the magnetic core, wherein the stator winding has winding heads which are each cooled by an approximately radial air flow of at least one of the rotor mounted fan, wherein the stator facing the rotor and wherein the stator and the rotor are defined to each other positioned, wherein the multi-phase stator winding of
  • Winding elements consists, wherein at least one winding element has more than two sections inserted into grooves and wherein at least one winding element has more than one reversing section, which causes a change of the radial position.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a basic form of a winding element
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the basic form of the winding element
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a connection form of the winding element
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a reversal shape of the winding element
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the course of a strand winding in the slots of a stator core
  • Figure 7 is a circuit diagram of an alternator with two independent three-phase systems, which are connected to two downstream rectifiers and
  • FIG. 8 to 13 show a second embodiment of a winding, its winding elements and a schematically illustrated stator with winding.
  • FIG. 8 is a schematic representation of a first basic form of the winding element for odd number of conductors, FIG.
  • Winding element for odd number of conductors
  • Figure 10 is a schematic representation of a first connection form of
  • Winding element for odd number of conductors
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a reversal shape of the winding element
  • Figure 12 is a schematic representation of a second connection form of
  • Winding element for odd number of conductors
  • FIG. 13 shows a schematic representation of the course of a strand winding in the slots of a stator package for odd number of conductors
  • Figure 14 is a perspective view of a planar precursor of a
  • Figure 15 is a cylindrical device for producing the spatial
  • FIG. 16 shows a cuboid device for producing the spatial structure of winding elements
  • 17 shows a detail of a perspective view of a stator according to the invention
  • FIG. 18 is a detail of a perspective view of a stator according to the invention
  • Fig. 1 is 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.
  • End plate 13.1 and the bearing plate 13.2 take in itself a stand 16, with an annular laminated core 17 as a magnetic core, in which radially inwardly open and axially extending rectangular grooves 15, a stator winding 18 is inserted.
  • the annular stator 16 surrounds with its radially inwardly directed surface an electromagnetically excited rotor 20, which is designed as a claw-pole rotor.
  • the rotor 20 consists, inter alia, of two claw-pole plates 22 and 23, on the outer circumference of which claw-pole fingers 24 and 25 extending in each case 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 on the circumference of the rotor 20 as north and south poles.
  • This results in magnetically required Klauenpol thoroughlyshadow between the oppositely magnetized Klauenpolfingern 24 and 25, which extend slightly oblique to the machine axis because of tapering towards their free ends claw-pole fingers 24 and 25.
  • this course is simplified referred to as axial.
  • 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. It has two axial end faces, on each of which a fan 30 is attached.
  • These fans 30 essentially consist of a plate-shaped or disk-shaped section, starting from the fan blades in a known manner. These fans 30 serve to allow an air exchange between the outside and the interior of the electric machine 10 via openings 40 in the end shields 13.1 and 13.2.
  • the openings 40 are provided at the axial ends of the end shields 13.1 and 13.2, via the means of the fan 30 cooling air is sucked into the interior of the electric machine 10. This cooling air is accelerated radially outward by the rotation of the fans 30, so that they can pass through the cool air-permeable winding heads 45 on the drive side and 46 on the electronics side. This effect cools the windings.
  • the cooling air takes after flowing through, or after the flow around the winding heads a path radially outward through openings, not shown, in the end shields 13.1 and 13.2.
  • the winding heads are lying outside the magnetic core winding parts.
  • a protective cap 47 which protects various components against environmental influences.
  • this protective cap 47 covers, for example, a slip ring assembly 49, which supplies a field winding 51 with exciting current.
  • the excitation current is adjusted by a voltage regulator so that a constant vehicle electrical system voltage is present.
  • Around this slip ring assembly 49 around a heat sink 53 is arranged, which acts here as a heat sink for the positive diodes of the rectifier.
  • As a heat sink for the negative diodes of the rectifier here acts the bearing plate 13.2.
  • connection plate 56 is arranged, which fixed in the bearing plate 13.2 minus diodes 58 and not shown in this illustration plus diodes of a rectifier 19 in the heat sink 53 in the form of a
  • FIG. 2 shows a possible basic form of a winding element 60 for an implementation of a winding with four conductors in each groove, the narrow sides of the conductor cross-sections are opposite to each other and the broad sides of the conductor cross sections opposite the groove walls, not shown here.
  • the conductors are arranged in the groove in four radial groove positions, wherein the radially outermost groove position is referred to as groove position one and the radially innermost groove position as groove position four.
  • Each winding element 60 consists of at least one essentially axially aligned first connecting section 60a, which serves for contacting two radially adjacent connecting sections 60a, 60z, 62a, 62z.
  • the broad side of the conductor cross-section is aligned parallel or substantially parallel to the circumferential direction in the region of the connecting sections, since this enlarges the contacting surface.
  • the contacting takes place cohesively, for example by Welding, soldering or other methods of electrical contacting done.
  • the first connection section 60a transitions into a first section 60b inclined to the axial and circumferential direction, which connects the first connection section 60a to a first axially aligned section 60c of the winding element 60 that is inserted in a groove 15.
  • the first section 60c which is inserted in a first slot, transitions into a second section 6Od inclined to the axial and circumferential direction, which further merges into a first reversing section 6Oe. From the first reversing section 6Oe, a third section 6Of inclined to the axial and circumferential direction is departed and connects the first reversing section 6Oe to a second section 60g inserted in a second groove 15.
  • This second groove 60-fitting portion 60g is connected to a fourth axis-and-circumferentially inclined portion 60h which merges into a second turnaround portion 6Oi which further has a fifth axis-and-circumferentially-inclined portion 6Oj with a third groove in the first groove inlying portion 60k of the winding element 60 is connected.
  • the third in-slot portion 60k is connected to a third reversing portion 60m via a sixth axial and circumferential inclined portion 601.
  • the third reversing section 60m is about a seventh to the axle and
  • Circumferentially inclined portion 6On connected to a fourth, in the second groove in-section 6Oo.
  • the fourth slot-in section 6Oo is further connected to the second connecting section 60z of the winding element via an eighth section 60p inclined to the axial and circumferential direction.
  • the basic form of the winding element shown here is constructed with three reversing sections 6Oe, 6Oi, 60m. Furthermore, it is also conceivable that the basic shape of the winding element 60 is carried out with two or more than three reversal sections, in which the number of loops of a winding element is reduced or increased.
  • winding element takes in this example, four different radial positions, wherein the position of the conductors in the end windings by a radial position and the position of the conductors in the grooves 15 by a radial groove position is marked and the radial positions of groove and radial position correspond to each other ,
  • the in-grooves in the sections form a radial row and are therefore easier to handle, since the sections are ordered.
  • the number of radial layers and that of the radial groove layers usually corresponds to the number of conductors in a groove, with a row arrangement of the conductors radially one above the other.
  • the first inclined portion 60b, the first groove-inserted portion 60c, and the second inclined portion 60d are disposed in the radially first position.
  • the winding element 60 occupies the first groove position in a first groove 15 and the third groove position in the second groove belonging to the winding element 60, which groove is spaced from the first one in the circumferential direction by substantially one pole pitch.
  • the change in the groove position is effected by the first reversing section 6Oe.
  • the third inclined portion 6Of, the second groove-inserted portion 60g, and the fourth inclined portion 60h are arranged.
  • the second circumference portion 6Oi causes a groove position change from the third groove position of the second groove 15 to the second groove position of the first groove 15.
  • the fifth inclined portion 6Oj, the third groove-fitting portion 60k, and the sixth inclined one Section 601 arranged.
  • the third reversing section 60m causes a groove position change from the second groove position of the first groove to the fourth groove position of the second groove.
  • the seventh inclined portion 6On, the fourth groove-in portion 6Oo, and the eighth inclined portion 60p are disposed.
  • the first connecting portion 60a extends over the second and first radial positions.
  • the second connection portion 60z extends over the fourth and third radial layers.
  • the change of the radial positions in odd reversal sections is greater than in straight reversal sections.
  • the winding element has a zungsfit wire guide in the winding head, the wires are widely spaced in the winding head, the cooling is improved.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the winding element described under FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the required for a complete stator winding terminal shape of a winding element 61.
  • This terminal shape is used to provide an electrical connection for interconnecting the string winding, or for contacting the rectifier available. This connection is preferably on the electronics winding side 46.
  • To form a complete strand winding at least two terminal forms of the winding element 61 are required, respectively for the strand winding start and the strand winding end.
  • connection form of the winding element corresponds for the most part to a shortened structure of the basic form.
  • the illustrated terminal form 61 of the winding element is intended for realization with four conductors in each groove, the narrow sides of the conductor cross-sections lying opposite each other and the broad sides of the conductor cross-sections facing the groove wall.
  • Each connection form of the winding element 61 consists of at least one substantially axially aligned first connecting portion 61a, which serves for contacting two radially adjacent connecting portions 61a, 60z.
  • the first connection section 61a merges into a first section 61b inclined to the axial and circumferential direction, which connects the first connection section 61a to a first axially aligned section 61c of the winding element 61 that is inserted in a groove 15.
  • Section 61c merges into a second axis-and-circumferentially inclined portion 61d, which further merges into a first turnaround portion 61e. From the first reversing portion 61e, a third portion 61f inclined to the axial and circumferential direction descends and connects the first reversing portion 61e to a second portion 61g inserted in a groove 15.
  • This second in the The groove 15-inserted portion 61g is connected to a fourth axis-and-circumference-inclined portion 61h which merges into a second turnaround portion 61i which further has a fifth axis-and-circumferentially inclined portion 61j with a third in the first one Nut eino portion 61k of the winding element 61 is connected.
  • the third in-slot portion 61k is connected to the terminal portion 61y via a sixth axial and circumferential inclined portion 611.
  • connection form of the winding element 61 shown here is constructed with two surrounding sections 61e, 61i. It is also conceivable here in principle that the connection form of the winding element 61 with one, two or more reversing sections 61e, 61i is performed.
  • the terminal shape of the winding element 61 is subdivided into three radial layers in this example.
  • the number of radial layers of the terminal shape of the winding member 61 is usually one less than the number of conductors in a groove 15.
  • the terminal form of the winding member 61 are in the radially first position of the first inclined portion 61 b, the first in-slot portion 61c and the second inclined portion 61d are arranged.
  • the terminal form of the winding element 61 occupies the first groove layer in a first groove 15 and the third groove layer in the second groove 15 associated with the winding element 61, which is spaced from the first one in the circumferential direction by substantially one pole pitch.
  • the change in the groove position is effected by the first turnaround portion 61e.
  • the third inclined portion 61f, the second groove-inserted portion 61g, and the fourth inclined slope portion 61h are arranged.
  • the second reversing portion 61i causes a groove position change from the third groove position of the second groove 15 to the second groove position of the first groove 15.
  • the fifth inclined portion 61j, the third groove-inserted portion 60k is the sixth inclined portion 611 and the terminal portion 61y arranged.
  • the first connection portion 61a extends over the second and first radial layers.
  • the connecting portion 61y extends substantially over the third radial position, but can for better Interconnection of the strand windings, change from the third groove position to another groove position.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the reversal shape of a winding element 62 required for a complete stator winding.
  • the reversal shape of a winding element 62 serves to connect basic shapes of the winding elements 60 in series with electric shapes 180 °. In this case, the strand winding course coming from a first circumferential direction is reversed and continued counter to the first circumferential direction. To form a complete strand winding at least one reversal of the
  • Winding element 62 required.
  • This reversal shape of a winding element 62 has at least one reversing section 62e which connects two groove-inserted sections 62c, 62g in the same groove position.
  • the illustrated reversal shape of the winding element 62 is provided for a realization with four conductors in each groove, the narrow sides of the conductor cross-sections facing each other and the broad sides of the conductor cross-sections of the groove wall opposite.
  • Each reversal shape of the winding element 62 consists of at least one substantially axially aligned first connecting portion 62a, which serves for contacting two radially adjacent connecting portions 62a, 60a.
  • the first connecting portion 62a merges into a first axis-and-circumferentially-inclined portion 62b connecting the first connecting portion 62a to a first axially-aligned portion 62c of the winding member 62 that is in a groove 15.
  • the first section 62c which is inserted in a first groove, transitions into a second section, which is inclined in the axial direction and in the circumferential direction, and which passes further into a first reversing section 62e. From the first reversing portion 62e, a third axis-and-circumferentially inclined portion 62f goes off and connects the first reversing portion 62e to a second portion 62g engaged in a groove 15.
  • This second groove portion 15 intervening portion 62g is connected to a fourth axis-and-circumferentially inclined portion 62h which is connected to the second connecting portion 62z.
  • the reversal shape of the winding element 62 shown here is constructed with a reversing section 62e. It is also conceivable here in principle that the reversal shape of the winding element 61 can be executed not only with one, but with another odd number of reversing sections, wherein all connecting sections are arranged on a winding side. It is in principle also possible to carry out the reversal shape of the winding element with an even number of reversing sections, in which case connecting sections are arranged on both end winding sides.
  • the reversal shape of the winding element 62 is arranged in a radial position in this example.
  • the number of radial layers of the reversal shape of the winding member 62 is usually one.
  • the reversal form occupies the radially innermost layer, since such a simple assembly can be ensured.
  • the first inclined portion 62b, the first groove-in portion 62c, the second inclined portion 62d, the first turnaround portion 62e, the third inclined portion 62f, the second are in a groove inset portion 62g and fourth inclined portion 62h.
  • the first connecting portion 62a extends over the third and fourth radial positions.
  • the second connecting portion 62z extends substantially across the fourth and third radial layers.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the course of a strand winding in the stator core. Shown here is a package with ninety-six slots, in which six string windings are arranged. The runner has sixteen poles in this case. Because of the schematic nature of the representation in FIG. 6, the other five strand windings are not shown for the sake of clarity. It is possible to adapt the invention presented here to any strand winding number and number of poles, for example a stator pack with sixty slots and five line windings and a rotor with twelve poles. Continuous connections are arranged on the electronics side winding head. Dashed connections are arranged on the drive-side winding head.
  • the strand winding 70 is composed of a terminal shape of the winding element 61, seven basic shapes of the winding element 60, a reversal shape of the winding element 62, seven other basic shapes of the winding element and a further connection form of the winding element, all of which are connected in series according to the order listed.
  • the stator core is passed through by this strand winding 70 once and once counter to a first circumferential direction, all groove positions of all of these strand winding associated grooves are occupied.
  • the strand windings 71, 72, 73, 74, 75, not shown in FIG. 6, are constructed identically to the illustrated strand winding 70 and are offset relative to the illustrated strand winding 70 by a predetermined number of slots in the circumferential direction.
  • This groove offset results in this example, a phase angle of electrically 30 °, or a multiple of electrically 30 ° between the strand windings 70, 71, 72, 73, 74, 75th
  • an alternator in particular an alternator, is provided for a motor vehicle, with a rotor 20 having north and south poles, in particular with claw-pole members 24, 25 extending in the axial direction, which are arranged on the circumference of the rotor 20 as a north pole. and south pole, a stator 16, the magnetic core, in particular
  • the multi-phase stator winding 18 consists of winding elements 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, wherein at least a winding element has more than two in-slot portions and wherein at least one winding element 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 has more than one reversing section causing the radial position to change.
  • FIG. 7 shows an AC generator 10 with six strand windings 70, 71, 72, 73, 74, 75 on the basis of a circuit diagram.
  • the six string windings 70, 71, 72, 73, 74, 75 are connected to two independent three-phase systems, wherein each of the independent three-phase systems has a star connection whose phase windings 70, 71, 72 - 73, 74, 75 at the neutral point a phase difference of 120 electrically ° have.
  • the star circuits are represented by the strand windings Ul, Vl, Wl (70, 71, 72), or U2, V2, W2 (73, 74,
  • the two independent three-phase systems have a phase difference of 30 ° electrically.
  • Each of the two three-phase systems is connected to a separate B6 bridge rectifier 19.1, 19.2, which are connected in parallel on the DC voltage side.
  • the rectifier 19 is thus composed of two parallel-connected bridge rectifiers 19.1, 19.2.
  • a voltage regulator 21 is connected in parallel to the rectifier 19.
  • the voltage regulator controls by influencing the current flowing through the field winding 51, the voltage of the generator and thus the electrical system.
  • the electrical system is shown schematically by the vehicle battery 31 and by vehicle consumers 32.
  • the three-phase systems are independent in such a way that the windings are connected to each other only after the two B6 bridge rectifiers 19.1 and 19.2.
  • FIGS. 8 to 13 show a further embodiment for realizing odd numbers of conductors in the slots.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a first basic form of a winding element 63 for a realization of a winding with three conductors in each groove, wherein the narrow sides of the conductor cross sections lie opposite one another and the broad sides of the conductor cross sections are opposite to the groove walls not shown here.
  • the conductors are arranged in the groove in three radial groove positions, wherein the radially outermost groove position is referred to as groove position one and the radially innermost groove position as groove position three.
  • the first basic form of a winding element for odd number of conductors 63 consists of at least one substantially axially aligned first connecting portion 63 a, the for contacting two radially adjacent connecting portions 63a, 63z, 66z is used.
  • the broad side of the conductor cross-section is aligned parallel to the circumferential direction in the region of the connecting sections, since this increases the contacting area.
  • the contacting takes place cohesively, for example by welding, soldering or other methods for electrical contacting.
  • the first connecting portion 63 a is transitioned to a first axis and circumferential inclined portion 63 b, the first connecting portion 63 a with a first axially aligned and in a groove 15 eino portion
  • the first section 63c inserted in a first groove merges into a second section 63d inclined to the axial and circumferential direction, which further merges into a first reversing section 63e. From the first reversing portion 63e, a third portion 63f inclined to the axial and circumferential direction goes off and connects the first reversing portion
  • This second groove 63 inserted in the portion 63g is connected to a fourth to the axial and circumferential direction inclined portion 63h, which merges into a second reversing portion 63i, which further via a fifth axis to the circumferential and circumferential direction inclined portion 63j with a third, in the first groove eino portion 63k of the winding element 63 is connected.
  • the third groove-inserted portion 63k is connected to a third turn-around portion 63m via a sixth axis-and-circumferentially-inclined portion 631.
  • the third reversing portion 63m is connected to a fourth groove 63o in the second groove via a seventh axis-and-circumferential direction inclined portion 63n.
  • the fourth groove-inserted portion 63o is further connected to the second connecting portion 63z of the winding member via an eighth circumferential-direction-inclined portion 63p.
  • the first basic form of the winding element for odd number of conductors 63 shown here is constructed with three reversing sections 63e, 63i, 63m. Furthermore, it is also conceivable that the basic shape of the winding element 63 is executed with two or more than three reversal sections in order to adapt the winding elements to different odd number of conductors in the groove. This will achieved in that the number of loops of a winding element is lowered or increased. However, in the case of two or for example four reversal sections, mutually adjacent winding elements are then to be contacted with one another on both sides of the laminated core 17, which is associated with a higher level of mechanical and labor expenditure.
  • the winding element in this example occupies three different radial positions, wherein the position of the conductors in the winding heads is characterized by a radial position and the position of the conductors in the grooves 15 by a radial groove position and the radial positions of groove and radial position correspond to each other ,
  • the number of radial layers and the radial groove layers usually corresponds to the number of conductors in a groove, with a row arrangement of the conductors radially one above the other.
  • the first inclined portion 63b, the first groove-inserted portion 63c, and the second inclined portion 63d are disposed in the radially first position.
  • the winding element 63 occupies the first groove position in a first groove 15 and the second groove position in the second groove associated with the winding element 63, which groove is spaced from the first one in the circumferential direction by substantially one pole pitch.
  • the change in the groove position is effected by the first reversing portion 63e.
  • the second reversing section 63i does not cause a groove position change in this case.
  • the third reversing portion 63m causes a groove position change from the second groove position of the first groove to the third groove position of the second groove.
  • the seventh inclined portion 63n, the fourth groove-in portion 63o, and the eighth inclined portion 63p are disposed.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a second basic form of a winding element 64 for a realization form of a winding with three conductors in each groove.
  • the second basic form of a winding element 64 for odd number of conductors consists of at least one substantially axially aligned first connecting portion 64a, which serves for contacting two radially adjacent connecting portions 64a, 64z, 66a.
  • the broad side of the conductor cross-section is aligned parallel to the circumferential direction in the region of the connecting sections, since this increases the contact-making area.
  • the contacting takes place cohesively, for example by welding, soldering or other methods for electrical contacting.
  • the first connection portion 64a transitions into a first axis-and-circumferentially-inclined portion 64b that defines the first connection portion 64a with a first axially-aligned portion that is inserted in a groove 15
  • the 64c of the winding element 64 connects.
  • the first section 64c inserted in a first groove merges into a second section 64d inclined to the axial and circumferential direction, which further merges into a first reversing section 64e.
  • a third portion 64f inclined to the axial and circumferential direction goes off and connects the first reversing portion
  • This second groove 64-inserted portion 64g is connected to a fourth axis-and-circumferential direction inclined portion 64h, which is further connected to the second connecting portion 63z of the winding member.
  • the illustrated here second basic form of the winding element for odd numbers of conductors 64 is constructed with a reversing portion 64e. Furthermore, it is also conceivable that the basic shape of the winding element 64 is executed with two or more than two reversal sections in order to adapt the winding elements to different odd number of conductors in the groove.
  • the winding element in this example occupies three different radial positions, wherein the position of the conductors in the winding heads is defined by a radial position and the position of the conductors in the packet slots by a radial slot position. is marked and the radial positions of groove and radial position correspond to each other.
  • the first inclined section 64b, the first slot-inserted section 64c and the second inclined section 64d are arranged in the radially first position.
  • the winding element 64 occupies the first groove position in a first groove 15 and, in the second groove associated with the winding element 64, which is spaced from the first one in the circumferential direction by substantially one pole pitch, the third groove position.
  • the change in the groove position is effected by the first reversing section 64e.
  • substantially the third inclined portion 64f, the second in-slot portion 64g, and the fourth inclined portion 64h are substantially the third inclined portion 64f, the second in-slot portion 64g, and the fourth inclined portion 64h.
  • the first connection portion 64a initially overlaps portions of the second and first radial layers, and then fully extends in the first radial position.
  • the second connection portion 64z initially extends completely over the third radial layer and then covers portions of the second and third radial layers.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of the first connection form of a winding element for odd number of conductors 65 required for a complete stator winding.
  • This connection form serves to provide an electrical connection for interconnecting the phase winding or for contacting the rectifier.
  • This connection is preferably arranged on the electronics side winding head 46.
  • To form a complete strand winding at least two terminal forms of the winding element 65, 67 are required, in each case for the strand winding beginning and the strand winding end.
  • the first connection form of the winding element 65 corresponds for the most part to a shortened structure of the first basic shape of the winding element 63.
  • connection form of the winding element 65 is provided for realizing a winding with three conductors in each groove, the narrow sides of the conductor cross-sections facing each other and the broad sides of the conductor cross-sections of the groove wall opposite.
  • Each first connection form of the Winding element 65 consists of at least one substantially axially aligned first connecting portion 65a, which serves for contacting two radially adjacent connecting portions 63z, 65a.
  • the first connection section 65a transitions into a first section 65b inclined to the axial and circumferential direction, which connects the first connection section 65a to a first axially aligned section 65c of the winding element 65 which is inserted in a groove 15.
  • the first section 65c inserted in a first slot merges into a second section 65d inclined to the axial and circumferential direction, which passes further into a first reversing section 65e.
  • a third portion 65f inclined to the axial and circumferential direction goes off and connects the first reversing portion 65e to a second portion 65g inserted in a groove 15.
  • This second groove portion 15 inserted portion 65g is connected to a fourth to the axis and circumferential direction inclined portion 65h, which merges into a second turnaround portion 65i, which further via a fifth to the axial and circumferential direction inclined portion 65j with a third in the first groove eino portion 65k of the winding element 65 is connected.
  • the third groove-inserted portion 65k is connected to the terminal portion 65y via a sixth portion 651 inclined to the axial and circumferential directions.
  • connection form of the winding element 65 shown here is constructed with two reversing sections 65e, 65i.
  • terminal form of the winding element 65 is designed with one or more than two surrounding sections 65e, 65i in order to adapt the winding to a higher, odd number of conductors in the groove.
  • the terminal shape of the winding element 65 is divided into two radial layers in this example.
  • the number of radial layers of the terminal form of the winding member 65 is usually one less than the number of conductors in a groove 15. From the terminal form of the winding member 65 in the radially first position of the first inclined portion 65 b, the first in-slot portion 65c and the second inclined portion 65d are arranged. The connection form of the wick The guiding element 65 occupies the first groove position in a first groove 15 and the second groove position in the second groove 15 associated with the winding element 65, which is spaced from the first circumferential direction by substantially one pole pitch. The change in the groove position is effected by the first reversing portion 65e.
  • substantially the third inclined portion 65f, the second groove-inserted portion 65g, the fourth slope portion 65h, the second turn-back portion 65i, the fifth slope portion 65j, the third groove-inserted portion 65k are the sixth inclined portion 651 and the terminal portion 65y arranged.
  • the second reversing section 65i causes in this case no change of the radial layers.
  • connection portion 65a initially overlaps portions of the second and first radial layers and then extends completely in the first radial position.
  • the connection section 65y extends essentially over the second radial position, but can change from the second radial position into another radial position for better interconnection of the strand windings.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of the reversal shape of a winding element 66 required for a complete stator winding.
  • the reversal shape of a winding element 66 serves to connect first basic shapes of the winding elements 63 in series with second basic shapes 64 offset by 180 °. In this case, the strand winding course coming from a first circumferential direction is reversed and continued counter to the first circumferential direction.
  • at least one reversal shape of the winding element 66 is required.
  • This reversal shape of a winding element 66 has at least one reversing section 66e, which connects two groove-inserted sections 66c, 66g in the same groove position.
  • the illustrated reversal shape of the winding element 66 is intended for a realization with three conductors in each groove, the narrow sides of the conductor cross-sections facing each other and the broad sides of the conductor cross-sections of the groove wall opposite.
  • Each reversal shape of the winding element 66 consists of at least one substantially axially aligned first connecting portion 66a, which serves for contacting two radially adjacent connecting portions 66a, 64a.
  • the first connection section 66a merges into a first section 66b inclined to the axial and circumferential direction, which connects the first connection section 66a to a first axially aligned section 66c of the winding element 66 which is inserted in a groove 15.
  • Section 66c merges into a second axis and circumferential inclined portion 66d which further merges into a first turnaround portion 66e.
  • a third section 66f inclined to the axial and circumferential direction branches off and connects the first reversing section 66e to a second section 66g inserted in a groove 15. This second in the
  • Groove 15-inserted portion 66g is connected to a fourth to the axial and circumferential direction inclined portion 66h, which is connected to the second connecting portion 66z.
  • the reversal shape of the winding element 66 shown here is constructed with a reversing section 66e. It is also conceivable here in principle that the reversal of the winding element 66 can be performed not only with one, but with three or any other odd number of turnarounds, all connecting portions are arranged on a winding head page. It is in principle also possible to carry out the reversal shape of the winding element with an even number of reversing sections, in which case connecting sections are arranged on both end winding sides.
  • the reversal shape of the winding element 66 is arranged in a radial position in this example.
  • the number of radial layers of the reversal shape of the winding element 66 is usually one.
  • the reversal form occupies the radially innermost layer, since such a simple assembly can be ensured.
  • the first inclined portion 66b, the first in-slot portion 66c, the second inclined portion 66d, the first turn-up portion 66e, the third inclined portion 66f, the second in FIG a groove inserting portion 66g and the fourth inclined portion 66h arranged.
  • the first connecting portion 66a initially overlaps portions of the second and third radial layers and then extends completely in the third radial position.
  • the second connecting portion 66z initially fully extends in the third radial position and then overlaps portions of the third and second radial positions.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of the required for a complete stator winding second terminal form of a winding element for odd numbers of conductors 67.
  • This terminal shape is used to provide an electrical connection for interconnecting the string winding, or for contacting the rectifier available.
  • This connection is preferably arranged on the electronics side winding head page 46.
  • To form a complete strand winding at least two terminal forms of the winding elements 65, 67 are required, each for strand winding start and strand winding end.
  • the first connection form of the winding element 67 corresponds for the most part to a shortened construction of the first basic shape of the winding element 64.
  • connection form of the winding element 67 is for realizing a winding with three conductors in each groove, the narrow sides of the conductor cross-sections facing each other and the broad sides of the conductor cross-sections of the groove wall opposite.
  • Each connection form of the winding element 67 consists of at least one essentially axially aligned first connecting section 67a, which serves to make contact with two radially adjacent connecting sections 64z, 67a.
  • the first connection section 67a merges into a first section 67b inclined to the axial and circumferential direction, which connects the first connection section 67a to a first axially aligned section 67c of the winding element 67 that is inserted in a groove 15.
  • Portion 67c transitions to a second axially and circumferentially inclined portion 67d, which further passes into a terminal portion 67y.
  • the second connection form of the winding element 67 shown here is constructed with no reversing section. It is also conceivable here in principle that the Terminal shape of the winding element 67 is performed with two or with each other even number of turnarounds to adapt the winding to a higher odd number of conductors in the groove.
  • the terminal shape of the winding element 67 is housed in this example in only one radial position.
  • the number of radial layers of the second connection form of the winding element 67 is usually one.
  • the first inclined portion 67b, the first in-slot portion 67c, the second inclined portion 67d, and the terminal portion 67y are disposed in the radially first position.
  • the first connection portion 67a initially overlaps portions of the second and first radial layers and then extends completely in the first radial position.
  • connection section 67y extends essentially over the first radial position, but can change from the first radial position into another radial position for better interconnection of the strand windings
  • FIG. 13 shows a schematic representation of the course of a strand winding in the stator core. Shown here is a package with ninety-six slots, in which six string windings are arranged. The runner has sixteen poles in this case. Because of the schematic nature of the representation in FIG. 6, the other five strand windings are not shown for the sake of clarity. It is possible to adapt the invention presented herein to any strand winding number and number of poles, e.g. a stand package with sixty grooves and five strand windings and a runner with twelve poles.
  • Continuous connections are arranged on the electronics side winding head. Dashed connections are arranged on the drive-side winding head.
  • the strand winding 70 is composed of a first terminal form of the winding element 65, seven first basic shapes of the winding element 63, a reversal shape of the winding element 66, seven further second Basic forms of the winding element 64 and a second terminal form of the winding element 67, which are all connected in series according to the order listed.
  • the stator core is passed through by this strand winding 70 once in and once against a first circumferential direction, all groove positions being assigned to all of these strand windings
  • the strand windings 71, 72, 73, 74, 75 are constructed identically to the illustrated strand winding 70 and are offset from the illustrated strand winding 70 by a predetermined number of slots in the circumferential direction.
  • the slot offset results in this example in a phase difference of electrically 30 °, or a multiple of electrically 30 ° between the strand windings 70, 71, 72, 73, 74, 75th
  • FIG. 14 shows a preliminary layer of the basic shape of a winding element 60 wound essentially in one plane.
  • the connecting sections 60a, 60z are arranged as precursors 60 ' a, 60 ' z in the same plane.
  • the portions located in the first groove position, namely, the first inclined portion 60b, the first groove-engaging portion 60c, and the second inclined portion 60d together form a first straight portion 60 ' b, 60 ' c, 60 ' d in this preliminary stage.
  • the portions located in the third groove position namely, the third inclined portion 6Of, the second groove-inserted portion 60g, and the fourth inclined portion 60h together form a second straight line in this preliminary stage
  • the portions located in the second groove position namely, the fifth inclined portion 6Oj, the third groove-engaging portion 60k, and the sixth inclined portion 601 together form a third straight line in this preliminary stage
  • the portions located in the fourth groove position namely, the seventh inclined portion 6On, the fourth groove-fitting portion 6Oo, and the eighth inclined portions 60p together in this preliminary stage form a fourth straight section 60 ' n, 60 ' o, 60 ' p.
  • the inversion sections 6Oe, 6Oi, 60m each form in this precursor a curved section 60 ' e, 60 ' i, 60 ' m, the curved sections
  • the precursor of the winding element 60 ' is brought in a further manufacturing step in a first spatial form in which the later first and third in-grooves section 60 ' c, 60 ' k opposite the later second and fourth in-slot section 60 ' g, 60 ' o is pulled apart perpendicular to the winding plane by substantially one pole pitch, wherein the later in-slots portions 60 ' c, 60 ' k, 60 ' g, 60 ' o remain straight.
  • FIG. 15 shows a device 80, 81 for the inventive manufacturing method for a winding element for joining into an annular laminated core.
  • the device is composed of two nested and circumferentially against each other rotatable cylinder or cylinder segments 80,81.
  • the inner cylinder or the inner cylinder segment 80 has grooves in the outer region, in which the precursors of the later inner groove sections 60 ' o, 60 ' g are inserted.
  • the outer cylinder or the outer cylinder segment 81 has grooves in the interior, into which the precursors of the later outer groove sections 60 ' c, 60 ' k are inserted.
  • the resulting winding elements 60 are suitable to be inserted into a round stator core with radially inwardly open grooves, since the sections of the winding elements inserted in the grooves are aligned in the radial direction.
  • the first basic shape of the winding element for three conductors in the groove 63 can be produced, in which by an additional manufacturing step, the intervening in different grooves sections of the winding to each other a groove position are radially offset.
  • FIG. 16 shows a device 82, 83 for the manufacturing method according to the invention for a winding element for joining into a cuboid laminated core.
  • the device is called from two superimposed, cuboid device parts in the following upper and lower part 82,83.
  • the top 82 has on the
  • the lower part 83 has grooves on the upper side.
  • the device parts 82,83 are mutually displaceable three-dimensionally.
  • the later inner groove portions 60 O, 60 ' g are inserted and inserted into the grooves of the lower part 83, the later outer groove portions 60 ' c, 60 ' k.
  • the upper part is displaced against the lower part in the direction of the arrows by approximately one pole pitch.
  • the resulting winding elements 60 are suitable to be inserted into a cuboid laminated core with open to one side grooves, wherein the groove openings after bending the cuboid
  • the first basic shape of the winding element for three conductors in the groove 63 can be made in which by an additional manufacturing step, the in different grooves portions of the winding element to each other by a groove position be offset in the groove depth direction.
  • the winding elements 60 provided for joining in a cuboid laminated core are aligned parallel with their slots in the grooves in the groove depth direction.
  • a cuboid laminated core loaded with all winding elements is bent into a round shape, so that the two
  • the connecting sections of the winding elements are materially connected to one another, for example by welding, and thus the strand windings are produced.
  • a protective layer applied to the welded connection sections protects against corrosion and serves as an electrical insulator.
  • Sections of a winding element are insulated together.
  • An overlapping region of the insulation can be arranged along the groove walls or between the sections of two winding elements which are inserted in the grooves. It is advantageous if the insulation adheres to the sections of the winding elements that are inserted in the slots.
  • FIG. 17 and FIG. 18 show a detail of a perspective view of a stator 16 according to the invention.
  • the orientation of the broad side of the conductor cross-section in the region of the sections 60c, 60g, 60k, 60o lying in the slots is parallel to the slot depth direction and in the region of the connecting sections 60a, 60z in FIG circumferential direction.
  • the turnaround portions 6Oi effect a change of the radial groove position of the groove-engaging portions 60c, 60g, 60k, 60O from a first groove 15 to a second associated groove 15.
  • the portions arranged outside the laminated core 17 and the winding heads 45, 46 thus forming portions 60a , 60b, 6Od, 6Oe, 6Of, 60h, 6Oi, 6Oj, 601, 60m, 6On,
  • 60p, 60z are spaced apart from one another and form defined passage openings through the winding head 45, 46, which guide the radial flow of cooling air.
  • a winding element of the stator winding has at least one slot-in section with a groove-dependent position the groove shape adapted cross-section has, for example, applies to sections that are based on original round wire and embossed ..
  • the groove shape should be rectangular. This leads to a high slot fill factor with a rectangular wire cross section, so that the ohmic strand winding resistance is reduced.
  • the total number of winding elements contained in a stand at least equal to the number of slots of the stator.
  • the number of slots in slots 15 is an even or odd number.
  • Each strand winding contains, based on the types of winding elements used, at least one basic shape and one terminal shape of the winding element. This applies, for example, when the strand winding is oriented only in a circumferential direction.

Landscapes

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Abstract

Ein Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenerator für ein Kraftfahrzeug, mit einem Nord- und Süd-Pole aufweisenden Läufer (20), insbesondere mit sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfingern (24, 25), die sich am Umfang des Läufers (20) als Nord- und Süd-Pole abwechseln, einem Ständer (16), der einen magnetischen Kern, insbesondere Blechpaket (17), mit Nuten (15) und eine in den Nuten (15) des Magnetkerns angeordnete Ständerwicklung (18) aufweist, wobei die Ständerwicklung (18) Wickelköpfe (45, 46) aufweist, die durch je einen näherungsweise radialen Luftstrom kühlbar sind, der von zumindest einem am Läufer (20) angebrachten Lüfter (30) verursacht wird, wobei der Ständer (16) dem Läufer (20) gegenübersteht und wobei der Ständer (16) und der Läufer (20) definiert zueinander positioniert sind, wobei die mehrphasige Ständerwicklung (18) aus Wicklungselementen (60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67) besteht, wobei mindestens ein Wicklungselement mehr als zwei in Nuten einliegende Abschnitte aufweist und wobei zumindest ein Wicklungselement (60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67) mehr als einen Umkehrabschnitt aufweist, der einen Wechsel der Radiallage bewirkt.

Description

Beschreibung
Titel
Wechselstromgenerator mit einem Ständer und einer in Ständernuten einliegenden Ständerwicklung aus Wicklungselementen sowie ein Verfahren zur Herstel- lung eines erfindungsgemäßen Ständers
Die Erfindung betrifft verschiedene Formen von Wicklungselementen zur Herstellung einer Wicklung für eine elektrische Maschine insbesondere für einen mehrsträngigen Kfz-Generator mit Klauenpolläufer und im Gehäuse liegenden Lüftern.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Ständerwicklungen mit ungeordnetem Drahtver- lauf in den Wickelköpfen bekannt, die beispielsweise dadurch entstehen, dass mehrere einzelne, insbesondere einschichtige Strangwicklungen einzeln nacheinander in ein Blechpaket gefügt werden, z. B. durch Einziehtechnik in ein ringförmiges Blechpaket oder mittels Einlegetechnik in ein quaderförmiges Blechpaket. Die Drahtverläufe der einzelnen Spulenköpfe, der aus vielen Drähten aufge- bauten Wicklung, kreuzen sich im Wickelkopf. Die Drähte sind dadurch berührend aneinander angeordnet und nicht zueinander beabstandet, sodass die Kühlluft die Wickelköpfe nicht durchströmt, sondern nur in ihrer Gesamtheit umströmen kann und somit nur die Grenzschicht des Wickelkopfhüllkörpers gestreift wird. Diese ungeordneten Wicklungen verursachen beidseitig große Wickelkopf- abmessungen.
Es sind auch Ständerwicklungen mit strukturierten Wickelköpfen bekannt, die deutlich kompakter ausgeführt sind. Mit der Steckwickeltechnik werden im Wesentlichen U-förmige Leiterabschnitte von einer ersten Paketstirnseite in Nuten eines Blechpaketes axial eingesteckt, wobei anschließend die freien Enden des U-förmigen Leiterabschnitts auf der der ersten Paketstirnseite gegenüberliegenden Paketstirnseite zunächst in eine gewünschte Form beziehungsweise Position im wesentlichen tangential verschwenkt beziehungsweise gebogen und anschließend jeweils mit einem Ende eines anderen Leiterabschnittes beispielswei- se durch Schweißen verbunden werden. Hier ergeben sich Vorteile im Hinblick auf die Baulänge des Generators, das Gesamtgewicht und die Ohmschen Verluste im verwendeten Kupferdraht. Nachteilig dabei sind eine große Anzahl von Verbindungsstellen, was vor allem bei kleinen Bauformen von elektrischen Maschinen hohe räumliche Anforderungen an die Verbindungstechnik in Bezug auf das Verschwenken und/oder das Verschweißen stellt, die Herstellzeit verlängert und Kosten erhöht.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenerator für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, mit einem Nord- und Süd-Pole aufweisenden Läufer, insbesondere mit sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfingern, die sich am Umfang des Läufers als Nord- und Süd-Pole abwechseln, einem Ständer, der einen magnetischen Kern, insbe- sondere Blechpaket, mit Nuten und eine in den Nuten des Magnetkerns angeordnete Ständerwicklung aufweist, wobei die Ständerwicklung Wickelköpfe aufweist, die durch je einen näherungsweise radialen Luftstrom kühlbar sind, der von zumindest einem am Läufer angebrachten Lüfter verursacht wird, wobei der Ständer dem Läufer gegenübersteht und wobei der Ständer und der Läufer defi- niert zueinander positioniert sind, wobei die mehrphasige Ständerwicklung aus
Wicklungselementen besteht, wobei mindestens ein Wicklungselement mehr als zwei in Nuten einliegende Abschnitte aufweist und wobei zumindest ein Wicklungselement mehr als einen Umkehrabschnitt aufweist, der einen Wechsel der Radiallage bewirkt.
Vorteile sind:
- der Verbindungsaufwand der einzelnen Wicklungselemente geringer
- durch eine geringere Anzahl von Wickelkopfverbindungen (Schweißstellen) sind weniger Wicklungsteile abgedeckt durch Korrosionsschutz und damit ist die Küh- lung verbessert. - einfache Herstellbarkeit der Wicklungselemente
- reduzierte Montagezeit der Wicklungselemente im Paket, im Vergleich zu Haarnadeln mit zwei in der Nut einliegenden Abschnitten
- Kühlung durch im Wickelkopf beabstandete Abschnitte und Isolationsgüte ver- bessert durch Erhöhung der Isolationsabstände (Luftstrecke)
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt die:
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem Klauenpolläufer,
Figur 2 bis 7 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wicklung, ihrer Wicklungselemente und einen schematisch dargestellten Ständer mit Wicklung.
Figur 2 zeigt dabei eine perspektivische Darstellung einer Grundform ei- nes Wicklungselements,
Figur 3 eine schematische Darstellung der Grundform des Wicklungselements,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Anschlussform des Wicklungselements,
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Umkehrform des Wicklungselements,
Figur 6 eine schematische Darstellung des Verlaufs einer Strangwicklung in den Nuten eines Ständerpakets, Figur 7 ein Schaltschema eines Wechselstromgenerators mit zwei unabhängigen Drehstromsystemen, die auf zwei nachgeordnete Gleichrichter verschaltet sind und
Figur 8 bis 13 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wicklung, ihrer Wicklungselemente und einen schematisch dargestellten Ständer mit Wicklung.
Figur 8 eine schematische Darstellung einer ersten Grundform des Wick- lungselements für ungerade Leiterzahlen,
Figur 9 eine schematische Darstellung einer zweiten Grundform des
Wicklungselementes für ungerade Leiterzahlen,
Figur 10 eine schematische Darstellung einer ersten Anschlussform des
Wicklungselementes für ungerade Leiterzahlen,
Figur 11 eine schematische Darstellung einer Umkehrform des Wicklungselements,
Figur 12 eine schematische Darstellung einer zweiten Anschlussform des
Wicklungselementes für ungerade Leiterzahlen,
Figur 13 eine schematische Darstellung des Verlaufs einer Strangwick- lung in den Nuten eines Ständerpakets für ungerade Leiterzahlen,
Figur 14 eine perspektivische Darstellung einer ebenen Vorstufe eines
Wicklungselementes,
Figur 15 eine zylindrische Vorrichtung zur Herstellung der räumlichen
Struktur von Wicklungselementen,
Figur 16 eine quaderförmige Vorrichtung zur Herstellung der räumlichen Struktur von Wicklungselementen, Figur 17 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines erfin- dungsgemäßen Ständers,
Figur 18 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines erfindungsgemäßen Ständers
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Wechselstromgenerator 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 Ständer 16 auf, mit einem kreisringförmigen Blechpaket 17 als magnetischen Kern, in dessen nach radial innen offene und sich axial erstreckende rechteckförmige Nuten 15 eine Ständerwicklung 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 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 Läufer 20 derart angeordnet, dass ihre sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfinger 24, 25 am Umfang des Läufers 20 einander als Nord- und Süd-Pole abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Klauenpolzwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25, welche wegen der sich zu ihren freien Enden hin verjüngenden Klauenpolfinger 24 und 25 leicht schräg zur Maschinenachse verlaufen. Für die folgende Beschreibung der Erfindung 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 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Durchströmen, bzw. nach dem Umströmen der Wickelköpfe einen Weg radial nach außen durch nicht dargestellte Öffnungen in den Lagerschilden 13.1 und 13.2. Die Wickelköpfe sind die außerhalb des Magnetkerns liegenden Wicklungsteile. 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. Der Erregerstrom wird von einem Spannungsregler so eingestellt, dass eine konstante Bordnetzspannung vorliegt. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Kühlkörper für die Plusdioden des Gleichrichters wirkt. Als Kühlkörper für die Minusdioden des Gleichrichters wirkt hier das Lagerschild 13.2. Es ist auch üblich, dass die Minusdioden in einem separaten Kühlkörper angeordnet sind. 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 eines Gleichrichters 19 im Kühlkörper 53 in Form einer
Brückenschaltung miteinander verbindet.
In Fig. 2 zeigt eine mögliche Grundform eines Wicklungselementes 60 für eine Realisierungsform einer Wicklung mit vier Leitern in jeder Nut, wobei die schma- len Seiten der Leiterquerschnitte einander gegenüberliegen und die breiten Seiten der Leiterquerschnitte den hier nicht dargestellten Nutwänden gegenüberliegen. Die Leiter sind in der Nut in vier radialen Nutlagen angeordnet, wobei die radial äußerste Nutlage als Nutlage eins und die radial innerste Nutlage als Nutlage vier bezeichnet wird. Jedes Wicklungselement 60 besteht aus zumindest ei- nem im wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 60a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbarter Verbindungsabschnitte 60a, 60z, 62a, 62z dient. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Breitseite des Leiterquerschnittes im Bereich der Verbindungsabschnitte parallel oder im wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet ist, da hierdurch die Kontaktierungsfläche ver- größert wird. Die Kontaktierung erfolgt stoffschlüssig, zum Beispiel durch Schweißen, Löten oder andere Verfahren zur elektrischen Kontaktierung erfolgen.
Der erste Verbindungsabschnitt 60a geht über in einen ersten zur Achs- und Um- fangsrichtung geneigten Abschnitt 60b, der den ersten Verbindungsabschnitt 60a mit einem ersten axial ausgerichteten und in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 60c des Wicklungselementes 60 verbindet. Der in einer ersten Nut einliegende, erste Abschnitt 60c geht über in einen zweiten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 6Od, der weiter übergeht in einen ersten Umkehrabschnitt 6Oe. Vom ersten Umkehrabschnitt 6Oe geht ein dritter zur Achs- und Umfangsrichtung geneigter Abschnitt 6Of ab und verbindet den ersten Umkehrabschnitt 6Oe mit einem zweiten, in einer zweiten Nut 15 einliegenden Abschnitt 60g. Dieser zweite in der Nut 15 einliegende Abschnitt 60g ist mit einem vierten zur Achsund Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 60h verbunden, der in einen zweiten Umkehrabschnitt 6Oi übergeht, der weiter über einen fünften zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 6Oj mit einem dritten, in der ersten Nut einliegenden Abschnitt 60k des Wicklungselementes 60 verbunden ist. Der dritte in der Nut einliegende Abschnitt 60k ist über einen sechsten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 601 mit einem dritten Umkehrabschnitt 60m verbunden. Der dritte Umkehrabschnitt 60m ist über einen siebten zur Achs- und
Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 6On mit einem vierten, in der zweiten Nut einliegenden Abschnitt 6Oo verbunden. Der vierte in der Nut einliegende Abschnitt 6Oo ist über einen achten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 60p weiter mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 60z des Wicklungsele- mentes verbunden.
Die hier dargestellte Grundform des Wicklungselementes ist mit drei Umkehrabschnitten 6Oe, 6Oi, 60m aufgebaut. Weiterhin ist auch vorstellbar, dass die Grundform des Wickelungselements 60 mit zwei oder mehr als drei Umkehrab- schnitten ausgeführt wird, in dem die Anzahl von Schleifen eines Wicklungselementes erniedrigt oder erhöht wird.
Bei zwei oder bspw. vier Umkehrabschnitten sind aneinander angrenzende Wicklungselemente jedoch dann beiderseits des Blechpakets 17 miteinander zu kon- taktieren, was mit einem höheren Maschinen- und Arbeitsaufwand verbunden ist. Das Wicklungselement nimmt in diesem Beispiel vier unterschiedliche radiale Lagen ein, wobei die Position der Leiter in den Wickelköpfen durch eine Radiallage und die Position der Leiter in den Nuten 15 durch eine radiale Nutlage ge- kennzeichnet wird und die Radialpositionen von Nut- und Radiallage einander entsprechen. Die in den Nuten einliegenden Abschnitte bilden eine radiale Reihe und sind daher besser handhabbar, da die Abschnitte geordnet vorliegen.
Die Anzahl der Radiallagen und die der radialen Nutlagen entspricht üblicherwei- se der Anzahl der Leiter in einer Nut, bei einreihiger Anordnung der Leiter radial übereinander. Vom Wicklungselement 60 sind in der radial ersten Lage der erste geneigte Abschnitt 60b, der erste in der Nut einliegende Abschnitt 60c und der zweite geneigte Abschnitt 6Od angeordnet. Das Wicklungselement 60 belegt in einer ersten Nut 15 die erste Nutlage und in der dem Wicklungselement 60 zu- gehörigen zweiten Nut, die von der ersten in Umfangsrichtung um im Wesentlichen eine Polteilung beabstandet ist, die dritte Nutlage. Der Wechsel in der Nutlage wird durch den ersten Umkehrabschnitt 6Oe bewirkt. In der radial dritten Lage sind der dritte geneigte Abschnitt 6Of, der zweite in einer Nut einliegende Abschnitt 60g und der vierte geneigte Abschnitt 60h angeordnet. Der zweite Um- kehrabschnitt 6Oi bewirkt einen Nutlagenwechsel von der dritten Nutlage der zweiten Nut 15 in die zweite Nutlage der ersten Nut 15. In der radial zweiten Lage sind der fünfte geneigte Abschnitt 6Oj, der dritte in einer Nut einliegende Abschnitt 60k und der sechste geneigte Abschnitt 601 angeordnet. Der dritte Umkehrabschnitt 60m bewirkt einen Nutlagenwechsel von der zweiten Nutlage der ersten Nut in die vierte Nutlage der zweiten Nut. In der radial vierten Lage sind der siebte geneigte Abschnitt 6On, der vierte in einer Nut einliegende Abschnitt 6Oo und der achte geneigte Abschnitt 60p angeordnet.
Der erste Verbindungsabschnitt 60a erstreckt sich über die zweite und erste Ra- diallage. Der zweite Verbindungsabschnitt 60z erstreckt sich über die vierte und dritte Radiallage.
Der Wechsel der Radiallagen in ungeraden Umkehrabschnitten ist größer als in geraden Umkehrabschnitten. Dadurch besitzt das Wicklungselement eine kreu- zungsfreie Drahtführung im Wickelkopf, die Drähte sind im Wickelkopf weitgehend beabstandet, die Kühlung ist dadurch verbessert.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des unter Figur 2 beschriebenen Wicklungselementes.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der für eine komplette Ständerwicklung benötigten Anschlussform eines Wicklungselementes 61. Diese Anschlussform dient dazu einen elektrischen Anschluss zur Verschaltung der Strangwicklung, bzw. zum Kontaktieren des Gleichrichters zur Verfügung zu stellen. Dieser Anschluss ist vorzugsweise auf der elektronikseitigen Wickelkopfseite 46. Zur Bildung einer kompletten Strangwicklung werden mindestens zwei Anschlussformen des Wicklungselements 61 benötigt, jeweils für den Strangwicklungsanfang und das Strangwicklungsende.
Die Anschlussform des Wicklungselementes entspricht zum größten Teil einem verkürzten Aufbau der Grundform.
Die dargestellte Anschlussform 61 des Wicklungselements ist für eine Realisie- rung mit vier Leitern in jeder Nut vorgesehen, wobei die schmalen Seiten der Leiterquerschnitte einander gegenüberliegen und die breiten Seiten der Leiterquerschnitte der Nutwand gegenüberliegen. Jede Anschlussform des Wicklungselementes 61 besteht aus zumindest einem im Wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 61a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbar- ter Verbindungsabschnitte 61a, 60z dient.
Der erste Verbindungsabschnitt 61a geht über in einen ersten zur Achs- und Um- fangsrichtung geneigten Abschnitt 61b, der den ersten Verbindungsabschnitt 61a mit einem ersten axial ausgerichteten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 61c des Wicklungselements 61 verbindet. Der in einer ersten Nut einliegende, erste
Abschnitt 61c geht über in einen zweiten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 61d der weiter übergeht in einen ersten Umkehrabschnitt 61e. Vom ersten Umkehrabschnitt 61e geht ein dritter zur Achs- und Umfangsrichtung geneigter Abschnitt 61f ab und verbindet den ersten Umkehrabschnitt 61e mit ei- nem zweiten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 61g. Dieser zweite in der Nut 15 einliegende Abschnitt 61g ist mit einem vierten zur Achs- und Umfangs- richtung geneigten Abschnitt 61h verbunden, der in einen zweiten Umkehrabschnitt 61i übergeht, der weiter über einen fünften zur Achs- und Umfangsrich- tung geneigten Abschnitt 61j mit einem dritten in der ersten Nut einliegenden Ab- schnitt 61k des Wicklungselements 61 verbunden ist. Der dritte in der Nut einliegende Abschnitt 61k ist über einen sechsten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 611 mit dem Anschlussabschnitt 61y verbunden.
Die hier dargestellte Anschlussform des Wicklungselements 61 ist mit zwei Um- kehrabschnitten 61e, 61i aufgebaut. Es ist hier prinzipiell auch vorstellbar, dass die Anschlussform des Wicklungselement 61 mit einem, zwei oder mehr Umkehrabschnitten 61e, 61i ausgeführt wird.
Die Anschlussform des Wicklungselements 61 ist in diesem Beispiel in drei radia- Ie Lagen unterteilt.
Die Anzahl der radialen Lagen der Anschlussform des Wicklungselements 61 ist üblicherweise um eins kleiner als die Anzahl der Leiter in einer Nut 15. Von der Anschlussform des Wicklungselementes 61 sind in der radial ersten Lage der erste geneigte Abschnitt 61b, der erste in der Nut einliegenden Abschnitt 61c und der zweite geneigte Abschnitt 61d angeordnet. Die Anschlussform des Wicklungselementes 61 belegt in einer ersten Nut 15 die erste Nutlage und in der dem Wicklungselement 61 zugehörigen zweiten Nut 15, die von der ersten in Umfangsrichtung um im Wesentlichen eine Polteilung beabstandet ist, die dritte Nut- läge. Der Wechsel in der Nutlage wird durch den ersten Umkehrabschnitt 61e bewirkt. In der radial dritten Lage sind der dritte geneigte Abschnitt 61f, der zweite in einer Nut einliegende Abschnitt 61g und der vierte geneigte geneigte Abschnitt 61h angeordnet. Der zweite Umkehrabschnitt 61i bewirkt ein Nutlagenwechsel von der dritten Nutlage der zweiten Nut 15 in die zweite Nutlage der ers- ten Nut 15. In der radial zweiten Lage sind der fünfte geneigte Abschnitt 61j, der dritte in einer Nut einliegende Abschnitt 60k der sechste geneigte Abschnitt 611 und der Anschlussabschnitt 61y angeordnet. Der erste Verbindungsabschnitt 61a erstreckt sich über die zweite und erste Radiallage. Der Anschlussabschnitt 61y erstreckt sich im wesentlich über die dritte Radiallage, kann aber zur besseren Verschaltung der Strangwicklungen, von der dritten Nutlage in eine andere Nutlage wechseln.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung der für eine komplette Ständer- wicklung benötigten Umkehrform eines Wicklungselementes 62. Die Umkehrform eines Wicklungselementes 62 dient dazu, Grundformen der Wicklungselemente 60 mit um elektrisch 180° versetzten Grundformen 60 in Reihe zu schalten. Hierbei wird der aus einer ersten Umfangsrichtung kommende Strangwicklungsverlauf umgekehrt und entgegen der ersten Umfangsrichtung fortgesetzt. Zur BiI- düng einer kompletten Strangwicklung wird mindestens eine Umkehrform des
Wicklungselements 62 benötigt. Diese Umkehrform eines Wicklungselementes 62 hat mindestens einen Umkehrabschnitt 62e, der zwei in Nuten einliegende Abschnitte 62c, 62g in gleicher Nutlage verbindet.
Die dargestellte Umkehrform des Wicklungselements 62 ist für eine Realisierung mit vier Leitern in jeder Nut vorgesehen, wobei die schmalen Seiten der Leiterquerschnitte einander gegenüberliegen und die breiten Seiten der Leiterquerschnitte der Nutwand gegenüberliegen. Jede Umkehrform des Wicklungselements 62 besteht aus zumindest einem im Wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 62a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbarter Verbindungsabschnitte 62a, 60a dient.
Der erste Verbindungsabschnitt 62a geht über in einen ersten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 62b, der den ersten Verbindungsabschnitt 62a mit einem ersten axial ausgerichteten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 62c des Wicklungselements 62 verbindet. Der in einer ersten Nut einliegende, erste Abschnitt 62c geht über in einen zweiten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 62d, der weiter übergeht in einen ersten Umkehrabschnitt 62e. Vom ersten Umkehrabschnitt 62e geht ein dritter zur Achs- und Umfangsrichtung geneigter Abschnitt 62f ab und verbindet den ersten Umkehrabschnitt 62e mit einem zweiten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 62g. Dieser zweite in der Nut 15 einliegende Abschnitt 62g ist mit einem vierten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 62h verbunden, der mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 62z verbunden ist. Die hier dargestellte Umkehrform des Wicklungselements 62 ist mit einem Umkehrabschnitt 62e aufgebaut. Es ist hier prinzipiell auch vorstellbar, dass die Umkehrform des Wicklungselementes 61 nicht nur mit einem, sondern mit einer anderen ungeraden Zahl von Umkehrabschnitten ausgeführt werden kann, wobei alle Verbindungsabschnitte auf einer Wickelkopfseite angeordnet sind. Es ist prinzipiell auch möglich, die Umkehrform des Wicklungselementes mit einer geraden Zahl von Umkehrabschnitten auszuführen, wobei dann Verbindungsabschnitte auf beiden Wickelkopfseiten angeordnet sind.
Die Umkehrform des Wicklungselementes 62 ist in diesem Beispiel in einer radialen Lage angeordnet.
Die Anzahl der radialen Lagen der Umkehrform des Wicklungselements 62 ist üblicherweise eins. Vorzugsweise belegt die Umkehrform die radial innerste La- ge, da so eine einfache Montage sichergestellt werden kann. Von der Umkehrform des Wicklungselementes 62 sind also in der radial vierten Lage der erste geneigte Abschnitt 62b, der erste in der Nut einliegenden Abschnitt 62c, der zweite geneigte Abschnitt 62d, der erste Umkehrabschnitt 62e, der dritte geneigte Abschnitt 62f, der zweite in einer Nut einliegende Abschnitt 62g und der vierte geneigte Abschnitt 62h angeordnet.
Der erste Verbindungsabschnitt 62a erstreckt sich über die dritte und vierte Radiallage. Der zweite Verbindungsabschnitt 62z erstreckt sich im Wesentlichen über die vierte und dritte Radiallage.
Die Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufes einer Strangwicklung im Ständerpaket. Hier dargestellt ist ein Paket mit sechsundneunzig Nuten, in denen an sich sechs Strangwicklungen angeordnet sind. Der Läufer hat in diesem Fall sechzehn Pole. Wegen des schematischen Charakters der Darstellung in Figur 6 sind der Übersichtlichkeit wegen die anderen fünf Strangwicklungen nicht dargestellt. Es ist möglich, die hier dargestellte Erfindung auf jede beliebige Strangwicklungszahl und Polzahl anzupassen, z.B. ein Ständerpaket mit sechzig Nuten und fünf Strangwicklungen und einem Läufer mit zwölf Polen. Durchgezogene Verbindungen sind auf dem elektronikseitigen Wickelkopf angeordnet. Gestrichelt dargestellte Verbindungen sind auf dem antriebsseitigen Wickelkopf angeordnet.
Die Strangwicklung 70 setzt sich zusammen aus einer Anschlussform des Wicklungselementes 61, sieben Grundformen des Wicklungselementes 60, einer Umkehrform des Wicklungselementes 62, sieben weiteren Grundformen des Wicklungselementes und einer weiteren Anschlussform des Wicklungselementes, die alle entsprechend der aufgeführten Reihenfolge in Serie geschaltet sind. Hier- durch wird das Ständerpaket von dieser Strangwicklung 70 einmal in und einmal entgegen einer ersten Umfangsrichtung durchschritten, wobei alle Nutpositionen von allen dieser Strangwicklung zugeordneten Nuten besetzt werden.
Die in Figur 6 nicht dargestellten Strangwicklungen 71, 72, 73, 74, 75 sind iden- tisch zu der dargestellten Strangwicklung 70 aufgebaut und gegenüber der dargestellten Strangwicklung 70 um eine festgelegte Nutzahl in Umfangsrichtung versetzt. Durch diesen Nutversatz ergibt sich in diesem Beispiel ein Phasenwinkel von elektrisch 30°, oder einem Vielfachen von elektrisch 30° zwischen den Strangwicklungen 70, 71, 72, 73, 74, 75.
Dem zu Folge ist ein Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenerator für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, mit einem Nord- und Süd-Pole aufweisenden Läufer 20, insbesondere mit sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfin- gern 24, 25, die sich am Umfang des Läufers 20 als Nord- und Süd-Pole ab- wechseln, einem Ständer 16, der einen magnetischen Kern, insbesondere
Blechpaket 17, mit Nuten 15 und eine in den Nuten 15 des Magnetkerns angeordnete Ständerwicklung 18 aufweist, wobei die Ständerwicklung 18 Wickelköpfe 45, 46 aufweist, die durch je einen näherungsweise radialen Luftstrom kühlbar sind, der von zumindest einem am Läufer 20 angebrachten Lüfter 30 verursacht wird, wobei der Ständer 16 dem Läufer 20 gegenübersteht und wobei der Ständer 16 und der Läufer 20 definiert zueinander positioniert sind, wobei die mehrphasige Ständerwicklung 18 aus Wicklungselementen 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 besteht, wobei mindestens ein Wicklungselement mehr als zwei in Nuten einliegende Abschnitte aufweist und wobei zumindest ein Wicklungselement 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 mehr als einen Umkehrabschnitt aufweist, der einen Wechsel der Radiallage bewirkt.
In Figur 7 ist ein Wechselstromgenerator 10 mit sechs Strangwicklungen 70, 71, 72, 73, 74, 75 anhand eines Schaltbildes dargestellt. Die sechs Strangwicklungen 70, 71, 72, 73, 74, 75 sind zu zwei unabhängigen Drehstromsystemen verschaltet, wobei jedes der unabhängigen Drehstromsysteme eine Sternschaltung aufweist, deren Strangwicklungen 70, 71, 72 - 73, 74, 75 am Sternpunkt einen Phasenunterschied von elektrisch 120° aufweisen. Die Sternschaltungen werden durch die Strangwicklungen Ul, Vl, Wl (70, 71, 72), bzw. U2, V2, W2 (73, 74,
75) gebildet. Die beiden unabhängigen Drehstromsysteme weisen einen Phasenunterschied von elektrisch 30° auf. Jedes der beiden Drehstromsysteme wird mit einem separaten B6- Brückengleichrichter 19.1, 19.2 verbunden, die gleich- spannungsseitig parallel geschaltet sind. Der Gleichrichter 19 setzt sich somit aus zwei parallel geschalteten Brückengleichrichtern 19.1, 19.2 zusammen.
Gleichspannungsseitig ist ein Spannungsregler 21 parallel zum Gleichrichter 19 geschaltet. Der Spannungsregler regelt durch Beeinflussung des Stromes, der durch die Erregerwicklung 51 fließt, die Spannung des Generators und damit des Bordnetzes. Das Bordnetz ist schematisch durch die Fahrzeugbatterie 31 und durch Fahrzeugverbraucher 32 dargestellt. Die Drehstromsysteme sind in so fern unabhängig, als dass die Wicklungen erst nach den beiden B6- Brückengleichrichtern 19.1 und 19.2 miteinander verbunden sind.
Die Figuren 8 bis 13 zeigen eine weitere Ausführungsform, zur Realisierung un- gerader Leiterzahlen in den Nuten.
Die Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Grundform eines Wicklungselementes 63 für eine Realisierungsform einer Wicklung mit drei Leitern in jeder Nut, wobei die schmalen Seiten der Leiterquerschnitte einander ge- genüberliegen und die breiten Seiten der Leiterquerschnitte den hier nicht dargestellten Nutwänden gegenüberliegen. Die Leiter sind in der Nut in drei radialen Nutlagen angeordnet, wobei die radial äußerste Nutlage als Nutlage eins und die radial innerste Nutlage als Nutlage drei bezeichnet wird. Die erste Grundform eines Wicklungselementes für ungerade Leiterzahlen 63 besteht aus zumindest ei- nem im Wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 63a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbarter Verbindungsabschnitte 63a, 63z, 66z dient. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Breitseite des Leiterquerschnittes im Bereich der Verbindungsabschnitte parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet ist, da hierdurch die Kontaktierungsfläche vergrößert wird. Die Kontaktierung erfolgt stoffschlüssig, zum Beispiel durch Schweißen, Löten oder andere Verfahren zur elektrischen Kontaktierung.
Der erste Verbindungsabschnitt 63a geht über in einen ersten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 63b, der den ersten Verbindungsabschnitt 63a mit einem ersten axial ausgerichteten und in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt
63c des Wicklungselementes 63 verbindet. Der in einer ersten Nut einliegende, erste Abschnitt 63c geht über in einen zweiten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 63d, der weiter übergeht in einen ersten Umkehrabschnitt 63e. Vom ersten Umkehrabschnitt 63e geht ein dritter zur Achs- und Umfangs- richtung geneigter Abschnitt 63f ab und verbindet den ersten Umkehrabschnitt
63e mit einem zweiten, in einer zweiten Nut 15 einliegenden Abschnitt 63g. Dieser zweite in der Nut 15 einliegende Abschnitt 63g ist mit einem vierten zur Achsund Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 63h verbunden, der in einen zweiten Umkehrabschnitt 63i übergeht, der weiter über einen fünften zur Achs- und Um- fangsrichtung geneigten Abschnitt 63j mit einem dritten, in der ersten Nut einliegenden Abschnitt 63k des Wicklungselementes 63 verbunden ist. Der dritte in der Nut einliegende Abschnitt 63k ist über einen sechsten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 631 mit einem dritten Umkehrabschnitt 63m verbunden. Der dritte Umkehrabschnitt 63m ist über einen siebten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 63n mit einem vierten, in der zweiten Nut einliegenden Abschnitt 63o verbunden. Der vierte in der Nut einliegende Abschnitt 63o ist über einen achten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 63p weiter mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 63z des Wicklungselementes verbunden.
Die hier dargestellte erste Grundform des Wicklungselementes für ungerade Leiterzahlen 63 ist mit drei Umkehrabschnitten 63e, 63i, 63m aufgebaut. Weiterhin ist auch vorstellbar, dass die Grundform des Wickelungselements 63 mit zwei oder mehr als drei Umkehrabschnitten ausgeführt wird, um die Wicklungsele- mente auf verschiedene ungerade Leiterzahlen in der Nut anzupassen. Dies wird dadurch erreicht, in dem die Anzahl von Schleifen eines Wicklungselementes erniedrigt oder erhöht wird. Bei zwei oder bspw. vier Umkehrabschnitten sind aneinander angrenzende Wicklungselemente jedoch dann beiderseits des Blechpakets 17 miteinander zu kontaktieren, was mit einem höheren Maschinen- und Arbeitsaufwand verbunden ist.
Das Wicklungselement nimmt in diesem Beispiel drei unterschiedliche radiale Lagen ein, wobei die Position der Leiter in den Wickelköpfen durch eine Radiallage und die Position der Leiter in den Nuten 15 durch eine radiale Nutlage ge- kennzeichnet wird und die Radialpositionen von Nut- und Radiallage einander entsprechen.
Die Anzahl der Radiallagen und die der radialen Nutlagen entspricht üblicherweise der Anzahl der Leiter in einer Nut, bei einreihiger Anordnung der Leiter radial übereinander. Vom Wicklungselement 63 sind in der radial ersten Lage der erste geneigte Abschnitt 63b, der erste in der Nut einliegende Abschnitt 63c und der zweite geneigte Abschnitt 63d angeordnet. Das Wicklungselement 63 belegt in einer ersten Nut 15 die erste Nutlage und in der dem Wicklungselement 63 zugehörigen zweiten Nut, die von der ersten in Umfangsrichtung um im Wesentli- chen eine Polteilung beabstandet ist, die zweite Nutlage. Der Wechsel in der Nutlage wird durch den ersten Umkehrabschnitt 63e bewirkt. In der radial zweiten Lage sind im wesentlichen der dritte geneigte Abschnitt 63f, der zweite in einer Nut einliegende Abschnitt 63g, der vierte geneigte Abschnitt 63h, der zweite Umkehrabschnitt 63i, der fünfte geneigte Abschnitt 63j, der dritte in einer Nut einlie- gende Abschnitt 63k und der sechste geneigte Abschnitt 631 angeordnet. Der zweite Umkehrabschnitt 63i bewirkt in diesem Fall keinen Nutlagenwechsel. Der dritte Umkehrabschnitt 63m bewirkt einen Nutlagenwechsel von der zweiten Nutlage der ersten Nut in die dritte Nutlage der zweiten Nut. In der radial dritten Lage sind der siebte geneigte Abschnitt 63n, der vierte in einer Nut einliegende Ab- schnitt 63o und der achte geneigte Abschnitt 63p angeordnet.
Der erste Verbindungsabschnitt 63a überdeckt anfangs Teile der zweiten und ersten Radiallage und erstreckt sich dann vollständig in der ersten Radiallage. Der zweite Verbindungsabschnitt 63z erstreckt sich anfangs vollständig über die dritte Radiallage und überdeckt dann Teile der zweiten und dritten Radiallage. Die Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Grundform eines Wicklungselementes 64 für eine Realisierungsform einer Wicklung mit drei Leitern in jeder Nut. Die zweite Grundform eines Wicklungselementes 64 für unge- rade Leiterzahlen besteht aus zumindest einem im Wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 64a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbarter Verbindungsabschnitte 64a, 64z, 66a dient. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Breitseite des Leiterquerschnittes im Bereich der Verbindungsabschnitte parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet ist, da hierdurch die Kontaktierungs- fläche vergrößert wird. Die Kontaktierung erfolgt stoffschlüssig, zum Beispiel durch Schweißen, Löten oder andere Verfahren zur elektrischen Kontaktierung.
Der erste Verbindungsabschnitt 64a geht über in einen ersten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 64b, der den ersten Verbindungsabschnitt 64a mit einem ersten axial ausgerichteten und in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt
64c des Wicklungselementes 64 verbindet. Der in einer ersten Nut einliegende, erste Abschnitt 64c geht über in einen zweiten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 64d, der weiter übergeht in einen ersten Umkehrabschnitt 64e. Vom ersten Umkehrabschnitt 64e geht ein dritter zur Achs- und Umfangs- richtung geneigter Abschnitt 64f ab und verbindet den ersten Umkehrabschnitt
64e mit einem zweiten, in einer zweiten Nut 15 einliegenden Abschnitt 64g. Dieser zweite in der Nut 15 einliegende Abschnitt 64g ist mit einem vierten zur Achsund Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 64h verbunden, der weiter mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 63z des Wicklungselementes verbunden ist.
Die hier dargestellte zweite Grundform des Wicklungselementes für ungerade Leiterzahlen 64 ist mit einem Umkehrabschnitt 64e aufgebaut. Weiterhin ist auch vorstellbar, dass die Grundform des Wicklungselementes 64 mit zwei oder mehr als zwei Umkehrabschnitten ausgeführt wird, um die Wicklungselemente auf ver- schiedene ungerade Leiterzahlen in der Nut anzupassen.
Das Wicklungselement nimmt in diesem Beispiel drei unterschiedliche radiale Lagen ein, wobei die Position der Leiter in den Wickelköpfen durch eine Radiallage und die Position der Leiter in den Paketnuten durch eine radiale Nutlage ge- kennzeichnet wird und die Radialpositionen von Nut- und Radiallage einander entsprechen.
Vom Wicklungselement sind in der radial ersten Lage der erste geneigte Ab- schnitt 64b, der erste in der Nut einliegende Abschnitt 64c und der zweite geneigte Abschnitt 64d angeordnet. Das Wicklungselement 64 belegt in einer ersten Nut 15 die erste Nutlage und in der dem Wicklungselement 64 zugehörigen zweiten Nut, die von der ersten in Umfangsrichtung um im Wesentlichen eine Polteilung beabstandet ist, die dritte Nutlage. Der Wechsel in der Nutlage wird durch den ersten Umkehrabschnitt 64e bewirkt. In der radial dritten Lage sind im Wesentlichen der dritte geneigte Abschnitt 64f, der zweite in einer Nut einliegende Abschnitt 64g und der vierte geneigte Abschnitt 64h.
Der erste Verbindungsabschnitt 64a überdeckt anfangs Teile der zweiten und ersten Radiallage und erstreckt sich dann vollständig in der ersten Radiallage.
Der zweite Verbindungsabschnitt 64z erstreckt sich anfangs vollständig über die dritte Radiallage und überdeckt dann Teile der zweiten und dritten Radiallage.
Die Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung der für eine komplette Stän- derwicklung benötigten ersten Anschlussform eines Wicklungselementes für ungerade Leiterzahlen 65. Diese Anschlussform dient dazu einen elektrischen An- schluss zur Verschaltung der Strangwicklung, bzw. zum Kontaktieren des Gleichrichters zur Verfügung zu stellen. Dieser Anschluss ist vorzugsweise auf der e- lektronikseitigen Wickel köpf seite 46 angeordnet. Zur Bildung einer kompletten Strangwicklung werden mindestens zwei Anschlussformen des Wicklungselements 65,67 benötigt, jeweils für den Strangwicklungsanfang und das Strangwicklungsende.
Die erste Anschlussform des Wicklungselementes 65 entspricht zum größten Teil einem verkürzten Aufbau der ersten Grundform des Wicklungselementes 63.
Die dargestellte Anschlussform des Wicklungselements 65 ist zur Realisierung einer Wicklung mit drei Leitern in jeder Nut vorgesehen, wobei die schmalen Seiten der Leiterquerschnitte einander gegenüberliegen und die breiten Seiten der Leiterquerschnitte der Nutwand gegenüberliegen. Jede erste Anschlussform des Wicklungselementes 65 besteht aus zumindest einem im Wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 65a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbarter Verbindungsabschnitte 63z, 65a dient.
Der erste Verbindungsabschnitt 65a geht über in einen ersten zur Achs- und Um- fangsrichtung geneigten Abschnitt 65b, der den ersten Verbindungsabschnitt 65a mit einem ersten axial ausgerichteten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 65c des Wicklungselements 65 verbindet. Der in einer ersten Nut einliegende, erste Abschnitt 65c geht über in einen zweiten zur Achs- und Umfangsrichtung geneig- ten Abschnitt 65d, der weiter übergeht in einen ersten Umkehrabschnitt 65e.
Vom ersten Umkehrabschnitt 65e geht ein dritter zur Achs- und Umfangsrichtung geneigter Abschnitt 65f ab und verbindet den ersten Umkehrabschnitt 65e mit einem zweiten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 65g. Dieser zweite in der Nut 15 einliegende Abschnitt 65g ist mit einem vierten zur Achs- und Umfangs- richtung geneigten Abschnitt 65h verbunden, der in einen zweiten Umkehrabschnitt 65i übergeht, der weiter über einen fünften zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 65j mit einem dritten in der ersten Nut einliegenden Abschnitt 65k des Wicklungselements 65 verbunden ist. Der dritte in der Nut einliegende Abschnitt 65k ist über einen sechsten zur Achs- und Umfangsrichtung ge- neigten Abschnitt 651 mit dem Anschlussabschnitt 65y verbunden.
Die hier dargestellte Anschlussform des Wicklungselements 65 ist mit zwei Umkehrabschnitten 65e, 65i aufgebaut. Es hier prinzipiell auch vorstellbar, dass die Anschlussform des Wicklungselementes 65 mit einem oder mehr als zwei Um- kehrabschnitten 65e, 65i ausgeführt wird, um die Wicklung auf eine höhere ungerade Leiterzahl in der Nut anzupassen.
Die Anschlussform des Wicklungselements 65 ist in diesem Beispiel in zwei radiale Lagen unterteilt.
Die Anzahl der radialen Lagen der Anschlussform des Wicklungselements 65 ist üblicherweise um eins kleiner als die Anzahl der Leiter in einer Nut 15. Von der Anschlussform des Wicklungselementes 65 sind in der radial ersten Lage der erste geneigte Abschnitt 65b, der erste in der Nut einliegenden Abschnitt 65c und der zweite geneigte Abschnitt 65d angeordnet. Die Anschlussform des Wick- lungselementes 65 belegt in einer ersten Nut 15 die erste Nutlage und in der dem Wicklungselement 65 zugehörigen zweiten Nut 15, die von der ersten in Um- fangsrichtung um im Wesentlichen eine Polteilung beabstandet ist, die zweite Nutlage. Der Wechsel in der Nutlage wird durch den ersten Umkehrabschnitt 65e bewirkt. In der radial zweiten Lage sind im Wesentlichen der dritte geneigte Abschnitt 65f, der zweite in einer Nut einliegende Abschnitt 65g, der vierte geneigte Abschnitt 65h, der zweite Umkehrabschnitt 65i, der fünfte geneigte Abschnitt 65j, der dritte in einer Nut einliegende Abschnitt 65k der sechste geneigte Abschnitt 651 und der Anschlussabschnitt 65y angeordnet. Der zweite Umkehrabschnitt 65i bewirkt in diesem Fall keinen Wechsel der Radiallagen.
Der erste Verbindungsabschnitt 65a überdeckt anfangs Teile der zweiten und ersten Radiallage und erstreckt sich dann vollständig in der ersten Radiallage. Der Anschlussabschnitt 65y erstreckt sich im Wesentlichen über die zweite Radi- allage, kann aber zur besseren Verschaltung der Strangwicklungen, von der zweiten Radiallage in eine andere Radiallage wechseln.
Die Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung der für eine komplette Ständerwicklung benötigten Umkehrform eines Wicklungselementes 66. Die Umkehr- form eines Wicklungselementes 66 dient dazu, erste Grundformen der Wicklungselemente 63 mit um elektrisch 180° versetzten zweiten Grundformen 64 in Reihe zu schalten. Hierbei wird der aus einer ersten Umfangsrichtung kommende Strangwicklungsverlauf umgekehrt und entgegen der ersten Umfangsrichtung fortgesetzt. Zur Bildung einer kompletten Strangwicklung wird mindestens eine Umkehrform des Wicklungselements 66 benötigt. Diese Umkehrform eines Wicklungselementes 66 hat mindestens einen Umkehrabschnitt 66e, der zwei in Nuten einliegende Abschnitte 66c, 66g in gleicher Nutlage verbindet.
Die dargestellte Umkehrform des Wicklungselements 66 ist für eine Realisierung mit drei Leitern in jeder Nut vorgesehen, wobei die schmalen Seiten der Leiterquerschnitte einander gegenüberliegen und die breiten Seiten der Leiterquerschnitte der Nutwand gegenüberliegen. Jede Umkehrform des Wicklungselementes 66 besteht aus zumindest einem im Wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 66a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbarter Verbindungsabschnitte 66a, 64a dient. Der erste Verbindungsabschnitt 66a geht über in einen ersten zur Achs- und Um- fangsrichtung geneigten Abschnitt 66b, der den ersten Verbindungsabschnitt 66a mit einem ersten axial ausgerichteten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 66c des Wicklungselements 66 verbindet. Der in einer ersten Nut einliegende, erste
Abschnitt 66c geht über in einen zweiten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 66d der weiter übergeht in einen ersten Umkehrabschnitt 66e. Vom ersten Umkehrabschnitt 66e geht ein dritter zur Achs- und Umfangsrichtung geneigter Abschnitt 66f ab und verbindet den ersten Umkehrabschnitt 66e mit ei- nem zweiten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 66g. Dieser zweite in der
Nut 15 einliegende Abschnitt 66g ist mit einem vierten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 66h verbunden, der mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 66z verbunden ist.
Die hier dargestellte Umkehrform des Wicklungselements 66 ist mit einem Umkehrabschnitt 66e aufgebaut. Es ist hier prinzipiell auch vorstellbar, dass die Umkehrform des Wicklungselementes 66 nicht nur mit einem, sondern mit drei oder jeder weiteren ungeraden Zahl von Umkehrabschnitten ausgeführt werden kann, wobei alle Verbindungsabschnitte auf einer Wickel köpf seite angeordnet sind. Es ist prinzipiell auch möglich, die Umkehrform des Wicklungselementes mit einer geraden Zahl von Umkehrabschnitten auszuführen, wobei dann Verbindungsabschnitte auf beiden Wickelkopfseiten angeordnet sind.
Die Umkehrform des Wicklungselements 66 ist in diesem Beispiel in einer radia- len Lage angeordnet.
Die Anzahl der radialen Lagen der Umkehrform des Wicklungselements 66 ist üblicherweise eins. Vorzugsweise belegt die Umkehrform die radial innerste Lage, da so eine einfache Montage sichergestellt werden kann. Von der Umkehr- form des Wicklungselementes 66 sind also in der radial dritten Lage der erste geneigte Abschnitt 66b, der erste in der Nut einliegende Abschnitt 66c, der zweite geneigte Abschnitt 66d, der erste Umkehrabschnitt 66e, der dritte geneigte Abschnitt 66f, der zweite in einer Nut einliegende Abschnitt 66g und der vierte geneigte Abschnitt 66h angeordnet. Der erste Verbindungsabschnitt 66a überdeckt anfangs Teile der zweiten und dritten Radiallage und erstreckt sich dann vollständig in der dritten Radiallage. Der zweite Verbindungsabschnitt 66z erstreckt sich anfangs vollständig in der dritten Radiallage und überdeckt dann Teile der dritten und zweiten Radiallage.
Die Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung der für eine komplette Ständerwicklung benötigten zweiten Anschlussform eines Wicklungselementes für ungerade Leiterzahlen 67. Diese Anschlussform dient dazu einen elektrischen Anschluss zur Verschaltung der Strangwicklung, bzw. zum Kontaktieren des Gleichrichters zur Verfügung zu stellen. Dieser Anschluss ist vorzugsweise auf der elektronikseitigen Wickel köpf seite 46 angeordnet. Zur Bildung einer kompletten Strangwicklung werden mindestens zwei Anschlussformen der Wicklungselemente 65, 67 benötigt, jeweils für Strangwicklungsanfang und Strangwicklungsende.
Die erste Anschlussform des Wicklungselementes 67 entspricht zum größten Teil einem verkürzten Aufbau der ersten Grundform des Wickelelementes 64.
Die dargestellte Anschlussform des Wicklungselements 67 ist zur Realisierung einer Wicklung mit drei Leitern in jeder Nut, wobei die schmalen Seiten der Leiterquerschnitte einander gegenüberliegen und die breiten Seiten der Leiterquerschnitte der Nutwand gegenüberliegen. Jede Anschlussform des Wicklungselementes 67 besteht aus zumindest einem im Wesentlichen axial ausgerichteten ersten Verbindungsabschnitt 67a, der zur Kontaktierung zweier radial benachbar- ter Verbindungsabschnitte 64z, 67a dient.
Der erste Verbindungsabschnitt 67a geht über in einen ersten zur Achs- und Um- fangsrichtung geneigten Abschnitt 67b, der den ersten Verbindungsabschnitt 67a mit einem ersten axial ausgerichteten, in einer Nut 15 einliegenden Abschnitt 67c des Wicklungselements 67 verbindet. Der in einer ersten Nut einliegende, erste
Abschnitt 67c geht über in einen zweiten zur Achs- und Umfangsrichtung geneigten Abschnitt 67d der weiter übergeht in einen Anschlussabschnitt 67y.
Die hier dargestellte zweite Anschlussform des Wicklungselements 67 ist mit kei- nem Umkehrabschnitt aufgebaut. Es ist hier prinzipiell auch vorstellbar, dass die Anschlussform des Wicklungselement 67 mit zwei oder mit jeder weiteren geraden Zahl von Umkehrabschnitten ausgeführt wird, um die Wicklung auf eine höhere ungerade Leiterzahl in der Nut anzupassen.
Die Anschlussform des Wicklungselements 67 ist in diesem Beispiel in nur einer radialen Lage untergebracht.
Die Anzahl der radialen Lagen der zweiten Anschlussform des Wicklungselements 67 ist üblicherweise eins. Von der Anschlussform des Wicklungselemen- tes 67 sind in der radial ersten Lage der erste geneigte Abschnitt 67b, der erste in der Nut einliegenden Abschnitt 67c, der zweite geneigte Abschnitt 67d und der Anschlussabschnitt 67y angeordnet.
Der erste Verbindungsabschnitt 67a überdeckt anfangs Teile der zweiten und ersten Radiallage und erstreckt sich dann vollständig in der ersten Radiallage.
Der Anschlussabschnitt 67y erstreckt sich im Wesentlichen über die erste Radiallage, kann aber zur besseren Verschaltung der Strangwicklungen, von der ersten Radiallage in eine andere Radiallage wechseln
Die Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufes einer Strangwicklung im Ständerpaket. Hier dargestellt ist ein Paket mit sechsundneunzig Nuten, in denen an sich sechs Strangwicklungen angeordnet sind. Der Läufer hat in diesem Fall sechzehn Pole. Wegen des schematischen Charakters der Darstellung in Figur 6 sind der Übersichtlichkeit wegen die anderen fünf Strangwicklun- gen nicht dargestellt. Es ist möglich, die hier dargestellte Erfindung auf jede beliebige Strangwicklungszahl und Polzahl anzupassen, z.B. ein Ständerpaket mit sechzig Nuten und fünf Strangwicklungen und einem Läufer mit zwölf Polen.
Durchgezogene Verbindungen sind auf dem elektronikseitigen Wickelkopf ange- ordnet. Gestrichelt dargestellte Verbindungen sind auf dem antriebsseitigen Wickelkopf angeordnet.
Die Strangwicklung 70 setzt sich zusammen aus einer ersten Anschlussform des Wicklungselementes 65, sieben ersten Grundformen des Wicklungselementes 63, einer Umkehrform des Wicklungselementes 66, sieben weiteren zweiten Grundformen des Wicklungselementes 64 und einer zweiten Anschlussform des Wicklungselementes 67, die alle entsprechend der aufgeführten Reihenfolge in Serie geschaltet sind. Hierdurch wird das Ständerpaket von dieser Strangwicklung 70 einmal in und einmal entgegen einer ersten Umfangsrichtung durch- schritten, wobei alle Nutpositionen von allen dieser Strangwicklung zugeordneten
Nuten besetzt sind.
Die in Figur 13 nicht dargestellten Strangwicklungen 71, 72, 73, 74, 75 sind identisch zu der dargestellten Strangwicklung 70 aufgebaut und gegenüber der dar- gestellten Strangwicklung 70 um eine festgelegte Nutzahl in Umfangsrichtung versetzt. Durch den Nutversatz ergibt sich in diesem Beispiel ein Phasenunterschied von elektrisch 30°, oder einem Vielfachen von elektrisch 30° zwischen den Strangwicklungen 70, 71, 72, 73, 74, 75.
Die Figur 14 zeigt als Beispiel für einen Herstellungsschritt eines Wicklungselementes eine im Wesentlichen in einer Ebene gewickelte Vorstufe der Grundform eines Wicklungselementes 60. Die Verbindungsabschnitte 60a, 60z sind als Vorstufe 60 'a, 60 'z in derselben Ebene angeordnet. Die in der ersten Nutlage befindlichen Abschnitte, nämlich der erste geneigte Abschnitt 60b, der erste in einer Nut einliegende Abschnitt 60c und der zweite geneigte Abschnitt 6Od bilden in dieser Vorstufe zusammen einen ersten geraden Abschnitt 60 'b, 60 'c, 60 'd.
Die in der dritten Nutlage befindlichen Abschnitte, nämlich der dritte geneigte Abschnitt 6Of, der zweite in einer Nut einliegende Abschnitt 60g und der vierte ge- neigte Abschnitt 60h bilden in dieser Vorstufe zusammen einen zweiten geraden
Abschnitt 60'f, 60'g, 60'h.
Die in der zweiten Nutlage befindlichen Abschnitte, nämlich der fünfte geneigte Abschnitt 6Oj, der dritte in einer Nut einliegende Abschnitt 60k und der sechste geneigte Abschnitt 601 bilden in dieser Vorstufe zusammen einen dritten geraden
Abschnitt 60 'j, 60 'k, 60 'I.
Die in der vierten Nutlage befindlichen Abschnitte, nämlich der siebte geneigte Abschnitt 6On, der vierte in einer Nut einliegende Abschnitt 6Oo und der achte geneigte Abschnitt 60p bilden in dieser Vorstufe zusammen einen vierten geraden Abschnitt 60'n, 60'o, 60'p.
Die Umkehrabschnitte 6Oe, 6Oi, 60m bilden in dieser Vorstufe jeweils einen ge- krümmten Abschnitt 60'e, 60'i, 60'm, wobei sich die gekrümmten Abschnitte
60'e, 60'm überkreuzen. Dabei nehmen die Krümmungsabschnitte 60'e, 60'm an der Kreuzungsstelle gegenüber der Ebene zusätzlichen Raum ein.
Die Vorstufe des Wickelelementes 60' wird in einem weiteren Herstellungsschritt in eine erste räumliche Form gebracht, in dem der spätere erste und dritte in Nuten einliegende Abschnitt 60'c, 60'k gegenüber dem später zweiten und vierten in Nuten einliegende Abschnitt 60'g, 60'o senkrecht zur Wicklungsebene um im Wesentlichen eine Polteilung auseinandergezogen wird, wobei die später in Nuten einliegenden Abschnitte 60'c, 60'k, 60'g, 60'o gerade bleiben.
In einem nachfolgenden Herstellungsschritt werden die Verbindungsabschnitte und die ihnen zugeordneten geneigten Abschnitte in ihre vorbestimmte Form und Lage gebracht
Das Herstellungsverfahren für die anderen Formen der Wicklungselemente ist analog zu dem zuvor Beschriebenen.
Die Figur 15 zeigt eine Vorrichtung 80, 81 für das erfindungsgemäße Herstellverfahren für ein Wicklungselement zum Fügen in ein ringförmiges Blechpaket. Die Vorrichtung ist aus zwei ineinander liegenden und in Umfangsrichtung gegeneinander verdrehbare Zylinder oder Zylindersegmente 80,81 aufgebaut. Der innere Zylinder oder das innere Zylindersegment 80 hat im Außenbereich Nuten, in die die Vorstufen der späteren inneren Nutabschnitte 60'o, 60'g eingelegt werden. Der äußere Zylinder oder das äußere Zylindersegment 81 hat im Innenbereich Nuten, in die die Vorstufen der späteren äußeren Nutabschnitte 60'c, 60'k eingelegt werden. Nach Bestückung der Vorrichtung mit den entsprechenden ebenen Vorstufen der Wicklungselemente 6O',61', 62 ', 63', 64', 65', 66', 67' wird der innere Zylinder bzw. Zylindersegment 80 gegenüber dem äußeren Zylinder bzw. Zylindersegment 81 um etwa eine Polteilung in Umfangsrichtung verdreht. Hier- durch wird die räumliche Struktur des Wicklungselementes weitgehend herge- stellt. Die so entstandenen Wicklungselemente 60 eignen sich, in ein rundes Ständerpaket mit radial nach innen offenen Nuten eingelegt zu werden, da die in den Nuten einliegenden Abschnitte der Wicklungselemente in radialer Richtung ausgerichtet werden.
Nach dem Herstellprinzip für die Grundform des Wicklungselementes für vier Leiter in der Nut 60 kann auch die erste Grundform des Wicklungselementes für drei Leiter in der Nut 63 hergestellt werden, in dem durch einen zusätzlichen Fertigungsschritt die in unterschiedlichen Nuten einliegenden Abschnitte des Wick- lungselementes zueinander um eine Nutlage radial versetzt werden.
Die Figur 16 zeigt eine Vorrichtung 82,83 für das erfindungsgemäße Herstellverfahren für ein Wicklungselement zum Fügen in ein quaderförmiges Blechpaket. Die Vorrichtung ist aus zwei aufeinanderliegende, quaderförmige Vorrichtungstei- Ie im folgenden Ober- und Unterteil 82,83 genannt. Das Oberteil 82 hat auf der
Unterseite Nuten. Das Unterteil 83 hat auf der Oberseite Nuten. Die Vorrichtungsteile 82,83 sind gegeneinander dreidimensional verschiebbar. In Nuten des Oberteils 82 werden die späteren inneren Nutabschnitte 60 O, 60 'g eingelegt und in die Nuten des Unterteils83 die späteren äußeren Nutabschnitte 60 'c, 60 'k ein- gelegt. Nachdem die Vorrichtung mit einem oder mehren Vorstufen 60 'bestückt ist, wird das Oberteil gegen das Unterteil in Richtung der Pfeile um etwa eine Polteilung verschoben. Hierdurch wird die räumliche Struktur des Wicklungselementes weitgehend hergestellt. Die so entstandenen Wicklungselemente 60 eignen sich, in ein quaderförmiges Blechpaket mit nach einer Seite offenen Nuten eingelegt zu werden, wobei die Nutöffnungen nach Biegen des quaderförmigen
Blechpaketes in eine Rundform dem Läufer gegenüber liegen, da die in den Nuten einliegenden Abschnitte der Wicklungselemente parallel zur Nuttiefenrichtung ausgerichtet sind.
Nach dem Herstellprinzip für die Grundform des Wicklungselementes für vier Leiter in der Nut 60 kann auch die erste Grundform des Wicklungselementes für drei Leiter in der Nut 63 hergestellt werden, in dem durch einen zusätzlichen Fertigungsschritt die in unterschiedlichen Nuten einliegenden Abschnitte des Wicklungselementes zueinander um eine Nutlage in Nuttiefenrichtung versetzt wer- den. Die zum Fügen in ein quaderförmiges Blechpaket vorgesehenen Wicklungselemente 60 sind mit ihren in den Nuten einliegenden Abschnitten parallel in Nuttiefenrichtung ausgerichtet. Ein mit allen Wicklungselementen bestücktes quader- förmiges Blechpaket wird in eine runde Form gebogen, sodass sich die beiden
Paketenden einander berührend gegenüberstehen und stoffschlüssig verbunden werden. Die Verbindungsabschnitte der Wicklungselemente werden nach dem Biegen des Blechpaketes miteinander stoffschlüssig verbunden, zum Beispiel durch Schweißen und somit die Strangwicklungen hergestellt. Eine auf die ver- schweißten Verbindungsabschnitte aufgetragene Schutzschicht schützt vor Korrosion und dient als elektrischer Isolator.
Es ist Vorteilhaft, wenn die späteren in Nuten einliegenden Abschnitte der Wicklungselemente vor dem Einlegen in das Blechpaket isoliert werden. Hierbei kön- nen die jeweiligen in Nuttiefenrichtung benachbarten, in den Nuten einliegende
Abschnitte eines Wicklungselementes zusammen isoliert werden. Ein Überlappungsbereich der Isolation kann entlang den Nutwänden oder zwischen den in den Nuten einliegenden Abschnitten zweier Wicklungselemente angeordnet sein. Es ist Vorteilhaft, wenn die Isolation an den in den Nuten einliegenden Abschnit- ten der Wicklungselemente haftet.
Die Figur 17 und Figur 18 zeigen einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines erfindungsgemäßen Ständers 16. Die Ausrichtung der Breitseite des Leiterquerschnittes im Bereich der in den Nuten liegenden Abschnitte60c, 60g, 60k, 6Oo ist parallel zur Nuttiefenrichtung und im Bereich der Verbindungsabschnitte 60a, 60z in Umfangsrichtung. Die Umkehrabschnitte 6Oi bewirken einen Wechsel der radialen Nutlage der in Nuten einliegender Abschnitte 60c, 60g, 60k, 6Oo von einer ersten Nut 15 zu einer zweiten zugehörigen Nut 15. Die außerhalb vom Blechpaket 17 angeordneten Abschnitte und die damit Wickelköpfe 45,46 bildenden Abschnitte 60a, 60b, 6Od, 6Oe, 6Of, 60h, 6Oi, 6Oj, 601, 60m, 6On,
60p, 60z sind voneinander beabstandet und bilden definierte Durchtrittsöffnungen durch den Wickelkopf 45,46, die den radialen Kühlluftstrom führen.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Wicklungselement der Ständerwicklung wenigstens einen in Nuten einliegenden Abschnitt mit einem nutlageabhängig der Nutform angepassten Querschnitt hat, das gilt bspw. bei Abschnitten, die auf ursprünglichem Runddraht basieren und geprägt sind..
Die Nutform soll rechteckförmig sein. Die führt zu einem hohen Nutfüllfaktor bei rechteckförmigem Drahtquerschnitt, so dass der ohmsche Strangwicklungswiderstand verringert wird.
Es ist dass die Gesamtzahl der in einem Ständer enthaltenen Wicklungselemente mindestens der Nutzahl des Ständers entspricht.
Wie beide Ausführungsbeispiele zeigen, ist vorgesehen, dass die Anzahl in Nuten 15 einliegender Abschnitte eine gerade oder ungerade Zahl ist.
Jede Strangwicklung enthält bezogen auf die verwendeten Typen der Wick- lungselemente mindestens eine Grundform und eine Anschlussform des Wicklungselementes. Dies gilt beispielsweise dann, wenn die Strangwicklung nur in eine Umfangsrichtung orientiert ist.

Claims

Ansprüche
1. Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenerator für ein Kraftfahrzeug, mit einem Nord- und Süd-Pole aufweisenden Läufer (20), insbesondere mit sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfingern (24, 25), die sich am Umfang des Läufers (20) als Nord- und Süd-Pole abwechseln, einem
Ständer (16), der einen magnetischen Kern, insbesondere Blechpaket (17), mit Nuten (15) und eine in den Nuten (15) des Magnetkerns angeordnete Ständerwicklung (18) aufweist, wobei die Ständerwicklung (18) Wickelköpfe (45, 46) aufweist, die durch je einen näherungsweise radialen Luftstrom kühl- bar sind, der von zumindest einem am Läufer (20) angebrachten Lüfter (30) verursacht wird, wobei der Ständer (16) dem Läufer (20) gegenübersteht und wobei der Ständer (16) und der Läufer (20) definiert zueinander positioniert sind, wobei die mehrphasige Ständerwicklung (18) aus Wicklungselementen (60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67) besteht, wobei mindestens ein Wicklungsele- ment mehr als zwei in Nuten (15) einliegende Abschnitte aufweist und wobei zumindest ein Wicklungselement (60,61,62,63,64,65,66,67) mehr als einen Umkehrabschnitt aufweist, der einen Wechsel der Radiallage bewirkt.
2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungselement (60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67) der Ständerwicklung (18) wenigstens einen in Nuten (15) einliegenden Abschnitt hat mit einem nutla- geabhängig der Nutform angepassten Querschnitt.
3. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet dass die in den Nuten (15) einliegenden Abschnitte eine radiale Reihe bilden.
4. Wechselstromgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutform rechteckförmig ist.
5. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel der Radiallagen in ungeraden Umkehrabschnitten größer ist als in geraden Umkehrabschnitten.
6. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitseite des Leiterquerschnittes im Bereich der Verbindungsabschnitte parallel zur Umfangsrichtung ausgerichtet ist.
7. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Breitseite des Leiterquerschnittes der in den
Nuten (15) einliegenden Abschnitte parallel zur Nuttiefenrichtung ausgerichtet ist.
8. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Gesamtzahl der in einem Ständer enthaltenen Wicklungselemente mindestens der Nutzahl des Ständers entspricht.
9. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl in Nuten (15) einliegender Abschnitte eine gerade oder ungerade Zahl ist.
10. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abschnitte der Wicklungselemente, die außerhalb des Blechpakets angeordnet sind und die Wickelköpfe bilden, zumindest bereichsweise voneinander beabstandet sind und definierte Durchtrittsöffnungen für einen radialen Kühlluftstrom bilden.
11. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Strangwicklung mindestens eine Grundform und eine Anschlussform des Wicklungselementes enthält.
12. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung für einen Ständer entsprechend dem Anspruch 1, dass mindestens folgenden Verfahrenschritte beinhaltet
Herstellen mindestens einer im Wesentlichen ebenen Vorstufe eines Wick- lungselementes, Herstellen mindestens einer räumlichen Vorstufe aus der ebenen Vorstufe durch Spreizen in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Wicklungsebene steht,
Herstellen der endgültigen Form und Lage der Verbindungsabschnitte, - Fügen mehrerer der Wicklungselemente in Nuten (15) eines Blechpakets,
Herstellen der elektrischen Verbindungen vorbestimmter Wicklungselemente, an den dafür vorgesehenen Verbindungsabschnitten.
13. Verfahren zur Herstellung eines Ständers nach Anspruch 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wicklungselemente in ein rundes Blechpaket radial eingebracht werden oder in ein quaderförmiges Blechpaket in Nuttiefenrichtung eingebracht werden und das Blechpaket zusammen mit den Wicklungselementen rundgebogen wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines Ständers nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die zur Trennung der Wicklungselemente vom Blechpaket dienende Nutisolation vor dem Einbringen der Wicklungselemente in das Blechpaket montiert wird
15. Verfahren zur Herstellung eines Ständers nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen in Nuttiefenrichtung benachbarten, in den Nuten (15) einliegende Abschnitte eines Wicklungselementes zusammen isoliert werden.
16. Verfahren zur Herstellung eines Ständer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutisolation aus einem Flächenisolierstoff besteht und einen Überlappungsbereich aufweist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Ständers nach Anspruch 16, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Überlappungsbereich entlang der Nutwände oder zwischen den in den Nuten (15) einliegenden Abschnitten zweier Wicklungselemente angeordnet ist.
18. Verfahren zur Herstellung eines Ständers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Nutisolation und Wick- lungselement Mittel vorhanden sind, die eine Relativbewegung zwischen Beiden unterdrücken.
19. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein in Nuten (15) einliegender Abschnitt einen der Nutform, nutla- geabhängig angepassten Querschnitt aufweist, der durch eine Umformbearbeitung vor dem Fügen des Wicklungselementes in das Blechpaket stattfindet.
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