DE69923623T2

DE69923623T2 - Kraftfahrzeugwechselstromgenerator und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69923623T2
Application number: DE69923623T
Authority: DE
Inventors: Shin Kariya-city Kusase; Atsushi Kariya-city Umeda; Tsutomu Kariya-city Shiga
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: DE69923623D1; EP0961384A1; US6208060B1; EP0961384B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für einen von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug-Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 und betrifft auch ein Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 6.
Aus WO 97/40567 A ist eine verbesserte Auskleidung für die Wicklung einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines bürstenlosen Gleichstrommotors aus anodisiertem Aluminium bekannt. Die Auskleidung liegt in dem Wicklungsraum zwischen den Statorpolen, so daß sie sich zwischen der Wicklung und dem Stator befindet. Die Auskleidung ist mit einer Kappe verschlossen. Das anodisierte Aluminium liefert einen elektrischen Widerstand, einen mechanischen Schutz für die Wicklung und einen Wärmeleitungsweg für die Wärme, die in der Wicklung entsteht, durch den Stator in die Atmosphäre. Die Auskleidung kann auch geerdet werden, um elektromagnetische Störungen durch die Wicklung abzuschirmen. Gemäß dieser bekannten Konstruktion besteht der Statorkern aus einer Schichtstruktur aus Blechen mit einer Vielzahl von Nuten, die in Ausschnittrichtung ausgeschnitten sind, um die Leitersegmente der Wicklung aufzunehmen.
Darüber hinaus ist bekannt, eine Vielzahl von Leitersegmenten zu verschweißen, um eine Statorwicklung zu bilden. WO 92/06527 offenbart eine Statorwicklung, die aus einer Vielzahl von U-förmigen Leitersegmenten besteht. Die U-förmigen Statorsegmente werden von einem axialen Ende des Statorkerns eingefügt und an ihren Abschnitten am anderen Ende des Statorkerns miteinander verbunden, so daß die Spulen des Stators leichter regelmäßig angeordnet werden können als bei einem Stator mit einer Statorwicklung, die aus kontinuierlich gewickelten Magnetdrähten besteht.
Obwohl die WO 92/06527 keine Beschreibung von Isolatoren enthält, die in den Nuten angeordnet werden, sind solche elektrischen Isolatoren unter gewissen Umständen manchmal notwendig. Falls ein Isolator aus einer einfachen Isolierlage gebildet wird, kann solch ein Isolator in axialer Richtung in der Nut verrutschen oder verschoben werden, wenn ein Leitersegment in die Nut, die von dem Isolator bedeckt wird, eingefügt wird. Infolgedessen können die nackten Oberflächen des Stators nicht vollständig abgedeckt werden, und die Leitersegmente sind nicht gut isoliert. Falls die Isolatoren durch ein Haftmittel oder dergleichen am Statorkern befestigt werden, sind zusätzliche Schritte und Kosten erforderlich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, womit verhindert wird, daß die Isolatoren verschoben werden, wenn die Leitersegmente in die Nuten des Statorkerns eingefügt werden.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Statorkonstruktion wird dieses Problem durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Verbesserte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stators ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Stators wird das obige Problem gemäß den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung wird ein Statorkern eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug aus einer Schichtung einer Vielzahl von Stahlblechen geformt, und eine Vielzahl von Nuten werden aus den Stahlblechen in einer Ausschnittrichtung ausgeschnitten, wodurch Grate bereitgestellt werden, die in Ausschnittrichtung vorstehen. Eine Vielzahl von verformbaren Isolierlagen wird zunächst in die Vielzahl von Nuten eingefügt, und eine Vielzahl von elektrischen Leitern wird in die Vielzahl von Nuten in entgegengesetzter Richtung zur Ausschnittrichtung eingefügt. Da die scharfkantigen Grate so geformt werden, daß sie in Ausschnittrichtung vorstehen, werden die Isolatoren von den scharfkantigen Graten aufgehalten, wenn die Leitersegmente in entgegengesetzt zur Ausschnittrichtung in die Nuten eingefügt werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist jeder der elektrischen Leiter einen U-Windungsabschnitt an dessen in Ausschnittrichtung vorderem Ende auf. Dadurch kann verhindert werden, daß die Isolatoren sich bewegen, wenn die Leitersegmente eingefügt werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist jeder Isolator eine Falzlippe auf, die an dessen in Ausschnittrichtung vorderem Ende angeordnet ist. Durch die Falzlippen kann zuverlässig verhindert werden, daß die Isolatoren sich axial verschieben, wenn die Leitersegmente eingefügt werden. Jeder der Isolatoren kann eine Falzlippe an dessen in Nutausschnittrichtung hinterem Ende aufweisen. In diesem Fall schützen die Falzlippen die Isolatoren vor einer Beschädigung, wenn die Spulenenden in Form gedrückt werden. Wenn die Spulenenden geformt werden, werden die Isolatoren zwischen den Leitersegmenten und dem Statorkern stark gezogen oder geschoben. Die Falzlippe verhindert jedoch, daß der Isolator beschädigt wird.
Gemäß einem weiteren Hauptmerkmal der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Herstellen eines Statorkerns für einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator einen ersten Schritt des Formens einer Schichtung aus Stahlblechen, einen zweiten Schritt des Ausschneidens einer Vielzahl von Nuten aus der Schichtung in einer Ausschnittrichtung, einen dritten Schritt des Einfügens von Isolatoren in die Nuten, einen vierten Schritt des Einfügens von Leitersegmenten in die von Isolatoren bedeckten Nuten entgegengesetzt zur Ausschnittrichtung, und einen fünften Schritt des Verbindens der in die Nuten eingefügten Leitersegmente miteinander. Daher werden die Isolatoren von den scharfkantigen Graten festgehalten, wenn die Leitersegmente eingefügt werden.
Andere Ziele, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ebenso wie die Funktionen von mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehenden Teilen werden aus der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnung deutlich. In der Zeichnung sind:
1 eine Querschnittsansicht, welche einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 eine perspektivische Ansicht eines Leitersegments, das einen Teil einer Statorwicklung eines Stators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3 eine Teil-Seitenansicht eines Stators gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine Teil-Querschnittsansicht des in 3 dargestellten Stators;
5 eine Querschnittsansicht des in 4 dargestellten Stators entlang der Linie V-V;
6 eine Darstellung der Bildung eines laminierten Statorkerns aus Stahlblechen;
7 eine perspektivische Ansicht, die darstellt, wie ein Isolator in eine Nut des Stators gemäß der ersten Ausführungsform eingefügt wird;
8 eine perspektivische Darstellung, welche die Spulenenden an beiden Enden des Stators gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
9 eine Teil-Querschnittsansicht des Stators gemäß der ersten Ausführungsform mit einem Isolator mit einer Falzlippe an einem seiner Enden;
10 eine Teil-Querschnittsansicht einer Variante des Stators gemäß der ersten Ausführungsform mit einem Isolator mit Falzlippen an dessen anderem Ende;
11 eine Teil-Querschnittsansicht eines Stators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
12 eine Teil-Querschnittsansicht des Stators gemäß der zweiten Ausführungsform;
13 eine perspektivische Ansicht, die eine Variante des Leitersegments ohne U-Windungsabschnitt; und
14 eine Seitenansicht eines Stators gemäß einer dritten Ausführungsform mit den in 13 dargestellten Leitersegmenten.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
In 1 schließt ein Wechselstromgenerator 1 mit einem erfindungsgemäßen Stator einen Rotor 3, einen Rahmen 4, einen Gleichrichter 5 usw. ein. Der Stator 2 besteht aus einem Statorkern 32, einer Vielzahl von Leitersegmenten 33 und einer Vielzahl von Isolatoren 34. Der Statorkern 32 ist eine Schichtung aus einer Vielzahl von Stahlblechen, in denen eine Anzahl von Nuten ausgebildet sind. Die Vielzahl von Leitersegmenten 33 ragt über die gegenüberliegenden Enden des Statorkerns 32 hinaus, um Spulenenden 31 zu bilden und sind miteinander verbunden, um eine Statorwicklung zu bilden.
Der Rotor 3 weist eine Feldspule 8, ein Paar aus vorderen und hinteren Polkernen 7 und eine Welle 6 auf. Die vorderen bzw. hinteren Polkerne 7 weisen sechs Klauenpolstücke auf, die in Axialrichtung verlaufen, so daß sie die Feldspule 8 einschließen. Die Feldspule 8 weist einen zylindrischen Körper auf, der von einer Isolierbeschichtung bedeckt ist. Ein Axialströmungs-Kühlgebläse ist an dem vorderseitigen Polkern 7 angeschweißt. Das Kühlgebläse 11 bläst Kühlluft aus seiner Vorderseite in radialer und axialer Richtung. Ein Zentrifugen-Kühlgebläse 12 ist am rückseitigen Polkern 7 angeschweißt, um Kühlluft radial aus dessen Rückseite zu blasen. Das Zentrifugen-Kühlgebläse 11 ist am rückseitigen Polkern 7 angeschweißt, um Kühlluft von dessen Rückseite aus radial nach außen zu blasen.
Der Rahmen 4 nimmt den Stator 2 und den Rotor 3 auf und stützt den Rotor 3, so daß er sich zusammen mit der Welle 6 dreht. Der Stator 2 ist um das Paar Polkerne 7 herum mit einem bestimmten Abstand zu diesen am Rahmen 4 befestigt. Der Rahmen 4 weist Entlüftungsöffnungen 42 an Bereichen gegenüber den Spulenenden 31 des Stators 2 und Luftansaugöffnungen 41 an deren axialen Enden auf.
Der oben beschriebene Wechselstromgenerator 1 wird von einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor über einen Riemenscheibenantrieb 20 in einer bestimmten Richtung gedreht. Wenn die Feldspule 8 von einer externen Leistungsquelle angeregt wird, wird jedes der Polstücke angeregt, so daß die Statorwicklung eine dreiphasige Wechselspannung erzeugen kann. Somit stellt der Gleichrichter 5 eine gewisse Menge an Gleichstrom an den Ausgangsklemmen bereit.
Wie in 2 dargestellt, sind die Leitersegmente 33 U-förmige Elemente aus einer leitfähigen Metall- (z.B. Kupfer-) Stange oder Platte mit einem U-förmigen Abschnitt 33c. Das Leitersegment 33 weist einen inneren Leiterabschnitt 33a, einen äußeren Leiterabschnitt 33b und einen U-Windungsabschnitt 33c auf, der zwischen dem inneren und dem äußeren Leiterabschnitt 33a, 33b angeordnet ist. Jeder der radial inneren Leiterabschnitte 33a weist einen geraden Innenabschnitt auf, der in der radial inneren Schicht der Wicklung angeordnet ist, und jeder der äußeren Leiterabschnitte 33b ist in der radial äußeren Schicht der Wicklung angeordnet.
Wie in 3 dargestellt, sind die U-Windungsabschnitte 33c an einem axialen Ende des Statorkerns 32 angeordnet und weisen schräge Abschnitte 33e mit Spulenenden 31 am anderen axialen Ende des Stators 2 auf. Die schrägen Abschnitte 33e der Leitersegmente 33 in der radial äußeren Schicht der Statorwicklung verlaufen in einer Richtung. Andererseits verlaufen die schrägen Abschnitte 33e in der radial inneren Schicht der Statorwicklung in der anderen Richtung. Gerade Enden 33d der Leitersegmente 33 werden durch Ultraschallwellen-Schweißen oder Lichtbogenschweißen verschweißt oder werden verlötet oder mechanisch verbunden.
Ein Paar Leitersegmente 33 ist in jeder der Nuten 35 angeordnet und untereinander verbunden. Wie in 4 dargestellt, weisen innere und äußere Leiterabschnitte 33a, 33b aller Leitersegmente 33 einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Umfangsseiten länger als die Radialseiten sind. Die Leitersegmente 33 sind mit einer Isolierfolie überzogen, um ein Segment gegen das andere zu isolieren. Die Isolatoren 34 isolieren jedes der Leitersegmente gegen die Innenflächen der Nuten 35.
Der Statorkern 32 ist eine Schichtung aus einem spiralförmig gewickelten bandartigen Stahlblech 36 wie in 6 dargestellt. Eine Vielzahl von Ausnehmungen 37 werden aus einer bandartigen Stahlplatte in einer Richtung ausgeschnitten, um eine Vielzahl von Nuten 35 mit scharfkantigen Graten 35a zu bilden, die in Ausschnittrichtung überstehen. In 5 sind U-Windungsabschnitte 33c am vorderen Ende des Statorkerns in Richtung des Ausschnitts angeordnet. Jedes der Leitersegmente 33 weist Seitenflächen auf, die parallel zur Innenwand der Nut 35 verlaufen, wodurch ein hoher Füllfaktor der Leitersegmente 33 bereitgestellt wird.
Wie in 7 dargestellt, besteht der Isolator 34 aus einer Isolierlage. Die Isolierlage ist so geformt, daß sie sich an den Innenumfang jeder Nut anlegt. Vorzugsweise wird jeder der Isolatoren 34 in eine der Nuten 35 vom hinteren Ende des Statorkerns in Ausschnittrichtung eingeführt, so daß die Isolatoren 34 glatt in die Nuten (35) eingefügt werden können.
Nachdem jeder der Isolatoren 34 in eine der Nuten 35 eingeführt wurde, wird ein Anzahl von U-förmigen Leitersegmenten 33 so aneinandergereiht, daß die U-förmigen Windungsabschnitte 33c am vorderen Ende in Ausschnittrichtung des Statorkerns 32 angeordnet werden können. Wie in 4 dargestellt, werden äußere Leiterabschnitte 33b in den inneren Bereich der Nuten 35 eingefügt, und innere Leiterabschnitte 33a werden in den äußeren Bereich der Nuten 35 eingefügt, die von den Isolatoren 34 bedeckt sind. Jedes der Leitersegmente 33 besteht aus einer U-förmigen Kupferplatte und wird formschlüssig in eine der Nuten 35 gedrückt, so daß gegenüberliegende Oberflächen der äußeren und inneren Leiterabschnitte 33b, 33a über den Isolator 34 einen Formschluß mit den parallelen Wänden der Nut 34 bilden können. Somit halten die scharfen Kanten der Grate 35a die Isolatoren 34 fest und hindern diese daran, sich entlang der Leitersegmente 33 zu bewegen. Danach werden die zwei geraden Enden 33d jedes Leitersegments 33 jeweils in entgegengesetzten Richtungen gebogen, um sie mit den jeweiligen geraden Enden 33d, die aus anderen Lagen anderer Nuten 35 ausgehen, zu verbinden, wie in 8 dargestellt.
Als eine Variante kann, wie in 9 dargestellt, der Isolator 34a an einem Ende eine Falzlippe 38 aufweisen. Die Falzlippe 39 ist an einem Ende des Statorkerns 32 in Richtung auf den U-Windungsabschnitt und am vorderen Ende in Nut-Ausschnittrich tung angeordnet. Die Isolatoren 34a sind so in die Nuten 35 eingefügt, daß die Falzlippen 38 das vordere Ende in Ausschnittrichtung des Statorkerns greifen können, und die Leitersegmente 33 werden anschließend in die Nuten 35 eingeführt. Somit können die Isolatoren 34a sowohl von Falzlippen als auch von Graten 35a in der korrekten Axialposition gehalten werden.
In einer weiteren, in 10 dargestellten Variante wird jeder der Isolatoren 34b vom hinteren Ende des Statorkerns eingefügt, mit Falzlippen am hinteren Ende in Ausschnittrichtung. Andererseits werden die Leitersegmente 33 in entgegengesetzter Richtung eingefügt. Somit werden die Isolatoren 34 von den Falzlippen 39 verstärkt und es wird verhindert, daß sie beschädigt werden, wenn die Segmentenden 33d gebogen werden, um Spulenenden zu formen wie in 10 dargestellt.
Die Falzlippe 39 kann durch eine andere gleichwertige erweiterte Struktur ersetzt werden, um den Isolator zu positionieren, wie eine gebördelte Lippe.
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Zahl der Leitersegmente in jeder Nut erhöht werden. Wie in 11 dargestellt, weist ein Stator gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in jeder der Nuten 135 vier Leitersegmente 133 auf, die in radialer Richtung aufgereiht sind. Die Leitersegmente 133 sind auf die in 12 dargestellte Weise verbunden. Jedes der vier Leitersegmente 133 erstreckt sich von einer der Nuten 135 in abwechselnd unterschiedlicher Richtung. Die Leitersegmente 133 auf dieser Seite von 12 erstrecken sich im Uhrzeigersinn, und die an der gegenüberliegenden Seite entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Endabschnitt 133d eines Leitersegments 133 ist mit dem Endabschnitt 133d eines anderen Leitersegments 133 mit einem bestimmten Abstand dazwischen verbunden. Die Leitersegmente 133 in der innersten Schicht sind mit denen in der zweitinnersten Schicht verbunden, und die Leitersegmente in der dritten Schicht sind mit denen in der äußersten Schicht verbunden.
Ein Stator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung weist ein Paar I-förmiger oder J-förmiger Leitersegmente 233 auf, wie in 13 dargestellt, und nicht die U-förmigen Leitersegmente 33. Jedes der Leitersegmente 233 weist einen geraden inneren Leiterabschnitt 233h und zwei gerade äußere Abschnitte 233i auf, die sich außerhalb der gegenüberliegenden Enden der inneren Leiterabschnitte 233h erstrecken. Einer der äußeren Leiterabschnitte 233i wird aus der in 13 gestrichelten Lage gebogen. Jedes der Leitersegmente wird verschweißt, nachdem es angeordnet wurde. Wie in 14 dargestellt, werden gegenüber liegende Endabschnitte 233d eines Leitersegments 233 mit Endabschnitten 233d mit einem anderen Leitersegment 233 verbunden, das in einer anderen Nut angeordnet ist, um eine Statorwicklung zu bilden. Die Leitersegmente 233 sind einfach geformt und leicht herzustellen. Da jedes der Leitersegmente 233 einem der Isolatoren 34 entspricht, ist es einfach, die Isolatoren 34 und die Leitersegmente 233 in die Nuten 35 einzufügen.
In der vorangehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben. Es liegt jedoch auf der Hand, daß verschiedene Modifizierungen und Änderungen der speziellen Ausführungsformen durchgeführt werden können.

Claims

Stator (2) eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug, umfassend einen Statorkern (32) mit einer Vielzahl von Nuten (35), einer Vielzahl von Leitersegmenten, die in diesen Nuten (35) angeordnet sind, einer Vielzahl von Isolatoren (34), die zwischen den Innenumfängen der Nuten (35) und den Leitersegmenten angeordnet sind, und wobei der Statorkern (32) eine Schichtung aus Stahlblechen ist, aus der die Vielzahl von Nuten (35) in Ausschnittrichtung ausgeschnitten wurden, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Ausschnitte der Stahlbleche mit Graten (35a), die von jedem der Stahlbleche in Ausschnittrichtung vorstehen, versehen sind, und b) die Isolatoren (34) von den Graten (35a) gegen eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung zur Ausschnittrichtung gehalten werden.
Stator (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Statorsegmente einen U-Windungsabschnitt (33c) am in Ausschnittrichtung vorderen Ende des Statorkerns (32) aufweist.
Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Isolatoren (34) eine Lippe aufweist, die an dessen in Ausschnittrichtung vorderer Seite angeordnet ist.
Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Isolatoren (34) eine Lippe an dessen in Ausschnittrichtung hinterem Ende aufweist.
Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Leitersegmente Seitenflächen aufweist, die parallel zu den Innenwänden der Nuten (35) verlaufen.
Verfahren zum Herstellen eines Stators (2) eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators, wobei der Stator (2) eine Schichtung aus Stahlblechen umfaßt, worin – eine Vielzahl von Nuten (35) nach dem Schritt der Ausbildung einer Schichtung aus den Stahlblechen in die Stahlbleche geschnitten werden, um Grate (35a) bereitzustellen, die von jedem der Stahlbleche in Ausschnittrichtung überstehen, – Isolatoren (34) in die Nuten (35) der Schichtung eingefügt werden, – Leitersegmente in die Nuten (35), die von den Isolatoren (34) bedeckt sind, in entgegengesetzter Richtung zur Ausschnittrichtung eingefügt werden, wobei die Isolatoren (34) von den Graten (35a) gegen eine Bewegung in Einfügerichtung gehalten und gestützt werden, und – die in die Nuten (35) eingefügten Leitersegmente (33) miteinander verbunden werden.