DE10156268C1 - Elektrische Maschine, insbesondere Starter-Generator - Google Patents

Abstract

Zur verbesserten Abfuhr der Verlustleistung ohne Vergrößerung des Einbauraums ist zumindest ein in engem Wärmekontakt mit dem Wickelkopf (2.1 bzw. 2.2) der Statorwicklung (2) der elektrischen Maschine stehender und von diesem aufgenommener Kühlkanal (3 bzw. 4) vorgesehen; vorzugsweise ist der Kühlkanal (3 bzw. 4) durch Einlage in den zunächst mit axialem Zwischenraum (5 bzw. 6) zu den Stirnseiten (1,1; 1.2) des Statorblechpaketes (1) gewickelten und anschließend nach dem Wickeln rückgeformten, vorzugsweise nach dem Backlack-Verfahren verfestigten Wickelkopf mitfixiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, insbesondere einen Starter-Generator, für eine Antriebsanord­ nung mit einer Verbrennungsmaschine oder dergleichen; derar­ tige Antriebsanordnungen sind insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen.

Für die üblicherweise im Triebstrang zwischen der Verbren­ nungsmaschine und einem ausgangsseitigen Getriebe angeordnete elektrische Maschine steht einerseits nur ein begrenzter Ein­ bauraum zur Verfügung und ist andererseits eine unvermeidbare elektrische Verlustleistung abzuführen oder eine entsprechen­ de Auslegung der Antriebsanordnung vorzusehen.

Durch die DE 199 05 366 C2 ist ein Triebstrang mit einem Starter-Generator alternativ zum Starten einer Brennkraftma­ schine oder zur Stromerzeugung bekannt, wobei radial außen zum Stator-Blechpaket ein gesonderter tangential umlaufender Kühlkanal vorgesehen ist, der an das Kühlsystem der Brenn­ kraftmaschine angeschlossen ist.

Durch die DE 198 46 220 A1 ist eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine eines von einer Verbrennungsmaschine an­ getriebenen Fahrzeuges derart bekannt, dass der Motorblock der Verbrennungsmaschine ein, z. B. mit einem Kühlkanal aus­ gestattetes, Kühlelement aufweist und die elektrische Maschi­ ne über ein Trägerelement derart mit dem Kühlelement verbun­ den ist, dass deren Verlustwärme thermisch in den Motorblock ableitbar ist.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll mit einfachen Mit­ teln ohne Vergrößerung des für die elektrische Maschine zur Verfügung stehenden Einbauraums eine verbesserte Abfuhr der unvermeidbaren Verlustleistung der elektrischen Maschine er­ reicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine elektrische Ma­ schine gemäß Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Ei­ ne elektrische Maschine mit dem ersten Teilmerkmal des An­ spruchs 1 ist durch die DE 31 35 223 A1 bekannt.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Kühlelement, insbesondere der Kühlkanal, lässt sich ohne Änderung der baulichen Vorgaben der elektrischen Maschine, insbesondere des Starter-Genera­ tors, in freien ungenützten Einbauräumen installieren, die durch die Konstruktion der elektrischen Maschine, insbesonde­ re durch das den Wickelkopf radial überragende Statorblech­ paket, an sich vorhanden sind. Eine Installierung und Fixie­ rung des Kühlelementes, insbesondere bei einem als Kühlele­ ment vorgesehenen Kühlkanal, ohne jegliche Konstruktionsände­ rung und zusätzliche Halterungsmittel ist dadurch möglich, dass der Kühlkanal in einen bei Einbringung der Wicklung zum Schutz vor einer Beschädigung von deren Wicklungsisolierung zunächst vorgesehenen axialen Zwischenraum verlegt und an­ schließend bei zur Reduzierung der axialen Baulänge vorgese­ hener Rückformung des Wickelkopfes gegen die Stirnseite des Rotorblechpaketes durch Wicklungsumfassung mitfixiert wird; die Fixierung des Wickelkopfes und damit des umfassten Kühl­ kanals erfolgt dabei in vorteilhafter Weise insbesondere durch Verwendung eines Backlack-Drahtes für die Statorwick­ lung und deren Wärme-Verbackung in der rückgeformten Stellung des Wickelkopfes; eine Fixierung des Wickelkopfes mit der er­ findungsgemäßen Halterungsaufnehme des Kühlelementes kann im Rahmen vorliegender Erfindung auch durch ein Vergießen, Trän­ ken oder Bandagieren erfolgen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol­ genden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung nä­ her erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ausschnittsdarstellung eine in ein Stator-Blechpaket eingebrachte Stator-Wicklung vor der axialen Rückformung des Wickelkopfes und mit in den axialen Zwischenraum zwischen Wickelkopf und Rotorblechpaket verlegtem, tangential umlaufen­ den Kühlkanal;

Fig. 2 die Ausschnitttsdarstellung aus Fig. 1 mit anderem Blick- bzw. Schnittwinkel;

Fig. 3 die Ausschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 nach dem Rückformen und Fixieren des Wickelkopfes mit um­ fasstem und dadurch mitfixiertem Kühlkanal;

Fig. 4-8 verschiedene Varianten der Verlegung bzw. Fixierung des Kühlelementes relativ zu einem Wickelkopf an der rechten Stirnseite des Blechpaketes eines Star­ ter-Generators.

Fig. 1, 2 zeigen in perspektivischer Darstellung den Aus­ schnitt aus einem Statorblechpaket 1, in dessen Nuten 1.3 ei­ ne Wicklung 2 mit je einen Wickelkopf 2.1 bzw. 2.2 bildenden Stirnverbindungen eingewickelt ist. Um beim Umlenken der aus den Nuten 1.3 heraus- bzw. in diese hereingeführten Wick­ lungsdrähte einer Beschädigung der Wicklungsisolierung an den Nutaußenkanten vorbeugen zu können, sind die Wickelköpfe an ihren den Stirnseiten 1.1 bzw. 1.2 des Statorblechpaketes 2 zugewandten Seiten unter Bildung eines entsprechenden Zwi­ schenraums 5 bzw. 6 in axialen Abstand gehalten.

In diesen Zwischenraum 5 bzw. 6 ist als Kühlelement jeweils ein Kühlkanal 3 bzw. 4 tangential bzw. konzentrisch zur Sta­ torachse umlaufend eingelegt, der über einen axialen Einlass­ stutzen 5.1 bzw. einen entsprechenden axialen Auslassstutzen 5.2 von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmt werden kann. Die zunächst in axialem Abstand zu den Stirnseiten 1.1 bzw. 1.2 des Statorblechpaketes 1 gewi­ ckelten Wickelköpfe 2.1 bzw. 2.2 werden gemäß Fig. 3 zur vor­ teilhaften Verkürzung der axialen Baulänge der elektrischen Maschine und zur Festigkeitsmaximierung gegen die Stirnseite 1.1 bzw. 1.2 des Statorblechpaketes 2 rückgeformt und in die­ ser Betriebsstellung, vorzugsweise durch Verbacken einer für die Statorwicklung 2 vorgesehenen Backlack-Isolierung, ver­ festigt. Erfindungsgemäß wird bei dem Rückformen der Wickel­ köpfe 2.1 bzw. 2.2 der zuvor eingelegte Kühlkanal 3 bzw. 4 umfasst und somit vorteilhaft mitfixiert. Zwischen der jewei­ ligen Stirnseite 1.1 bzw. 1.2 des Statorblechpaketes 1 und dem zurückgepressten Wickelkopf 2.1 bzw. 2.2 ist jeweils eine Isolations-Zwischenlage 7 bzw. 8 vorgesehen.

Fig. 4 zeigt in einem Schnittbild nochmals die Fixierung eines Kühlkanales 5 gemäß der vorhergehenden Erläuterung gemäß Fig. 1 bis 3.

Fig. 5, 8 zeigen die Anordnung eines Kühlelementes in Form ei­ nes Kühlstranges 9 mit angeformten Kühlrippen 9.1; 9.2 und ge­ mäß Fig. 6; 7 eines Kühlkanals 4 an der radialen Außenperiphe­ rie des Wickelkopfes 2.2, wobei der Kühlstrang 9 bzw. der Kühlkanal 4 gemäß Fig. 5; 6 mit einem, vorzugsweise einstückig verbundenen, Haltesteg 9.3 bzw. 4.3 in den Zwischenraum 6 des Wickelkopfes 2.2 reicht und dort durch Rückformung und Ver­ festigung des Wickelkopfes 2.2 nach dessen Rückpressen gegen die Stirnseite des Statorblechpaketes 1 mitfixiert und da­ durch gehaltert ist.

Fig. 7, 8 zeigen die Anordnung eines Kühlkanals 4 bzw. eines Kühlstranges 9 mit Kühlrippen 9.1; 9.2 an der radial äußeren Peripherie des Wickelkopfes 2.2, wobei der Kühlkanal 4 gemäß Fig. 7 durch eine Klebefixierung, insbesondere mittels eines wärmeleitenden Klebemittels, und der Kühlstrang 9 gemäß Fig. 8 mittels Klemmschluss relativ zum Wickelkopf 2.2 fixierbar ist.

Die Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden:
Zur verbesserten Abfuhr der Verlustleistung ohne Vergrößerung des Einbauraums ist zumindest ein in engem Wärmekontakt mit dem Wickelkopf 2.1 bzw. 2.2 der Statorwicklung 2 der elektri­ schen Maschine stehender und von diesem aufgenommener Kühlka­ nal 3 bzw. 4 vorgesehen; vorzugsweise ist der Kühlkanal 3 bzw. 4 durch Einlage in den zunächst mit axialem Zwischenraum 5 bzw. 6 zu den Stirnseiten 1.1; 1.2 des Statorblechpaketes 1 gewickelten und anschließend nach dem Wickeln rückgeformten, vorzugsweise nach dem Backlack-Verfahren verfestigten, Wi­ ckelkopf mitfixiert.

Claims (9)

1. Elektrische Maschine, insbesondere Starter-Generator, für eine Antriebsanordnung mit einer Verbrennungsmaschine oder dergleichen,
mit einem Statorblechpaket (1) mit von diesem aufgenomme­ ner Statorwicklung (2) mit zu dem Statorblechpaket (1) jeweils stirnseitigem, durch Stirnverbindungen der Sta­ torwicklung (2) gebildetem Wickelkopf (2.1 bzw. 2.2);
mit zumindest einem in engem Wärmeübergang zu dem Wickel­ kopf (2.1 bzw. 2.2) stehenden und von diesem aufgenomme­ nen, vorzugsweise konzentrisch umlaufenden, Kühlelement, insbesondere Kühlkanal (3 bzw. 4);
mit einem bei Einbringung der Statorwicklung (2) in das Statorblechpaket (1) zunächst jeweils unter Bildung eines Zwischenraums (5 bzw. 6) in axialem Abstand zu der jewei­ ligen Stirnseite (1.1 bzw. 1.2) des Statorblechpaketes (1) vorgesehenem und anschließend gegen die Stirnseite (1.1 bzw. 1.2) des Statorblechpaketes (1) rückgepresstem und in dieser Stellung fixiertem Wickelkopf (2.1 bzw. 2.2);
mit einer Anordnung des zumindest einen Kühlelementes, insbesondere des Kühlkanals (3 bzw. 4), in dem Zwischen­ raum (5 bzw. 6) und einer Halterungsaufnahme in dem gegen die Stirnseite (1.1 bzw. 1.2) des Statorblechpaketes (1) rückgepressten und fixierten Wickelkopf (2.1 bzw. 2.2).

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 mit einem im wesentlichen konzentrischen Verlauf des zu­ mindest einen Kühlelementes, insbesondere Kühlkanals (3 bzw. 4), entlang einer radial äußeren bzw. inneren Pe­ ripherie des Wickelkopfes (2.1 bzw. 2.2).

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 mit einer Klemmfixierung zwischen dem zumindest einen Kühlelement, insbesondere dem Kühlkanal (3 bzw. 4), ei­ nerseits und dem Wickelkopf (2.1 bzw. 2.2) andererseits.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 mit einer Klebefixierung, insbesondere mittels eines wär­ meleitenden Klebemittels, zwischen dem zumindest einen Kühlelement, insbesondere dem Kühlkanal (3 bzw. 4), ei­ nerseits und dem Wickelkopf (2.1 bzw. 2.2) andererseits.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 mit einer Anordnung eines mit dem Kühlelement, vorzugs­ weise einstückig, verbundenen Haltesteges (4.3 bzw. 9.3) in dem Zwischenraum (5 bzw. 6) und dessen Halterungsauf­ nahme in dem gegen die Stirnseite (1.1 bzw. 1.2) des Sta­ torblechpaketes (1) rückgepressten und fixierten Wickel­ kopf (2.1 bzw. 2.2).

6. Elektrische Maschine nach zumindest einem der Ansprüche 1-5 mit einer Fixierung des Wickelkopfes (2.1 bzw. 2.2) in seiner betriebsmäßigen rückgepressten End-Stellung durch entsprechende Erwärmung eines für die Statorwicklung (2) vorgesehenen Wicklungsdrahtes mit einer Backlack-Isolie­ rung.

7. Elektrische Maschine nach zumindest einem der Ansprüche 1-6 mit einem Kühlelement in Form eines, insbesondere von ei­ nem Kühlmedium durchströmten, Kühlkanals (3 bzw. 4).

8. Elektrische Maschine nach zumindest einem der Ansprüche 1-7 mit einem Kühlelement in Form eines, insbesondere mit Kühlrippen (9.1; 9.2) versehenen, Kühlstranges (9) bzw. Kühlbleches.

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8 mit einem axialen Einlassstutzen (3.1; 4.1) und einem axi­ alen Auslassstutzen (3.2; 4.2) zu dem Kühlkanal (3 bzw. 4).