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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Fahrzeugmaschine
wie beispielsweise einen Wechselstromgenerator, der in Fahrzeugen
und Lastwagen montierbar ist.
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Im
Allgemeinen sind viele Fahrzeuge mit geneigten Motorhauben ausgelegt,
um den aerodynamischen Sog zu minimieren. Zusätzlich sind Fahrzeuge auch
mit kleineren Maschinenräumen
konstruiert, um einen größeren Innenraum
zu erreichen. Als ein Ergebnis steht zunehmend weniger Raum für die Montage
von Wechselstromgeneratoren innerhalb der Fahrzeugmaschinenräume zur
Verfügung.
Mittlerweile erreichen zunehmend niedrigere Maschinenumdrehungen
(Umdrehungen pro Minute) eine zunehmend bessere Brennstoffwirtschaftlichkeit,
jedoch reduziert das Absenken der Maschinendrehzahl auch die Drehzahl
des Fahrzeug-Wechselstromgenerators.
Auf der anderen Seite werden aufgrund des Bedarfs nach zunehmend
höheren
Ausgangsleistungen der Fahrzeug-Wechselstromgeneratoren diese zunehmend
größer, und
zwar aufgrund der zunehmenden elektrischen Lasten, die durch Controller für Sicherheitsmerkmale
und andere elektrische Lasten gebildet werden. Somit besteht ein
Bedarf für
kleine Hochleistungs- und Niedrigkosten-Fahrzeug-Wechselstromgeneratoren.
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Ein
anderes Problem besteht in der Ventilator-Geräuschentwicklung und magnetischen
Störsignalen
einer Hilfsmaschine wie beispielsweise einem Fahrzeug-Wechselstromgenerator,
der mit einer relativ hohen Drehzahl angetrieben wird, was mehr
und mehr Sorgen bereitet. Dies ist deshalb der Fall, da Maschinenstörsignale
stark in den letzten Jahren reduziert wurden und zwar als Antwort
auf soziale Forderungen nach weniger Verkehrslärm und um den Handelswert der
Fahrzeuge erhöhen,
indem die Innenräume
ruhiger ausgeführt
werden. Eine typische Statorwicklung, die in einem herkömmlichen
Fahrzeug-Wechselstromgenerator verwendet wird, weist eine Struktur
auf, bei der zusammenhängende
Drähte
um einen Statorkern gewickelt sind. Zusätzlich wurden vielfältige Verbesserungen
hinsichtlich der Statorwicklungen vorgeschlagen, um die oben beschriebenen
Forderungen nach Kompaktheit, hoher Ausgangsleistung und niedriger
Geräuschentwicklung
zu erfüllen.
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Beispielsweise
offenbart die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. Sho 54-66406 das
Einschieben einer kollektiven Wicklung sukzessive in die Schlitze
des Stators von äußeren Schichten, um
dadurch zu verhindern, dass die Statorwicklung an einem Wicklungsende
eine Überkreuzung
hat und lang ausfällt.
Obwohl mit dieser Konstruktion die Drähte sich an dem Wicklungsende
nicht kreuzen, da sie von äußeren Schichten
zu den inneren Schichten der Schlitze in Aufeinanderfolge eingeführt sind,
ergibt sich ein anderes Problem dahingehend, dass ein toter Raum
innerhalb der Schlitze entsteht, da die äußeren Schichten der Wicklung
an der Außenseite
angeordnet werden und die inneren Schichten an der inneren Seite
in den Schlitzen angeordnet werden. Auf der anderen Seite führt ein
Versuch die Schlitze mit Wicklungen zu füllen, um dadurch keinen toten Raum
zurückzulassen
zu Drahtschichten-Überkreuzungen
untereinander und zwar zwischen der Innenseite der Schlitze und
dem Wicklungsende.
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Um
das Problem der Überschneidung
der Wicklung an dem Wicklungsende innerhalb der Schlitze zu überwinden,
schlägt
das japanische Patent Nr. 2927288 eine Technik vor, die eine Statorwicklung
verwendet, die aus einer Vielzahl von Leitersegmenten konstruiert
ist, um den Raumfüllfaktor der
Statorwicklung zu erhöhen
und zwar innerhalb der Schlitze und um einen hohen Kühlwirkungsgrad an
der Außenseite
der Schlitze in Kooperation mit dem Rotor zu erreichen. Bei dieser
Konstruktion sind die Enden der Vielzahl der Leitersegmente durch Schweißen aneinander
gebunden, um die Statorwicklung zu bilden. Die Verbindungsbereiche
werden daher auf eine hohe Temperatur während des Schweißvorgangs
erhitzt, was auch an der Nachbarschaft der Verbindungsbereiche erfolgt
und zwar aufgrund der Wärmeleitung.
Als ein Ergebnis werden die Isolationsfilme nahe den Verbindungsbereichen durch
die Wärmespannung
verschlechtert und die reduzierte Adhäsion der Filme an den Leitern
führt zu einem
Abschälen
und Rissbildung in den Filmen. Die Leitersegmente mit abgeschälten oder
gebrochenen Isolierfilmen können
einander überkreuzen
und Kurzschlüsse
verursachen, da sie dicht beieinander gelegen sind. Auch Fahrzeugvibrationen
und ähnliches können Kurzschlüsse an den
Leitersegmenten an dem Wicklungsende nahe den Verbindungsbereichen
bewirken, da der Isolationsfilm durch Reibung oder mechanische Stoßeinwirkung
aufgrund des Kontaktes zerstört
werden kann.
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Im
Hinblick auf diese Probleme schlägt
die Anmelderin der vorliegenden Erfindung in der offengelegten japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 2000-166148 eine Technik vor, um Spielräume zwischen den Leitersegmenten
vorzusehen, die radial aneinander gefügt sind und einander kreuzen
oder schneiden und zwar an dem Wicklungsende indem radiale Einschnitte
in den Leitersegmenten an den Kreuzungspunkten ausgebildet werden.
Der Querschnittsbereich des Leitersegments bleibt selbst an den
Einschnitten unverändert,
da der Eckenradius des rechteckförmigen
Querschnitts der Leitersegmente ausreichend groß ist, um das Verschieben oder
Versetzen von Material zu absorbieren, wenn die Einschnitte oder
Vertiefungen durch Pressen ausgebildet werden. Mit anderen Worten
wird der Spielraum, der durch die Ausbildung der Vertiefung vorgesehen
wird, durch den Eckenradius des rechteckförmigen Querschnitts und die
Weite des Leitersegments festgelegt.
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Jedoch
ist die Konstruktion, die in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2000-166148 offenbart ist, mit einem Problem dahingehend behaftet,
dass unter einer Bedingung, dass die Querschnittsfläche des
Leitersegments die gleiche sein soll und zwar vor und nach der Ausbildung der
Vertiefung, die Größe der Vertiefung
(oder die Tiefe der Vertiefung) kleiner wird und zwar proportional
zur Abnahme in den Eckenradius des rechteckförmigen Querschnitts oder zu
einer Zunahme in der Weite oder Breite des Leitersegments. Wenn
die Spielräume
zwischen sich kreuzenden Leitersegmenten nicht ausreichend groß bemessen
sind, kann der Isolierfilm teilweise durch Reibung oder mechanische
Stoßeinwirkung
beschädigt
werden und zwar aufgrund des Kontaktes, der einen Kurzschluss herbeiführen kann. Ähnliche
Probleme ergeben sich bei einer Wechselstromgenerator-Statorkonstruktion, wie
sie in der
EP 1 005
137 A1 offenbart ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dieses
Ziel bzw. Aufgabe gemäß der vorliegenden
Erfindung wird mit Hilfe eines Stators erreicht bzw. gelöst, der
im Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 2 definiert
ist.
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Im
Hinblick auf die bei den herkömmlichen Konstruktionen
auftretenden Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung
einen Stator für
eine rotierende elektrische Fahrzeugmaschine zu schaffen und auch
ein Herstellungsverfahren dafür
anzugeben, bei dem ausreichende Spielräume an den Überschneidungsabschnitten der
elektrischen Leiter an einem Wicklungsende vorgesehen werden, um eine
elektrische Isolation und eine Verbesserung des Kühlungswirkungsgrades
an dem Wicklungsende sicherzustellen.
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Somit
enthält
ein Stator für
eine rotierende elektrische Fahrzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung folgendes: einen Statorkern mit einer Vielzahl an
Schlitzen und einer Vielphasen-Statorwicklung, die aus einer Vielzahl von
elektrischen Leitern konstruiert ist, die miteinander verbunden
sind. Die elektrischen Leiter werden radial Seite an Seite innerhalb
der Schlitze aufgenommen und sind voneinander elektrisch isoliert.
Die elektrischen Leiter haben Enden, die sich außerhalb der Schlitze erstrecken
und miteinander verbunden sind, um ein Wicklungsende zu bilden.
Ein erster elektrischer Leiter an dem Wicklungsende ist so angeordnet,
dass er einen zweiten elektrischen Leiter an einem Punkt oder weiterliegend
schneidet, während
ein zweiter elektrischer Leiter sich an dem ersten elektrischen
Leiter in einer radialen Richtung anschließt. Eine radiale Vertiefung
ist in einer Seitenfläche
des ersten elektrischen Leiters ausgebildet und zwar gegenüber dem
zweiten elektrischen Leiter und zwar wenigstens an einer Überkreuzungsstelle
zwischen den benachbarten elektrischen Leitern. Die Vertiefung besitzt
eine Tiefe, die zu dem einen Ende des ersten elektrischen Leiters
hin zunimmt.
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Der
Endabschnitt des ersten elektrischen Leiters, der mit dem zweiten
benachbarten elektrischen Leiter verbunden wird, ist mit Isolationsfilmschwierigkeiten
behaftet wie beispielsweise einem Abschälen und einem Brechen oder
Rissbildung, verursacht durch die Hitze beim Schweißen. Da
jedoch die Vertiefung in der Seitenfläche des ersten elektrischen
Leiters gegenüber
dem zweiten elektrischen Leiter an der Kreuzungsstelle ausgebildet
ist und die Vertiefung eine Tiefe hat, die allmählich zu dem Ende hin zunimmt,
ergeben sich ausreichende Spielräume zwischen
den elektrischen Leitern an deren Überkreuzungsabschnitt nahe
den Enden. Die elektrische Isolation wird dadurch sichergestellt
und es wird auch der Kühlungswirkungsgrad
an dem Wicklungsende verbessert.
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Gemäß dem vorliegenden
Herstellungsverfahren eines Stators für eine rotierende elektrische Fahrzeugmaschine
enthält
der Stator einen Statorkern mit einer Vielzahl an Schlitzen und
eine Vielphasen-Statorwicklung. Der Stator ist mit Hilfe einer Vielzahl
von elektrischen Leitern, die miteinander verbunden sind, konstruiert.
Die elektrischen Leiter sind radial Seite an Seite innerhalb der
Schlitze aufgenommen und sind elektrisch voneinander isoliert und deren
Enden erstrecken sich zur Außenseite
der Schlitze hin und sind miteinander verbunden, um ein Wicklungsende
zu bilden.
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Das
Herstellungsverfahren dieses Stators umfasst die folgenden Schritte:
einen Schritt gemäß Ausbildung
einer Vertiefung in der radialen Richtung in einer Seitenfläche von
jedem der elektrischen Leiter, durch Pressen; einen Schritt gemäß Einführen der
Vielzahl der elektrischen Leiter in einer radialen Seite-an-Seite-Beziehung zueinander
in die Schlitze; einen Schritt gemäß Biegen von jedem der elektrischen
Leiter und radial benachbarter elektrischer Leiter in unterschiedlichen
Umfangsrichtungen um eine vorbestimmte Polteilung in solcher Weise,
dass die Vertiefungen, die in den jeweiligen Seitenflächen der benachbarten
elektrischen Leiter ausgebildet sind, einander in einer Gegenüberlage-Beziehung
kreuzen; und einen Schritt gemäß einem
Verbinden von einem Ende von jedem der elektrischen Leiter mit einem
Ende des benachbarten elektrischen Leiters.
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Bei
dem Schritt gemäß der Ausbildung
der Vertiefung werden die Vertiefungen in einer radialen Richtung
in den Seitenflächen
von jedem der elektrischen Leiter durch Pressen ausgebildet. Bei
dem Einschiebeschritt werden die Vielzahl der elektrischen Leiter
in die Schlitze in einer radialen Seite-an-Seite-Beziehung zueinander
eingeführt.
Bei dem Biegeschritt wird jeder der elektrischen Leiter und die
radial benachbarten elektrischen Leiter in unterschiedlichen Umfangsrichtungen
um eine vorbestimmte Polteilung gebogen, derart, dass die Vertiefungen,
die in den jeweiligen Seitenflächen
der benachbarten elektrischen Leiter ausgebildet sind, einander
kreuzen und einander gegenüberliegen.
Bei dem Verbindungsschritt wird ein Ende von jedem der elektrischen
Leiter mit einem Ende des benachbarten elektrischen Leiters verbunden.
Es werden somit radial aneinander gefügte elektrische Leiter mit
Vertiefungen in deren Seitenflächen
in solcher Weise ausgebildet, dass diese Vertiefungen einander in
einer Fläche-zu-Fläche-Beziehung
kreuzen oder schneiden. Daher wird die radiale Dicke der elektrischen Leiter
an deren Überkreuzungs-
oder Schneidungsabschnitten kleiner ausgeführt, wodurch die Spielräume zwischen
den elektrischen Leitern unmittelbar und zuverlässig sichergestellt werden.
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Die
Vertiefungen werden durch Pressen hergestellt und zwar in solcher
Weise, dass deren Tiefe zu einem Ende der elektrischen Leiter hin
zunimmt.
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Der
Endabschnitt eines ersten elektrischen Leiters an einem Wicklungsende,
welches an einen zweiten elektrischen Leiter gebunden ist, ist besonders
für eine
Isolationsfilmbeschädigung
empfänglich,
und zwar aufgrund der beim Schweißen entstehenden Hitze. Da
jedoch die Vertiefung in dem ersten elektrischen Leiter eine Tiefe
besitzt, die allmählich zu
dem Ende hin zunimmt, ergibt sich ein ausreichender Spielraum zwischen
den elektrischen Leitern an dem Überkreuzungs-
oder Überschneidungsabschnitt
nahe den Enden. Somit wird eine elektrische Isolation dadurch sichergestellt
und es wird auch der Kühlungswirkungsgrad
an dem Wicklungsende verbessert. Auch selbst dann, wenn der elektrische
Leiter einen kleinen Radius an den Ecken des rechteckförmigen Querschnitts
besitzt oder selbst dann, wenn das Leitersegment eine große Breite
besitzt, wird die Vertiefung unmittelbar und zuverlässig mit
einer ausreichenden Tiefe nahe dem Ende des elektrischen Leiters
sichergestellt.
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Bei
dem Herstellungsverfahren eines Stators für eine rotierende elektrische
Fahrzeugmaschine gemäß einer
speziellen Ausführungsform
werden bei dem Biegeschritt die elektrischen Leiter an deren Enden
festgeklemmt und werden gebogen, so dass sie verwunden oder verdrillt
werden. Der Biegeschritt umfasst einen zusätzlichen Schritt gemäß einem Rückwärtsverwinden
der elektrischen Leiter in einer entgegengesetzten Richtung an dem Überkreuzungspunkt
oder Überschneidungspunkt
zwischen den radial benachbarten elektrischen Leitern, so dass die
Vertiefungsfläche
in den Vertiefungen der radial benachbarten elektrischen Leiter
in einer im Wesentlichen parallelen Seite-an-Seite-Beziehung zueinander
steht.
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Selbst
wenn daher die elektrischen Leiter verwunden oder verdrillt werden,
werden die einander gegenüberliegenden
Vertiefungen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufend ausgebildet
und zwar durch das Zurückbiegen
oder Zurückverwinden an
den Überkreuzungs-
oder Überschneidungsabschnitten.
Demzufolge wird die radiale Dicke klein gehalten und es werden ausreichende
Spielräume
zwischen den elektrischen Leitern an deren Überschneidungsabschnitten sichergestellt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine Teil-Querschnittsansicht eines Stators der ersten Ausführungsform;
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3 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht eines Segments bei der
ersten Ausführungsform;
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Wicklungsende-Gruppenseite der
ersten Ausführungsform;
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5 ist
eine Seitenansicht der zweiten Wicklungsende-Gruppe der ersten Ausführungsform, gesehen
von der Innenseite des Stators aus;
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6 veranschaulicht
eine Draufsicht auf ein Segment, welches bei der ersten Ausführungsform
verwendet wird;
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7A ist
ein Diagramm, welches zeigt auf welche Weise eine Vertiefung durch
Pressen erzeugt wird,
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7B ist
eine vergrößerte Ansicht,
die die Vertiefung in der Nachbarschaft des Endes des Segments von 6 veranschaulicht;
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8 gibt
eine Draufsicht eines Segments gemäß dem Stand der Technik wieder;
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9 zeigt
eine vergrößerte Ansicht,
die Vertiefung in der Nachbarschaft des Endes des Segmentes von 8 darstellt;
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10 zeigt
eine Querschnittsansicht gemäß einer
Linie 11a-11a von 9 in einer Überlagerungsbeziehung mit einem
Querschnitt, entlang der Linie 11b-11b von 9;
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11A veranschaulicht eine Querschnittsansicht
eines Segments bevor eine Vertiefung ausgebildet wurde;
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11B veranschaulicht eine Querschnittsansicht
des Segments von 11A nachdem eine Vertiefung
ausgebildet worden ist;
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12A ist eine Querschnittsansicht eines Segments
mit einem kleineren Eckenradius als bei 11A bevor
eine Vertiefung ausgebildet worden ist;
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12B zeigt eine Querschnittsansicht des Segments
von 12A nachdem eine Vertiefung ausgebildet
worden ist;
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13A zeigt eine Querschnittsansicht eines
Segments mit einer größeren Breite
oder Weite als bei dem Segment von 12A bevor
eine Vertiefung ausgebildet worden ist;
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13B veranschaulicht eine Querschnittansicht
des Segments von 13A nachdem eine Vertiefung
ausgebildet worden ist;
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14 zeigt
eine Seitenansicht der zweiten Wicklungsende-Gruppe der ersten Ausführungsform und
zwar gesehen von der Innenseite des Stators aus;
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15 ist
eine perspektivische schematische Ansicht des großen und
kleinen Segments, welches in die Schlitze des Stators eingeführt werden;
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16 zeigt
eine schematische perspektivische Ansicht des großen und
des kleinen Segments, welches in die Schlitze des Stators eingeführt ist,
wobei jedes derselben in jeweiligen Umfangsrichtungen gebogen sind;
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17 veranschaulicht
eine schematische Ansicht der Segmente, gesehen von deren Enden aus,
um die Biegerichtungen zu veranschaulichen;
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18 ist
eine Querschnittsansicht der Überkreuzungs-
oder Überschneidungsabschnitte bei
herkömmlichen
Segmenten, die keine Vertiefungen aufweisen und auch nicht verwunden
oder verdrillt sind;
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19 zeigt
eine Querschnittsansicht von Überkreuzungs-
oder Überschneidungsabschnitten von
herkömmlichen
Segmenten, die keine Vertiefungen haben und auch nicht verwunden
sind;
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20 gibt
eine Querschnittsansicht von Überschneidungsabschnitten
von herkömmlichen Segmenten
wieder, die Vertiefungen aufweisen und verwunden sind;
-
21 ist
eine Querschnittsansicht von Überkreuzungsabschnitten
von Segmenten gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die Vertiefungen aufweisen und verwunden oder
verdrillt sind;
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22 zeigt
eine Draufsicht auf ein Segment, welches bei der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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23 ist
eine Querschnittsansicht des Segments und zwar entlang der Linie
23-23 in 22;
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24 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht des Segments entlang der Linie 24-24 in 22;
und
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25 zeigt
eine Querschnittsansicht entsprechend 24 und
zwar von einer modifizierten Ausführungsform der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
werden nun verschiedene Ausführungsformen
eines Stators für
eine rotierende elektrische Fahrzeugmaschine und deren Herstellungsverfahren unter
Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben, wenn sie bei einem Fahrzeug-Wechselstromgenerator
zur Anwendung gelangen.
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(Erste Ausführungsform)
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Die 1 bis 7 veranschaulichen eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei 1 eine Querschnittsansicht
von Hauptteilen eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators
wiedergibt und die 2 bis 7 erläuternde
Diagramme des Stators bei dieser Ausführungsform zeigen.
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Der
Fahrzeug-Wechselstromgenerator 1 enthält einen Stator 2,
der als Anker funktioniert, einen Rotor 3, der als Feldwicklung
arbeitet, ein Frontgehäuse 4a und
ein hinteres Gehäuse 4b,
die den Rotor 3 abstützen
und den Stator 2 von beiden Seiten mit Hilfe von Befestigungsschrauben 4c fixieren,
und enthält
Gleichrichter 5, um die Wechselstromenergie in Gleichstromenergie
umzuwandeln. Der Rotor 3 dreht sich einstückig oder
zusammenhängend
mit einer Welle 6 und enthält Lundell-Polkerne 7,
Feldwicklungen 8, Schleifringe 9 und 10 und
ein Luftblassystem, mit einem Diagonalstrom-Lüfter 11 und einem Zentrifugallüfter oder
-ventilator 12. Die Welle 6 ist an eine Riemenscheibe 20 angefügt und wird
durch eine Maschine (nicht gezeigt), die in dem Fahrzeug montiert
ist, in Drehung versetzt.
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Ein
typischer Lundell-Polkern 7 besitzt ein Paar von Polkernen.
Der Lundell-Polkern 7 enthält eine
Nabe 71, die an der Welle 6 angeordnet ist, Scheiben 72,
die sich radial von beiden Enden der Nabe 71 aus erstrecken
und zwölf
Klauenpole 73. Der Diagonalstrom-Lüfter 11 auf der Seite
der Riemenscheibe dreht sich zusammenhängend oder einstückig mit
dem Rotor 3 und besitzt Flügel an einer Basisplatte 111,
die an der Endfläche
des Polkerns 7 durch Schweißen oder ähnliches befestigt sind. Einige
dieser Flügel
sind in einem spitzen Winkel angeordnet, während andere in einem rechten
Winkel angeordnet sind und zwar in Bezug auf die Basisplatte 111.
Der Zentrifugallüfter 12 auf
der gegenüberliegenden
Seite der Riemenscheibe enthält
eine Basisplatte 121, die an der Endfläche des Polkernes 7 durch
Schweißen
oder ähnliches befestigt
ist, und Blätter
oder Flügel,
die in rechten Winkeln zu der Basisplatte angeordnet sind.
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Das
Gehäuse 4a, 4b enthält Lufteinlässe 41 an
einer axialen Endfläche
desselben. Auf beiden Seiten in der äußeren Umfangsfläche des
Gehäuses 4a, 4b sind
Luftauslässe 42 vorgesehen,
welche die Kühlluft
austragen, die jeweils an der Außenseite in einer radialen
Richtung einer ersten Wicklungsende-Gruppe 31a und einer
zweiten Wicklungsende-Gruppe 31b des Stators 2 positioniert
sind. Die Gleichrichter 5 sind an einem Ende des Fahrzeug-Wechselstromgenerators 1 auf
der gegenüberliegenden
Seite der Riemenscheibe vorgesehen. Das heißt die erste Wicklungsende-Gruppe 31a ist
in einer Übereinstimmungs-Positionsbeziehung
zu diesen Gleichrichtern 5 angeordnet.
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Der
Stator 2 ist aus einem Statorkern 32 gebildet,
der Schlitze 35 aufweist, ferner aus einer Statorwicklung,
die aus einer Anzahl von elektrischen Leitern gebildet ist wie beispielsweise
Kupferwicklungen, die in die Schlitze 35 eingepasst sind,
und aus Isolatoren 34 gebildet, die zwischen den Statorkern 32 und
die elektrischen Leiter eingefügt
sind, um dazwischen eine elektrische Isolation zu schaffen. Der Statorkern 32 ist
fest zwischen dem Paar des Front- und Heck-Gehäuses 4a und 4b in
Lage gehalten.
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2 zeigt
eine Teil-Querschnittsansicht des Stators 2, und 3 ist
eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die Gestalt eines
Segments 33 veranschaulicht, welches an dem Statorkern 32 montiert
ist. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Statorkern 32 mit
einer Vielzahl an Schlitzen 35 ausgestattet, um eine Vielphasen-Statorwicklung aufzunehmen.
Bei dieser speziellen Ausführungsform
sind zweiundsiebzig Schlitze 35 in regulären Intervallen angeordnet,
um eine Dreiphasen-Statorwicklung
zu bilden entsprechend der Anzahl der Pole in dem Rotor 3.
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Die
Statorwicklung ist in die Schlitze 35 des Statorkerns 32 eingepasst
und kann als diskrete elektrische Leiter betrachtet werden und in
dieser Hinsicht enthält
jeder der Schlitze 35 eine gerade Anzahl (bei dieser Ausführungsform
vier) an elektrischen Leitern. Diese vier elektrischen Leiter sind
in dem einzelnen Schlitz 35 aufgenommen und sind radial
von der Innenseite her zur Außenseite
des Statorkerns 32 hin ausgerichtet, wobei eine innerste Schicht,
eine innere mittlere Schicht, eine äußere mittlere Schicht und eine äußerste Schicht
gebildet sind. Diese elektrischen Leiter sind mit Polyamidimid oder ähnlichem
beschichtet, um einen Isolationsfilm 37 auf deren Oberfläche zu bilden.
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Die
Statorwicklung ist durch Verbinden dieser elektrischen Leiter in
einem vorbestimmten Muster gebildet. Bei dieser Ausführungsform
sind die elektrischen Leiter, die in den Schlitzen 35 in
radialer Ausrichtung aufgenommen sind, voneinander elektrisch isoliert,
deren Enden erstrecken sich zur Außenseite der Schlitze 35 hin.
Diese sich erstreckenden Enden auf der Seite der ersten Wicklungsende-Gruppe 31a sind
miteinander verbunden indem sie aus durchgehenden Drähten gebildet
sind, während
solche auf der Seite der zweiten Wicklungsende-Gruppe 31b durch
Verbinden oder Bonden miteinander verbunden sind. Einer dieser elektrischen
Leiter in jedem Schlitz 35 bildet ein Paar mit einem der elektrischen
Leiter in einem anderen Schlitz 35, der von diesem um einen
Abstand beabstandet ist, welcher einer vorbestimmten Polteilung
entspricht.
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Spezifischer
ausgedrückt
bildet ein elektrischer Leiter in einer vorbestimmten Schicht innerhalb von
einem Schlitz 35 mit einem elektrischen Leiter in einer
unterschiedlichen Schicht innerhalb eines unterschiedlichen Schlitzes 35 ein
Paar, welcher sich in einem Abstand entsprechend der vorbestimmten Polteilung
davon befindet. Diese Anordnung dient dazu, um bestimmte Spielräume zwischen
der Vielzahl der elektrischen Leiter an einem Wicklungsende sicherzustellen
und diese in einem gewünschten Muster
auszurichten. Beispielsweise bildet der elektrische Leiter 331a an
der innersten Schicht von einem Schlitz ein Paar mit dem elektrischen
Leiter 331b in der äußersten
Schicht eines anderen Schlitzes, der von diesem um eine Polteilung
im Uhrzeigersinn des Statorkerns 31 beabstandet ist. In ähnlicher Weise
bildet der elektrische Leiter 332a in der inneren Mittelschicht
von einem Schlitz ein Paar mit einem elektrischen Leiter 332b in
einer äußeren Mittelschicht
des anderen Schlitzes, der um eine Polteilung im Uhrzeigersinn des
Statorkerns 32 von diesem beabstandet ist.
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Diese
Paare von elektrischen Leitern sind miteinander über durchgehende Umlenkabschnitte 331c und 332c verbunden,
die an einem axialen Ende des Statorkerns 32 ausgebildet
sind. Somit umschreibt an diesem Ende des Statorkerns 32 der durchgehende
Draht, der die elektrischen Leiter der innersten und der äußersten
Schicht verbindet, den durchgehenden Draht, der die elektrischen
Leiter der inneren mittleren Schicht und der äußeren mittleren Schicht verbindet.
Mit anderen Worten wird an einem Ende des Statorkerns 32 der
Verbindungsabschnitt von einem Paar der elektrischen Leiter durch
den Verbindungsabschnitt des anderen Paares der elektrischen Leiter,
die in den gleichen Schlitzen aufgenommen sind, umschlossen. Die
Verbindungsabschnitte der elektrischen Leiter der inneren mittleren Schicht
und der äußeren mittleren
Schicht bilden eine innere Schicht des Wicklungsendes, und die Verbindungsabschnitte
der elektrischen Leiter der innersten Schicht und der äußersten
Schicht bilden eine äußere Schicht
des Wicklungsendes.
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Mittlerweile
bildet der elektrische Leiter 332a in der inneren mittleren
Schicht von einem Schlitz auch ein Paar mit einem spezifischen elektrischen Leiter
in der innersten Schicht des anderen Schlitzes, der von diesem im
Uhrzeigersinn des Statorkerns 32 um eine Polteilung beabstandet
ist. In ähnlicher
Weise bildet der elektrische Leiter 331b' in der äußersten Schicht des einen Schlitzes
ein Paar mit dem elektrischen Leiter 332b in der äußeren mittleren
Schicht des anderen Schlitzes, der im Uhrzeigersinn des Statorkerns 32 von
diesem um eine Polteilung beabstandet ist. Diese elektrischen Leiter
sind durch Bonden an deren (gegenüberliegenden) axialen Enden
des Statorkerns 32 miteinander verbunden.
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Daher
sind an dem anderen Ende des Statorkerns 32 die gebondeten
Abschnitte, welche die elektrischen Leiter der äußersten und der äußeren mittleren
Schichten verbinden, und die gebondeten Abschnitte, welche die elektrischen
Leiter der innersten und der inneren mittleren Schichten verbinden, Seite
an Seite in radialer Richtung angeordnet. Diese gebondeten Abschnitte
der elektrischen Leiter der äußersten
und der äußeren mittleren
Schicht und diejenigen der innersten und der inneren mittleren Schicht
bilden benachbarte Schichten des Wicklungsendes.
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Somit
sind an dem anderen Ende des Statorkerns 32 die Verbindungsabschnitte
der Paare der elektrischen Leiter Seite an Seite angeordnet und zwar
ohne Überlappung
untereinander. Ferner sind diese Vielzahl der elektrischen Leiter
aus Segmenten einer vorbestimmten Gestalt gebildet, die einen flachen
rechteckförmigen
Querschnitt und eine einheitliche Weite oder Breite aufweisen. Wie
in 3 gezeigt ist, bildet ein Ugestaltetes großes Segment 331 die
elektrischen Leiter der innersten und der äußersten Schichten, und ein
U-gestaltetes kleines Segment 332 bildet die elektrischen
Leiter der inneren mittleren Schicht und der äußeren mittleren Schicht.
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Ein
großes
Segment 331 und ein kleines Segment 332 bilden
ein Basissegment 33. Das Basissegment 33 kann
auch als ein "Leitersegment" oder einfach als
ein "Segment" in der folgenden
Beschreibung bezeichnet werden. Diese Basissegmente 33 sind
in die Schlitze 35 in einem regulären Muster eingepasst, um dadurch
eine Zweiwindungs-Wicklung
um den Statorkern 32 herum zu bilden. Die Segmente zur
Bildung eines Verbindungsdrahtes der Statorwicklung und zum Anschließen der ersten
Windung mit der zweiten Windung der Wicklung haben abweichende Gestalten
von den Basissegmenten. Die vorliegende Ausführungsform verwendet drei solche
irregulär
gestaltete Segmente. Die Verbindung zwischen der ersten Windung
und der zweiten Windung der Wicklung, wo die äußere Schicht und die innere
Schicht des Wicklungsendes verbunden sind, bilden ein irregulär gestaltetes
Wicklungsende.
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Im
Folgenden wird der Herstellungsprozess für die Statorwicklung beschrieben.
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Der
Herstellungsprozess des Stators 2 umfasst die folgenden
Schritte: einen Schritt gemäß Ausbildung
von radialen Vertiefungen in den Seitenflächen von jedem der Leitersegmente 331 und 332 durch
Pressen oder Drücken;
einen Schritt gemäß Einschieben
der Leitersegmente 331 und 332 in die Schlitze 35,
so dass sie in der radialen Richtung aneinandergefügt werden;
einen Schritt gemäß Biegen von
jedem der Leitersegmente und der benachbarten Leitersegmente (beispielsweise
der Leitersegmente 331a und 332a und 332b' und 331b') in unterschiedlichen
Umfangsrichtungen (im Uhrzeigersinn und entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn)
in einen vorbestimmten Polteilungswinkel in solcher Weise, dass die
Vertiefungen, die in den Seitenflächen der Leitersegmente ausgebildet
sind (beispielsweise bei 331a und 332a und 332b' und 331b') einander in
einer Fläche-zu-Fläche-Beziehung
schneiden oder kreuzen; und einen Schritt gemäß Bonden der Enden der Leitersegmente
an die Enden von deren radial sich anschließenden Leitersegmente (beispielsweise 331d' und 332d und 332e und 331e').
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Bei
dem Schritt der Ausbildung der Vertiefungen wird gemäß der Darstellung
in den 7A und 7B ein
Stempel auf einer Seite (auf der entgegengesetzten Seite eines geraden
Abschnitts 332b) eines geraden Abschnitts 331b des
Leitersegments angesetzt und es wird dann die andere Seite des geraden
Abschnitts 331b (die Seite, die dem geraden Abschnitt 332b gegenüberliegt)
durch einen konischen Stempel gepresst. Der Stempel ist in der lateralen
Richtung konisch ausgebildet, so dass dessen Vorsprung in der Pressrichtung,
die durch einen Pfeil angegeben ist, sich allmählich zu dem Ende des geraden
Abschnitts 331b hin vergrößert. Somit erreicht die ausgebildete
Vertiefung 331h eine allmählich anwachsende Vertiefung
und zwar zu dem einen Ende hin.
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Bei
dem Einführungsschritt
werden die Basissegmente 33 von einer axialen Seite des
Statorkerns 32 aus eingeschoben, derart, dass der Umlenkabschnitt 331c des
U-gestalteten großen Segments den
Umlenkabschnitt 332c des U-gestalteten kleinen Segments 332 umschreibt
oder umschließt.
Ein elektrischer Leiter 331a des großen Segments 331 wird
in die innerste Schicht von einem der Schlitze in dem Statorkern 32 eingeführt, während ein
elektrischer Leiter 332a des kleinen Segments 332 in
die innere mittlere Schicht des gleichen Schlitzes eingeführt wird.
Der andere elektrische Leiter 331b des großen Segments 331 wird
in die innerste Schicht eines verschiedenen Schlitzes eingeführt, der
um eine Polteilung von dem zuvor erwähnten Schlitz in Richtung des
Uhrzeigersinns des Statorkerns 32 beabstandet ist, während der
andere elektrische Leiter des kleinen Segments 332 in die äußere mittlere
Schicht des zweiten Schlitzes eingeführt wird.
-
Als
ein Ergebnis werden gemäß der Darstellung
in 2 die geradlinigen Abschnitte 331a, 332a, 332b' und 331b' dieser elektrischen
Leiter in einem Schlitz von der innersten Schichtseite zu der Außenseite
hin ausgerichtet. Die geradlinigen Abschnitte 332b' und 331b' bestehen aus
großem
und kleinem Segment, die jeweils Paare mit elektrischen Leitern
in einem verschiedenen (oder zweitem) Schlitz bilden, der um eine
Polteilung davon beabstandet ist. Da der elektrische Leiter 33 aus
einem U-gestalteten
Segment gebildet ist, zeigt dieser eine gewisse Rückspringneigung
in einer Richtung, in welcher die Umlenkabschnitte 331c, 332c gespreizt
werden. Demzufolge entsteht ein gewisser Spielraum zwischen den
geradlinigen Abschnitten 332a und 332b des kleinen
Segments 332.
-
Bei
dem Biegeschritt, nachdem also die großen und kleinen Segmente 331 und 332 eingeführt worden
sind, werden die geradlinigen Abschnitte 331a und 331b,
die an der äußeren Schicht
des Wicklungsendes positioniert sind, in einer Richtung gebogen,
in welcher sich das große
Segment 331 nach außen
hin öffnet,
so dass deren gebondete Enden 331d und 331e voneinander
weg positioniert werden und zwar um eine halbe Polteilung (was einem
und einem halben Schlitz bei dieser Ausführungsform entspricht). Die
geradlinigen Abschnitte 332a und 332b, die an
der inneren Schicht des Wicklungsendes positioniert sind, werden
in einer Richtung gebogen, in welcher das kleine Segment 332 sich
schließt,
so dass deren gebondete Enden 332d und 332e dichter
zueinander positioniert werden und zwar um eine halbe Polteilung.
Somit erfährt
die zweite Wicklungsende-Gruppe 31b ein Layout in solcher
Weise, dass die radial benachbarten elektrischen Leiter in Umfangsrichtung
und zwar in entgegengesetzten Umfangsrichtungen gebogen sind und radial
einander an einem Punkt oder an mehreren sich schneiden oder kreuzen.
-
Die
anderen Segmente 33 werden alle in der gleichen Weise in
jeden der Schlitze 35 eingepasst.
-
Bei
dem Verbindungsschritt oder Bondungsschritt werden die gebondeten
Enden 331e' und 332e der äußersten
und der äußeren mittleren Schichten
und die gebondeten Enden 332d und 331d' der inneren
mittleren und der innersten Schichten jeweils durch irgendeinen
Verbindungsvorgang aneinander gebondet und zwar durch Schweißen, Ultraschallschweißen, Lichtbogenschweißen oder durch
Verlöten,
um eine elektrische Verbindung zu erreichen. Der resultierende Stator
hat dann eine Erscheinung, wie sie in der perspektivischen Ansicht von 4 veranschaulicht
ist.
-
5 ist
eine Seitenansicht der zweiten Wicklungsende-Gruppe 31b,
gesehen von der Innenseite des Statorkerns 32 aus. 6 ist
ein Diagramm, welches ein großes
Segment und ein kleines Segment veranschaulicht, und 7B ist
ein vergrößerte Ansicht
der Ausnehmungen in 6. 8 zeigt
ein Diagramm, welches ein großes
Segment und ein kleines Segment gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht,
und 9 ist eine vergrößerte Ansicht einer Vertiefung 331h in 8.
Wie in den 6 und 8 gezeigt
ist, sind die großen
und die kleinen Segmente 331 und 332 mit Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h an
deren jeweiligen geradlinigen Abschnitten 331a, 331b, 332a und 332b an
den Flächen
ausgestattet, die einander gegenüberliegen,
wenn die Umlenkabschnitte 331c und 332c miteinander
in den Vielfachschichten ausgerichtet sind. Diese Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h sind über einen
Bereich P vorgesehen, der die Überschneidungsabschnitte 33c überdeckt,
wo die radial benachbarten elektrischen Leiter einander schneiden,
wenn die Segmente 33 in der Umfangsrichtung gebogen werden,
nachdem sie in die Schlitze 35 eingeführt worden sind.
-
Die
Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h sind
auf sich gegenüberliegenden
Seitenflächen
der radial benachbarten Leitersegmente über dem Bereich P ausgebildet,
der in den 5 und 6 gezeigt
ist. Mit anderen Worten besitzen die Leitersegmente eine geringere.
Dicke in dem Bereich, wo diese Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h ausgebildet
sind als der radialen Dicke an deren Enden von den Segmenten 331 und 332.
Es wird daher ein ausreichender Spielraum zwischen jedem benachbarten Leitersegment
in dem Bereich P sichergestellt, was seinerseits wiederum Isolation
zwischen den Leitersegmenten in dem Bereich P an dem Wicklungsende
erhöht,
wo sich diese einander schneiden oder überkreuzen. Dies verbessert
auch den Kühlungswirkungsgrad,
wenn Luft hindurchstreicht.
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Bei
den herkömmlichen
Leitersegmenten, die in 8 gezeigt sind, sind Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h der
großen
und der kleinen Segmente 331 und 332 parallel
zu der Länge
von deren geradlinigen Abschnitten 331a, 331b, 332a und 332b ausgebildet,
so dass die Leitersegmente an deren Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h eine einheitliche
Dicke haben. Im Gegensatz dazu sind bei der vorliegenden Ausführungsform
die Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h in
solcher Weise ausgebildet, dass die Dicke der Segmente sich zu dem
Wicklungsende hin vermindert oder reduziert wird (wo die Enden der
Segmente aneinander gebondet sind).
-
Beispielsweise
ist gemäß 7B eine
Vertiefung 331h in dem geradlinigen Abschnitt 331b eines
Segments bei dieser Ausführungsform
in typischer Weise so ausgebildet, dass dessen Tiefe hi nahe dem
Wicklungsende oder dem Ende des Leitersegments größer ist
als die Tiefe h2, die von dem Wicklungsende abliegt, oder es git
h1 > h2. Mit anderen
Worten sind die Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h so
ausgebildet, dass sie eine sich allmählich vergrößernde Tiefe zu den Enden hin
aufweisen, wo die benachbarten Leitersegmente aneinander gebondet
sind, so dass jede der Vertiefungen der Segmente eine konische oder
sich verjüngende
Gestalt aufweist (die Dicke des Segments reduziert sich zu den Enden
hin).
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Die
grundlegenden Vorteile der Ausbildung solch einer Verjüngung in
den Ausnehmungen werden weiter unten beschrieben.
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10 zeigt
einen Querschnitt entlang einer Linie 11a-11a von 9 in
einer Überlagerungsbeziehung
mit einem Querschnitt, der entlang der Linie 11b-11b von 9 verläuft. Der
11a-11a Querschnitt zeigt eine Querschnittskonfiguration des geradlinigen Abschnitts
des Leitersegments, und der 11b-11b Querschnitt zeigt eine Querschnittskonfiguration
der Vertiefung 33h des Leitersegments. Das Gleiche gilt für 331g, 332g und 332h.
Das Leitersegment besitzt, bevor es mit der Vertiefung 331h versehen
wird, einen rechteckförmigen
Querschnitt mit abgerundeten Ecken oder einen Querschnitt, der als
oval betrachtet werden kann, wie in 10 gezeigt
ist. Die abgerundeten Ecken haben einen Radius in einem Ausmaß, so dass
jegliche Verschiebung des Materials absorbiert wird, wenn die Vertiefung 331h durch
den Pressvorgang ausgebildet wird. Daher bleibt die Weite oder Breite
des Leitersegments die gleiche, wie diejenige, die in 10 gezeigt
ist, und zwar selbst bei den Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h.
Mit anderen Worten kann die Beziehung zwischen den Querschnittsbereichen
oder Querschnittsflächen
si zu s24, was durch diagonale Linien in 10 angezeigt
ist, in der folgenden Weise ausgedrückt werden: si = s21 + s22 + s23 + s24 (Gleichung 1)
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Die 11A und 11B zeigen
Querschnitte des Leitersegments vor und nach der Ausbildung der Vertiefungen. 11A zeigt einen Querschnitt vor der Ausbildung
der Vertiefungen (einen Querschnitt gemäß der Linie 11a-11a von 9,
und 11B zeigt einen Querschnitt nach
der Ausbildung der Vertiefungen (einen Querschnitt gemäß der Linie 11b-11b
von 9. W1 gibt die Weite oder Breite des Leitersegments
an, R11 den Radius der abgerundeten Ecken in dem rechteckförmigen Querschnitt
des Leitersegments vor der Ausbildung der Vertiefung 331h,
und R2 bedeutet den Radius der abgerundeten Ecken in dem rechteckförmigen Querschnitt
des Leitersegments nach der Ausbildung der Vertiefung 331h.
Wie aus den 11A und 11B ersehen
werden kann, bleibt die Weite W1 des Leitersegments vor und nach
der Ausbildung der Vertiefung unverändert. Das heißt, das
Verschieben des Materials, was auftritt, wenn eine Vertiefung in
einer Tiefe h gepresst wird, wird durch die abgerundeten Ecken absorbiert, die
dadurch schärfer
werden, das heißt
durch die Reduzierung im Radius von R11 auf R2 an den abgerundeten
Ecken des rechteckförmigen
Querschnitts des Leitersegments.
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Die 12A und 12B veranschaulichen
eine Änderung
in der Querschnittskonfiguration des Leitersegments, wenn eine Vertiefung
in einem Fall ausgebildet wird, bei dem das Leitersegment einen
kleineren Radius R12 als R11 in 11A an
den Ecken von dessen rechteckigem Querschnitt aufweist. Wenn die
Vertiefung so ausgebildet ist, dass die Gleichung 1 aufgestellt
werden kann, ist die Tiefe h' der Vertiefung
kleiner als die Tiefe h. Daher wird ein ausreichender Spielraum
an den Überkreuzungsabschnitten
der Leitersegmente nicht sichergestellt und es besteht ein Risiko
eines Kurzschlusses von Segmenten. Wenn auf der anderen Seite die
Vertiefung zwangsweise ausgebildet wird, so dass h' = h wird, so erleiden
die Leitersegmente einen Riss in deren Isolationsfilm, in welchem
Fall auch ein hohes Risiko eines Kurzschlusses der Segmente besteht.
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Als
nächstes
veranschaulichen die 13A und 13B eine Änderung in der Querschnittskonfiguration
des Leitersegments, wenn eine Vertiefung in einem Fall ausgebildet
wird, bei dem das Leitersegment eine größere Weite oder Breite W2 hat
als W1 in 11A. Wenn die Vertiefung
so ausgebildet werden soll, dass die Gleichung 1 aufgestellt werden kann,
ist die Tiefe h'' der Vertiefung kleiner
als die Tiefe h'.
Daher wird kein ausreichender Spielraum an den Überkreuzungsabschnitten der
Leitersegmente sichergestellt und hierbei entsteht somit das Risiko eines
Kurzschlusses. Wenn andererseits die Vertiefung zwangsweise so ausgebildet
wird, dass gilt h'' = h, können die
Leitersegmente einen Riss in deren Isolationsfilmen erleiden, in
welchem Fall ebenfalls ein hohes Risiko eines Kurzschlusses entsteht.
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Um
die obigen Darlegungen zu demonstrieren können dann, wenn der Radius
an den abgerundeten Ecken in dem rechteckförmigen Querschnitt des Leitersegments
zu klein ist oder wenn die Weite oder Breite des Leitersegments
zu groß ist,
die Vertiefungen nicht mit einer zufriedenstellenden Tiefe ausgebildet
werden, um in ausreichender Weise Spielräume an den Überschneidungsabschnitten der Leitersegmente
vorzusehen. Die Überschneidungsabschnitte 33c,
die in 5 gezeigt sind, speziell nahe den gebondeten Enden
an dem Wicklungsende sind für
eine Beschädigung
hinsichtlich der Isolationsfilme empfänglich wie beispielsweise ein Abschälen oder
Rissbildung, und zwar aufgrund der Hitze beim Schweißen. Es
ist daher wichtig ausreichend Spielräume zwischen den Leitersegmenten
nahe den gebondeten Enden sicherzustellen.
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Bei
dieser Ausführungsform
sind die großen und
die kleinen Segmente 331 und 332 mit Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h ausgestattet
und zwar mit einer umgekehrten Verjüngung oder konischen Ausbildung
in Bezug auf deren Tiefen, die zu den Segmentenden auf sich gegenüberliegenden Seiten
der Umlenkabschnitte 331c und 332c nahe den Segmentenden
zunehmen, die aneinander gebondet werden, und daher werden in ausreichender Weise
Spielräume
nahe von deren gebondeten Enden erzeugt. Selbst wenn es ferner schwierig
ist die Vertiefungen mit einer ausreichenden Tiefe auszubilden und
zwar aufgrund eines kleinen Eckenkrümmungsradius des rechteckförmigen Querschnitts
der Leitersegmente oder aufgrund einer großen Breite oder Weite der Leitersegmente,
ist es möglich,
ausreichend Spielräume
an den Überkreuzungsabschnitten
der Leitersegmente nahe bei deren gebondeten Enden an dem Wicklungsende
vorzusehen, wo ein Kurzschluss sehr wahrscheinlich auftreten könnte.
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Demzufolge
können
Vibrationen des Fahrzeugs nicht in einfacher Weise bewirken, dass
sich radial benachbarte elektrische Leiter an der zweiten Wicklungsende-Gruppe 31b einander
berühren
und dadurch wird auch das Risiko einer Beschädigung des Isolationsfilms 37 reduziert.
Auch wird ein Kurzschluss, der durch Kontaktbildung zwischen den
beschädigten
Abschnitten der Isolierfilme 37 verursacht wird, verhindert.
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Ferner
sind Spielräume
in der radialen Richtung der Überkreuzungsabschnitte 33c zwischen
benachbarten Leitersegmenten vorhanden. Aufgrund dieser Spielräume kann
ein zentrifugaler Luftstrom, der eine Umfangskomponente aufweist,
welche durch die inneren Lüfter
erzeugt wird, nicht nur durch diese maschenförmigen Luftdurchgänge 36 in
der zweiten Wicklungsende-Gruppe 31b hindurchströmen, sondern
auch durch die radialen Spielräume
in den Überkreuzungsabschnitten 33c zwischen
den Leitersegmenten. Somit wird das Wicklungsende sehr viel effektiver
gekühlt.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
sind die Vertiefungen 33ag, 331h, 332g und 332h über dem
Bereich P vorgesehen, der die gesamten Überkreuzungsabschnitte 33c der
radial benachbarten Leitersegmente überdeckt. Jedoch müssen diese
nicht notwendigerweise die gesamten Überkreuzungs- oder Überschneidungsabschnitte überspannen
und können
stattdessen beispielsweise gemäß der Darstellung
in 14 lediglich die Überschneidungsabschnitte Q
nahe den gebondeten Enden überdecken,
wo ein Kurzschluss mit größter Wahrscheinlichkeit
auftreten könnte.
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Die 5 und 14 zeigen
beide Beispiele, bei denen die Leitersegmente einander an zwei Stellen überkreuzen,
und wenn mehr als drei Überkreuzungsstellen
vorhanden sind, können
die Vertiefungen in solcher Weise vorgesehen werden, dass alle diese
drei oder mehrere Überkreuzungsstellen überdeckt
werden.
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Die
Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h müssen nicht
notwendigerweise flach gestaltet sein, sondern können auch gekrümmt bzw.
kurvenförmig
ausgebildet sein.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung werden selbst dann, wenn benachbarte
Leitersegmente an dem Wicklungsende einander in einem verdrillten
Zustand überkreuzen, Spielräume in den Überschneidungsabschnitten
von benachbarten Leitersegmenten sichergestellt und zwar indem radiale
Vertiefungen ausgebildet werden.
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Der
Herstellungsprozess des Stators 2 gemäß der zweiten Ausführungsform
umfasst folgendes: einen Schritt gemäß Ausbilden von Vertiefungen in
den Seitenflächen
von jedem der Leitersegmente 331 und 332, und
zwar durch Pressen, wobei die Vertiefungen geneigt verlaufen, so
dass sie in der radialen Richtung orientiert sind, wenn die Segmente
verdrillt oder verwunden werden; einen Schritt gemäß einer Einführung der
Leitersegmente 331 und 332 in die Schlitze 35,
so dass diese in der radialen Richtung aneinandergefügt werden;
einen Schritt gemäß Biegen
von jedem der Leitersegmente und von radial benachbarten Segmenten
(zum Beispiel 331a und 332a und 332b' und 331b') in unterschiedlichen
Umfangsrichtungen in einem vorbestimmten Polteilungswinkel in einer
Verdrillweise, derart, dass die Vertiefungen in den Seitenflächen der
benachbarten Leitersegmente ausgebildet werden (beispielsweise 331a und 332a und 332b' und 331b') und einander
in einer Fläche-zu-Fläche-Beziehung
kreuzen; und einen Schritt gemäß einem
Verbinden oder Bonden der Enden der Leitersegmente an die Enden
der radial aneinandergefügten
Leitersegmente (beispielsweise 331d' und 332d, und 332e und 331e').
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Bei
dem Biegeschritt, nachdem also die großen und kleinen Leitersegmente 331 und 332 in
den Statorkern 32 eingefügt worden sind, wie in 3 gezeigt
ist, werden die geraden Abschnitte 331a und 331b,
die an der äußeren Schicht
des Wicklungsendes positioniert sind, in einer Richtung gebogen,
in welcher das große
Segment sich nach außen
hin öffnet,
so dass deren gebondete Enden 331d und 331e voneinander
weg positioniert werden und zwar um eine halbe Polteilung (was einem
und einem halben Schlitz bei dieser Ausführungsform entspricht).
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Die
geraden Abschnitte 332a und 332b, die an der inneren
Schicht des Wicklungsendes positioniert sind, werden in einer Richtung
gebogen, in welcher sich das kleine Segment 332 schließt, so dass deren
gebondete Enden 332d und 332e dichter zueinander
gelangen und zwar um eine halbe Polteilung. Somit erhält die zweite
Wicklungsende-Gruppe 31b ein Layout in solcher Weise, dass
die radial benachbarten elektrischen Leiter in Umfangsrichtung und
zwar in entgegengesetzten Richtungen gebogen sind. Die großen und
die kleinen Segmente 331 und 332 können verwunden
oder verdrillt werden, wenn sie in der oben beschriebenen Weise
gebogen werden. Solch eine Verwindung würde jedoch beim Stand der Technik
bei den großen
und kleinen Segmenten 331 und 332 in solcher Weise
auftreten, wie dies weiter unten unter Hinweis auf die 15 und 16 erläutert wird.
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15 veranschaulicht
große
und kleine Segmente 331 und 332 von 3,
die in den Statorkern eingeführt
sind. Wie oben beschrieben ist werden, nachdem die Segmente in den
Statorkern eingeschoben worden sind, die großen und die kleinen Segmente 331 und 332 in
den Umfangsrichtungen gebogen, wie in 16 veranschaulicht
ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die großen und kleinen Segmente 331 und 332 in
entgegengesetzter Umfangsrichtung gebogen. Sei es als Beispiel einer
Reihe der gebondeten Enden 331d', 332d, 332e und 331e' herausgegriffen,
um zu erläutern
auf welche Weise die großen
und die kleinen Segmente 331 und 332 verwunden
oder verdrillt werden, was unter Hinweis auf die 15 und 16 und
auch 17 vorgenommen wird, welch letztere eine Ansicht
in Richtung des Pfeils R in 16 darstellt.
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Die
Enden 331d', 332d, 332e und 331e' an dem Wicklungsende
der großen
und der kleinen Segmente 331 und 332 werden durch
Verwindungs-Klemmbacken (jigs) 36 festgeklemmt und werden
entlang einer kreisförmigen
Bahn bewegt, so dass die Segmente um eine halbe Polteilung in der Umfangsrichtung
gebogen werden. Die Enden der Segmente werden nicht verwunden oder
verdrillt und werden parallel zueinander in einer einzelnen Anordnung
zu dem Zentrum des Stators hin angeordnet. Andererseits werden die
anderen Teile der Segmente, die nicht durch die Verwindungs-Klemmbacken 36 festgeklemmt
sind, verwunden oder verdrillt und zwar wenn die Segmente um eine
halbe Polteilung gebogen werden, da sie von dem Festhaltegriff der Klemmbacken
frei sind. Somit werden sie relativ zum Zentrum des Stators hin
schräg
angeordnet. 18 zeigt einen Querschnitt gemäß der Linie
18-18 in 5, gesehen in der Richtung des
Pfeils S in 16. Die Figur zeigt auf welche
Weise die sich kreuzenden Abschnitte P der Leitersegmente verwunden
werden.
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Wie
aus 18 ersehen werden kann, werden die innersten und
die äußeren mittleren
Schichten in einer Richtung verwunden, während die mittlere innere und
die äußerste Schicht
in der entgegengesetzten Richtung verwunden werden, wobei als Ergebnis
davon die abgerundeten Ecken der rechteckförmigen Querschnitte der Leitersegmente
gegen die gegenüberliegenden
Segmente anstoßen.
Die 19 und 20 zeigen
Querschnitte ähnlich
wie bei 18 von Verbindungsbereichen 331i, 332i, 331j und 332j von
herkömmlichen
Segmenten, die mit Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h an
den Überkreuzungsabschnitten
ausgestattet sind und zwar in der gleichen Ebene wie die Verbindungsbereiche
der Segmente. 19 veranschaulicht die Segmente,
die nicht verdrillt oder verwunden sind, und 20 veranschaulicht
diejenigen, die verwunden oder verdrillt sind. Der Spielraum C2
zwischen den Segmenten in den Überschneidungsabschnitten, wenn
diese verwunden worden sind, ist klar kleiner als der Spielraum
C1 zwischen den Segmenten, wenn sie nicht verwunden oder verdrillt
sind. Das heißt,
wenn die Segmente verwunden oder verdrillt sind, können ausreichende
Spielräume
in den Überschneidungsabschnitten
der Segmente nicht sichergestellt werden, wenn die Vertiefungen
in der gleichen Ebene wie die Verbindungsbereiche oder Verbindungsflächen ausgebildet
sind. Aufgrund dieser Tatsache sind die Isolationsfilme empfänglicher
gegenüber
einer Beschädigung
oder Zerstörung
und ein Kurzschluss kann sehr viel wahrscheinlicher auftreten.
-
Bei
der zweiten Ausführungsform
sind daher unter Berücksichtigung
der Verwindung der Verdrillung der sich überkreuzenden oder überschneidenden
Abschnitte der Leitersegmente die Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h in
Form von geneigten Seitenflächen
vorgesehen, wie dies in 21 gezeigt
ist, und zwar relativ zu den sich gegenüberliegenden Verbindungsbereichen
der radial benachbarten Leitersegmente. Somit sind die Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h radial
orientiert, wenn die Leitersegmente verwunden oder verdrillt sind, wobei
sich die Vertiefungen 331g und 332g gegenüberliegen
und die Vertiefungen 331h und 332h im Wesentlichen
parallel zueinander verlaufen. Als ein Ergebnis ist der Spielraum
C3 an den Überkreuzungsabschnitten 331c sehr
viel größer als
der Spielraum C2, der in 20 gezeigt
ist. Die unterbrochenen Linien in der Figur geben die Querschnitte
der Segmente vor der Ausbildung der Vertiefungen durch Pressen an.
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Die 22 bis 24 veranschaulichen
die großen
und kleinen Segmente 331 und 332 der zweiten Ausführungsform
vor der Verwindung oder Verdrillung. 22 ist
eine perspektivische Ansicht, 23 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 23-23 in 22 und 24 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 24-24 in 22. Die
unterbrochenen Linien in 24 geben
die Querschnitte der Segmente vor der Ausbildung der Vertiefungen durch
einen Pressvorgang an.
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Die
Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h sind über dem
Bereich P (siehe die 5 und 22) vorgesehen,
um die Überschneidungsabschnitte 33c zu überdecken,
wo die radial benachbarten Leitersegmente 33, nachdem sie
in die Schlitze 35 eingeführt worden sind, einander überschneiden, wenn
sie in der Umfangsrichtung verdrillt oder verwunden werden. Demzufolge
werden ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform
ausreichende Spielräume
an den Überschneidungsabschnitten
der Leitersegmente an dem Wicklungsende sichergestellt, wodurch
eine Beschädigung
von deren Isolationsfilmen und daraus resultierende Kurzschlüsse vermieden werden.
-
Bei
der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird die Verwindung
der Leitersegmente mit berücksichtigt
und somit werden die Vertiefungen so ausgebildet, dass sie geneigt
verlaufen, so dass sie radial orientiert sind, wenn die Segmente
nach dem Einschieben in die Schlitze 35 verwunden oder verdrillt
werden. Eine andere Option besteht darin die Vertiefungen an einer
Ebene parallel zu den Verbindungsbereichen bei dem Vertiefungs-Ausbildungsschritt
wie bei der ersten Ausführungsform
vorzusehen und, nachdem die Segmente verdrillt oder verwunden worden
sind und zwar gemäß dem Biegeschritt
die Segmente zurück
zu verwinden und zwar in einem zusätzlichen Schritt, so dass die
Vertiefungen 331g und 332g, 331h und 332h einander
gegenüberliegen
und zwar in einer im Wesentlichen parallelen Beziehung. 25 zeigt
eine Querschnittsansicht der Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h bei
einem modifzierten Beispiel der zweiten Ausführungsform entsprechend der 24 der
zweiten Ausführungsform.
Die unterbrochenen Linien in 25 geben
die Segmente an bevor diese bei dem zusätzlichen Schritt zurück verdrillt
worden sind. Bei diesem modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform
wird der Spielraum C4 an den Überkreuzungsabschnitten
größer ausgebildet
als der Spielraum C2 in 20 und
somit können
die gleichen Wirkungen wie diejenigen der zweiten Ausführungsform
erwartet werden.
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Ähnlich der
ersten Ausführungsform
müssen die
Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h nicht notwendigerweise
alle Überschneidungs-
oder Überkreuzungsabschnitte überspannen,
sondern können lediglich
einen Teil der Überkreuzungs-
oder Überschneidungsabschnitte
nahe den Enden überdecken,
die an andere Leitersegmente angeschweißt werden, wo eine Kurzschlussbildung
wahrscheinlicher auftreten könnte.
Wenn alternativ die Segmente einander kreuzen und zwar an drei oder
mehreren Überkreuzungsstellen,
können
die Vertiefungen an drei oder mehreren Überkreuzungsstellen ausgebildet
sein.
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Die
Vertiefungen 331g, 331h, 332g und 332h müssen nicht
notwendigerweise flach gestaltet sein, sondern können auch gekrümmt ausgebildet sein.
-
[Vorteile der Erfindung]
-
Wie
oben beschrieben wurde besitzt der Stator für die rotierende elektrische
Fahrzeugmaschine, wie dieser anhand der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, eine Vertiefung,
die an einer Seitenfläche
von einem elektrischen Leiter gegenüber einem anderen elektrischen
Leiter ausgebildet ist und zwar an deren Überkreuzungsabschnitt. Da die
Vertiefung eine Tiefe aufweist, die zu dem Ende hin allmählich zunimmt,
wird ein ausreichender Spielraum oder Raum zwischen den elektrischen
Leitern an deren Überkreuzungsabschnitt
nahe den Enden sichergestellt, an denen es wahrscheinlicher ist,
dass die Isolationsfilme beschädigt
werden und zwar durch die Hitze zum Zeitpunkt des Schweißvorganges.
Es wird dadurch eine elektrische Isolation sichergestellt und auch
der Kühlungswirkungsgrad
an dem Wicklungsende wird verbessert.
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Gemäß dem Stator
für eine
rotierende elektrische Fahrzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform
wird deren radiale Dicke klein gehalten, selbst wenn ein elektrischer
Leiter an dem Wicklungsende verwunden oder verdrillt ist. Es wird
daher ein ausreichender Spielraum zwischen den elektrischen Leitern
sichergestellt, was eine elektrische Isolation sicherstellt und
den Kühlungswirkungsgrad
an dem Wicklungsende verbessert.
-
Gemäß dem Stator
für eine
rotierende elektrische Fahrzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung wird eine radiale Vertiefung in dessen Seitenfläche ausgebildet,
die einer anderen einen in einer geneigten Weise gegenüberliegt. Selbst
wenn daher ein elektrischer Leiter verwunden oder verdrillt ist,
wird dessen radiale Dicke klein gehalten. Demzufolge kann ein ausreichender
Spielraum zwischen den elektrischen Leitern sichergestellt werden,
was eine elektrische Isolation sicherstellt und auch den Kühlungswirkungsgrad
an dem Wicklungsende verbessert.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren
für einen Stator
einer rotierenden elektrischen Fahrzeugmaschine nach der Erfindung
werden radial aneinander gefügte
elektrische Leiter ausgebildet und zwar mit Vertiefungen an deren
Seitenflächen
in solcher Weise, dass diese Vertiefungen einander kreuzen und zwar
in einer Fläche-zu-Fläche-Beziehung. Daher wird
die radiale Dicke der elektrischen Leiter an deren Überkreuzungsabschnitten
klein gehalten, wodurch Spielräume
zwischen den elektrischen Leitern unmittelbar und zuverlässig sichergestellt
werden. Da die Vertiefung, die in einem elektrischen Leiter ausgebildet
ist, eine Tiefe besitzt, die zu dem Ende hin allmählich zunimmt,
wird ein ausreichender Spielraum zwischen den elektrischen Leitern
an dem Überkreuzungsabschnitt
nahe den Enden sichergestellt. Es wird dadurch auch eine elektrische
Isolation erreicht und es wird der Kühlungswirkungsgrad an dem Wicklungsende
wesentlich verbessert. Auch selbst wenn der elektrische Leiter einen
kleinen Radius an den Ecken seines rechteckförmigen Querschnitts aufweist
oder selbst wenn das Leitersegment eine große Weite oder Breite besitzt,
wird die Vertiefung unmittelbar und in zuverlässiger Weise mit einer ausreichenden
Tiefe nahe dem Ende des elektrischen Leiters sichergestellt.