DE3942768A1

DE3942768A1 - Elektrische maschine, vorzugsweise drehstromgenerator fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3942768A1
Application number: DE3942768A
Authority: DE
Inventors: Martin Mueller; Gerhard Pflueger; Kurt Weisserth; Bernhard Fakler; Klaus-Georg Dr Buerger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-07-08
Filing date: 1989-12-23
Publication date: 1991-01-17
Also published as: US5053658A; FR2649557A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, vorzugsweise einem Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der JA-Gebrauchsmusteroffenlegung 57-65 570 ist bereits bekannt, das Statorgehäuse eines Elektromotors zur Wärmeabführung mit Kühl rippen zu versehen, die gemeinsam mit den ringförmigen Räumen an den Wickelköpfen der Statorwicklung mit einem wärmeleitenden Formharz ausgefüllt sind. Die Wickelköpfe sind dabei in dem Formharz voll ständig eingebettet.

Ferner ist es aus der CH-PS 3 17 647 bekannt, äußere Lücken eines Stator-Blechpaketes von elektrischen Maschinen gemeinsam mit den Wickelköpfen der Statorwicklung mit einer Vergußmasse aus Gießharz oder dergleichen auszugießen bzw. zu umgießen. Die hier verwendeten Materialien zur Einbettung der Wickelköpfe bewirken zwar einen guten Schutz gegen mechanische Beschädigung der Wickelköpfe von außen, sie haben jedoch den Nachteil einer unbefriedigenden Wärmeableitung auf grund ungünstiger Wärmeleitwerte. Außerdem neigen die hier verwen deten Harze beim Aushärten zur Bildung von Lufteinschlüssen aufgrund relativ großer Schrumpfung.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, auf kostengünstige Wei se die Wärmeabführung von den Wickelköpfen nach außen zu verbessern.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Me tall-Druckguß-Legierung gute Wärmeleitwerte besitzt, so daß die Ver lustwärme aus den Wickelköpfen durch die relativ dünne Isolier schicht nahezu unmittelbar zu der Metall-Druckguß-Legierung gelangt und von dort rasch über die äußere Mantelfläche des Statorgehäuses abgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Schrumpfungsverhalten bestimmte Metall-Druckguß-Legierungen gegen über Vergußmassen praktisch zu vernachlässigen ist, so daß Luft einschlüsse zwischen der Isolierschicht der Wickelköpfe und der Metall-Druckguß-Legierung vermieden werden. Außerdem wird durch die die Wickelköpfe vollständig bedeckende Isolierschicht eine Beschä digung der Wickelköpfe durch das Vergießen der Metall-Druckguß-Le gierung verhindert.

Mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 2 wird die Einbettung der Wickelköpfe und das Metallgehäuse für den Stator der elektrischen Maschine in einem Arbeitsgang durch die Metall-Druck guß-Legierung hergestellt, so daß neben der guten Wärmeableitung von den Wickelköpfen auch noch eine erhebliche Kosteneinsparung bei der Herstellung der elektrischen Maschine erzielt wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentan spruch 1 angegebenen Merkmale. Besonders vorteilhaft ist dabei, als Metall-Druckguß-Legierung eine Zink-Legierung zu verwenden, da ein solches Material sowohl die für einen Gehäusewerkstoff erforderli chen Eigenschaften hat als auch ein geringes Schwindungsverhalten sowie eine relativ geringe Temperatur beim Gießvorgang aufweist, so daß an den Statorwicklungen dadurch keine Beschädigungen auftreten. Die elektrische Isolierschicht der Wickelköpfe besteht in vorteil hafter Weise aus einem ausreichend temperaturfesten Imprägnierharz, in dem zweckmäßigerweise das bewickelte Statorblechpaket mit den Wickelköpfen zunächst in ein flüssiges Imprägnierharz getaucht wird. Die Einbettung der Wickelköpfe in der Metall-Druckguß-Legierung er folgt erst, nachdem das Imprägnierharz ausgehärtet ist. Eine ge schlossene, die Wickelköpfe vollständig bedeckende Isolierschicht läßt sich in vorteilhafter Weise auch dadurch erreichen, daß die Wickelköpfe im erhitzten Zustand mit Kunststoffpulver beaufschlagt werden, das an der heißen Oberfläche der Wickelköpfe fest haftet und zu einer geschlossenen Kunststoffschicht von etwa 0,5 bis 1,0 mm Dicke zusammengeschmolzen bzw. aufgesintert wird. Dieses als Wirbel sintern bekannte Verfahren ist besonders umweltfreundlich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die obere Hälfte eines Drehstromgenerators mit sepa ratem Gehäuse im Querschnitt und

Fig. 2 die obere Hälfte eines Drehstromgenerators mit Gehäuse und Wickelkopfeinbettung in eintei liger Ausführung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Drehstromgenerator dient zur Stromversorgung von schweren Kraftfahrzeugen, Baumaschinen und der gleichen. Er besteht aus einem Ständer 11, auch Stator genannt, einem Leitstückläufer 12 in Klauenpolausführung, der auf einer An triebswelle 13 befestigt ist und einer feststehenden Erregerwicklung 14. Die Antriebswelle 13 ist mit ihrem hinteren Ende über ein Kugel lager 15 in einem Lagerschild 16 eines Metallgehäuses 17 des Gene rators aufgenommen. Auf der Antriebsseite ist die Antriebswelle 13 über ein weiteres Kugellager 18 von einem Antriebsflansch 19 des Generators aufgenommen, der das topfförmige Metallgehäuse 17 zur An triebsseite hin abschließt. Die Erregerwicklung 14 ist auf einem Magnetflußleitring 20 isoliert aufgebracht, der an seiner Stirnseite durch Schrauben 21 am Antriebsflansch 19 befestigt ist und durch den die Antriebswelle 13 hindurchragt. Der Leitstückläufer 11 ist auf der Antriebswelle 13 aufgeschrumpft und besteht aus zwei klauenpol förmig ausgebildeten, magnetisch voneinander isolierten Magnetleit stücken 12a und 12b, wobei die Leitstücke 12a und 12b durch zwei unmagnetische Halteringe 22 und 23 zusammengehalten werden. Der Antrieb erfolgt vorzugsweise von einer Brennkraftmaschine mittels Riementrieb über eine Riemenscheibe 24 am antriebseitigen Ende der Antriebswelle 13. Der Ständer 11 des Drehstromgenerators 10 besteht aus einem ringförmigen Ständerblechpaket 25, das auf der Innenseite genutet ist und in den nicht dargestellten Nuten eine dreiphasige Ständerwicklung 26 aufnimmt, deren Wickelköpfe 26a an beiden Stirn seiten des Ständerblechpaketes 25 aus den Nuten vorstehen. Zur Abführung der im Generator erzeugten Verlustwärme über die äußere Mantelfläche des Metallgehäuses 17 kann der Drehstromgenerator 10 in ein geschlossenes Kühlgehäuse eingesetzt und daran mit dem Antriebsflansch 19 befestigt werden, so daß durch das nicht dargestellte Kühlgehäuse fließendes Kühlmedium, z. B. Kühlwasser, die Verlustwärme abführt.

Um eine gute Ableitung der Verlustwärme aus den Wickelköpfen 26a zu erzielen, sind die Wickelköpfe 26a zunächst von einer elektrischen Isolierschicht 27 vollständig bedeckt und dann in eine Metall-Druck guß-Legierung als wärmeleitendes Material 28 eingebettet. Das wärme leitende Material 28 ist dabei zur Wärmeabführung flächig mit der Innenseite des Metallgehäuses 17 verbunden. Eine vollständige Ein bettung der Wickelköpfe 26a in das wärmeleitende Material 28 ist da bei nicht zwingend erforderlich, so daß die ringförmige Innenseite der Wickelköpfe 26a freibleiben kann. Die vollständige Abdeckung der Wickelköpfe 26a mit der Isolierschicht 27 wird im vorliegenden Fall mit einem Kunststoffpulver bewerkstelligt, das auf den Wickelköpfen 26a des zuvor erhitzten Ständers aufgesintert wird und dabei einen vollständig geschlossenen Kunststoffüberzug von etwa 1 mm Dicke be wirkt. Da das die Wickelköpfe 26a einbettende Material 28 sowohl einen guten Wärmeleitwert, ein geringes Schwundverhalten und einen deutlich unter Kupfer liegenden Schmelzpunkt aufweisen muß, um beim Druckgieß-Vorgang die Ständerwicklung 26 nicht zu beschädigen, wurde im vorliegenden Fall als wärmeleitendes Material 28 eine Zink-Druck guß-Legierung verwendet. Im vorliegenden Fall wird das Ständerblech paket 25 mit dem wärmeleitenden Material 28 am Außenumfang auf Maß abgedreht und anschließend wird das Metallgehäuse 17 im erhitzten Zustand auf den Ständer aufgeschrumpft, so daß das wärmeleitende Material 28 an seinem äußeren Umfang mit dem Metallgehäuse 17 flä chig gut wärmeleitend verbunden ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat der mit 30 bezeichnete Dreh stromgenerator mit Ausnahme des Metallgehäuses den gleichen Aufbau, so daß im Hinblick auf Fig. 1 für gleiche Teile gleiche Bezugszah len verwendet sind. Auch hier sind die Wickelköpfe 26a zunächst von einer elektrischen Isolierschicht 27 vollständig bedeckt. Abweichend vom Ausführungsbeispiel Fig. 1 sind die Wickelköpfe 26a jedoch hier in ein zugleich das Metallgehäuse 31 bildendes wärmeleitendes Mate rial aus einer Metall-Druckguß-Legierung eingebettet. Voraussetzung dafür ist, daß das verwendete Material auch als Gehäusewerkstoff ge eignet ist. Auch im vorliegenden Fall ist als wärmeleitendes Mate rial 31 eine Zink-Druckguß-Legierung zu verwenden, da höherschmel zende Metalle beim Gießvorgang die Ständerwicklung 26 beschädigen würden.

Claims

1. Elektrische Maschine, vorzugsweise Drehstromgenerator für Fahr zeuge mit einem oberflächengekühlten Ständer, einem Klauenpolläufer und einem Ständerblechpaket, das eine Ständerwicklung trägt, deren Wickelköpfe an beiden Stirnseiten des Ständerblechpaketes aus dessen Nuten vorstehen und das in ein Metallgehäuse eingesetzt ist, über dessen äußere Mantelfläche die Verlustwärme an ein Kühlmedium abzu führen ist, wobei die Wickelköpfe in einem wärmeleitenden Material elektrisch isoliert eingebettet sind und das mit dem Metallgehäuse wärmeleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickel köpfe 26a zunächst von einer elektrischen Isolierschicht (27) voll ständig bedeckt und dann in eine Metall-Druckguß-Legierung als wär meleitendes Material (28) eingebettet sind.

2. Elektrische Maschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Material (28) an seinem äußeren Umfang mit dem Metallgehäuse (17) flächig verbunden ist.

3. Elektrische Maschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelköpfe (26a) zunächst von einer elektrischen Isolier schicht (27) vollständig bedeckt und dann in eine zugleich das Me tallgehäuse (31) bildende Metall-Druckguß-Legierung als wärmeleiten des Material eingebettet sind.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeleitendes Material (28, 31) eine Zink-Druckguß-Legierung vorgesehen ist.

5. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierschicht (27) der Wickel köpfe (26a) ein Imprägnierharz ist.

6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierschicht (27) der Wickel köpfe (26a) eine aufgesinterte Kunststoffschicht ist.