-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen
Klauenpolgenerator, bei der durch bauliche Maßnahmen durch
Rotation der Erregerpole induzierte Druckschwankungen verringert
werden sollen. Aus der
US 5,519,277 ist
beispielsweise ein Klauenpolgenerator bekannt, der zur Verringerung
von Geräuschen zwischen zwei Klauenpolplatinen einen sogenannten
Klauenpolverschluss trägt, der die Pollücken derartig
verschließt, dass üblicher Weise über
derartige Pollücken induzierte Druckschwankungen und damit
verbundene Geräusche deutlich verringert sind. Nachteilig
ist bei einer derartigen Lösung, dass der konvektive Wärmetransport
von den Erregerpolen (Klauenpolen) und von der Erregerwicklung erheblich
verschlechtert wird, was durch das Verschließen der Pollücken
bedingt ist. Durch dieses Verschließen ist eine Luftströmung
zwischen den unterschiedlich gepolten Klauenpolen nicht mehr bzw.
nur äußerst eingeschränkt möglich,
so dass konvektiv bedingter Wärmetransport kaum noch möglich
ist.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine zur Verfügung
zu stellen, die einerseits ein gutes Geräuschverhalten
und andererseits gut gekühlte Bauteile aufweist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
elektrische Maschine mit den Merkmales des Anspruchs 1, wonach die
elektrische Maschine einen Stator mit Statorkern, Statornuten und
eine abschnittsweise in den Statornuten angeordnete Statorwicklung
aufweist und ein Teil der Statorwicklung außerhalb des
Statorkerns als Wickelkopf angeordnet ist und neben den Statornuten
angeordnete Teil der Statorwicklung mit dem Wickelkopf durch Wicklungsabschnitte
verbunden ist, die in Umfangsrichtung von Lücken unterbrochen
sind und radial innerhalb der Lücken ein Ring angeordnet
ist, hat den Vorteil, dass sich der Ring nur über den Bereich
erstreckt, wo die Druckschwankungen entstehen, d. h. radial gegenüber
den Lücken. Hierdurch sind die Oberflächendrücke
auf dem Rotor über dem Umfang im Bereich des Ringes nahezu
gleichbleibend. Sie bewegen sich nicht mit dem Rotor mit, sondern
sind ortsfest im nicht rotierenden Bezugssystem. Somit kommt es
zu einer deutlich verringerten Bildung von aeroakustischen Schallwellen,
die im Extremfall sogar verschwindend sind.
-
Eine
noch hinreichend geringe Geräuschentwicklung ergibt sich
dann, wenn die Lücken eine axiale Länge aufweisen
und der Ring mindestens 60% der axialen Länge überdeckt.
-
Eine
weitere Verbesserung des Geräuschverhaltens wird dann erzielt,
wenn der Ring teilweise radial innerhalb des Statorkerns angeordnet
ist. Besonders Gewicht sparend ist die Ausführung der elektrischen
Maschine dann, wenn der Ring mit seinem, dem Statorkern abgewandten
axialen Ende frei über Erregerpole kragt. In diesem Fall
weist der Ring axiale Abschnitte auf, die in Umfangsrichtung gesehen
an gleicher Position wie Erregerpole angeordnet sind, aber nicht
gänzlich über die gesamte axiale Länge
an dieser Stelle durch den Erregerpol gestützt werden.
-
Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ring beispielsweise aus
Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder beispielsweise auch aus
Stahl gefertigt ist. Wäre der Ring aus Aluminium bzw. einer
Aluminiumlegierung, ergäbe sich der große Vorteil,
dass einerseits der Ring nicht magnetisch ist, so dass der Ring
das Magnetfeld im Rotor nicht stört und andererseits über den
Ring Wärme von den Klauenpolwurzeln an denen der Ring befestigt
wäre, besonders gut abgeleitet würde.
-
Wäre
der Ring nicht nur aus einem unmagnetischen Material und des Weiteren
mit unterschiedlich gepolten Erregerpolen verbunden, so könnte
der Ring darüber hinaus eine Erregerpolaufweitung vermeiden
bzw. reduzieren.
-
Eine
besonders zuverlässige und das Material des Rings nicht
beeinträchtigende Befestigungsmethode besteht darin, den
Ring auf der nach radial außen gerichteten Seite der Erregerpole,
vorzugsweise durch Stoffschluss (Schweißen, ganz besonders
Löten und Kleben) zu befestigen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt
einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine, 2 zeigt
eine ausschnittweise Ansicht auf Erregerpole in axialer Ansicht.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In 1 ist
ein Längsschnitt durch eine elektrische Maschine 10,
ausgeführt als Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge,
dargestellt. Diese weist u. a. ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf,
das aus einem ersten Lagerschild 13.1 und einem zweiten
Lagerschild 13.2 besteht. Das Lagerschild 13.1 und
das Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen Stator 16 auf,
mit einem kreisringförmigen Statorkern 17 (Blechpaket),
in dessen innen offene und sich axial erstreckenden Statornuten
eine Statorwicklung 18 eingelegt ist. Der ringförmige
Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten
Oberfläche einen elektromagnetisch erregten Rotor 20,
der als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 besteht
u. a. aus zwei Klauenpolplatinen 22 und 23, an
deren Außenumfang sich jeweils in axialer Richtung erstreckende
Erregerpole (Klauenpolfinger) 24 und 25 angeordnet
sind. Beide Erregerpolplatinen 22 und 23 (Klauenpolplatinen) sind
im Rotor 20 derart angeordnet, dass ihre sich in axiale
Richtung erstreckenden Erregerpole 24, 25 am Umfang
des Rotors einander als Nord- und Südpole abwechseln. Es
ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Polzwischenräume
zwischen den gegensinnig magnetisierten Erregerpolen 24 und 25, welche
wegen der sich zu ihren freien Enden hin verjüngende Erregerpole 24 und 25 leicht
schräg zur Maschinenachse 26 verlaufen. Für
die folgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele der
Erfindung und in den Ansprüchen ist dieser Verlauf vereinfacht als
axial bezeichnet. Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und
je einem auf einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in
den jeweiligen Lagerschilden 13.1 bzw. 13.2 drehbar
gelagert. Er weist zwei axiale Stirnflächen auf, an denen
jeweils ein Lüfter 30.1 bzw. 30.2 befestigt
ist. Diese Lüfter 30.1 und 30.2 bestehen
im Wesentlichen aus einem plattenförmigen bzw. scheibenförmigen
Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen.
Diese Lüfter 30.1 und 30.2 dienen dazu, über Öffnungen 40 in den
Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch
zwischen der Außenseite und dem Innenraum der elektrischen
Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 an
den axialen Enden der Lagerschilder 13.1 und 13.2 vorgesehen, über
die mittels der Lüfter 30.1 und 30.2 Kühlluft
in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt
wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30.1 und 30.2 radial
nach außen beschleunigt, so dass sie durch die für
die Kühlluft durchlässigen Wickelköpfe 45 auf
der Antriebsseite 46 und auf der Elektronikseite hindurch
treten kann. Durch diesen Effekt werden die Wickelköpfe
gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem hindurch
Treten durch die Wickelköpfe 45 bzw. 46 bzw.
nach dem Umströmen dieser Wickelköpfe 45 und 46 einen
Weg radial nach außen durch nicht dargestellte Öffnungen.
In 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47,
die verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt.
So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine Schleifringbaugruppe 49 ab,
die eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom versorgt.
Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet,
der hier als Pluspolkörper wirkt. Als sogenannter Minuskühlkörper
wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und
dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet,
welche im Lagerschild 13.2 befestigte Minusdioden 58 und
in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden im Kühlkörper 53 in Form
einer Brückenschaltung miteinander verbindet.
-
Zwischen
einer Stirnfläche 60 des Statorkerns 17 und
dem Wickelkopf 45 befinden sich über den Umfang
des Statorkerns 17 verteilt in der Regel gleichmäßig
angeordnete Lücken 63. In analoger Weise befindet
sich auf der anderen Seite des Statorkerns 17 ebenfalls
eine Stirnfläche 66 und zwischen dem Wickelkopf 45 und
der Stirnfläche 66 weitere am Umfang des Statorkerns 17 gleichmäßig
angeordnete Lücken 69. Die Lücken 63 und 69 sind
durch Wicklungsabschnitte 72 und 75 getrennt;
beide Wicklungsabschnitte 72 und 75 stellen die
elektrische Verbindung zwischen dem in den Statornuten angeordneten
und außerhalb des Statorkerns 17 angeordneten
Wickelköpfen 45 dar. Wie gemäß 1 deutlich zu
erkennen ist, ist radial innerhalb der Lücken 63 und 69 an
beiden axialen Enden des Statorkerns 17 je ein Ring 78, 81 am
Rotor befestigt, der radial innerhalb der Lücken 63 und 69 angeordnet
ist.
-
Es
ist daher eine elektrische Maschine 10, insbesondere ein
Klauenpolgenerator, offenbart, mit einem Stator 16, wobei
der Stator 16 einen Statorkern 17 mit Statornuten
und eine abschnittsweise in den Statornuten angeordnete Statorwicklung 18 aufweist
und ein Teil der Statorwicklung 18 außerhalb des
Statorkerns 17 als Wickelkopf 45 angeordnet ist. Der
in den Statornuten angeordnete Teil der Statorwicklung 18 ist
mit dem Wickelkopf 45 durch Wicklungsabschnitte 63 bzw. 75 verbunden,
die in Umfangsrichtung von Lücken 63 bzw. 69 unterbrochen sind.
Radial innerhalb der Lücken 63 bzw. 69 ist
ein Ring 78 bzw. 81 angeordnet, wobei der Ring 78 bzw. 81 am
Rotor 20 befestigt ist.
-
Die
Lücken 63 und 69 weisen eine axiale Länge
auf, die hier abstrakt zu 100% gesetzt wird. Es ist vorgesehen,
dass der oder die Ringe 78 bzw. 81 zumindest 60%
der axialen Länge der Lücke 63 oder 69 oder
beider Lücken 63 und 69 überdeckt.
-
Des
Weiteren ist vorgesehen, dass der oder die Ringe 78 bzw. 81 derartig
angeordnet sind, dass diese teilweise radial innerhalb des Statorkerns 17 angeordnet
sind. Wie der 1 entnommen werden kann, ist
vorgesehen, dass der oder die Ringe 78 bzw. 81 mit
ihrem dem Statorkern 17 abgewandten axialen Ende frei über
die Erregerpole 24 bzw. 25 kragen.
-
2 zeigt
Ausschnittsweise einen Querschnitt durch den Rotor 20 und
den Stator 16. Deutlich zu erkennen ist der Statorkern 17 mit
seinem nach radial innen geöffneten Statornuten 85,
in denen ein Teil der Statorwicklung 18 eingesetzt ist.
Radial innerhalb des Statorkerns 17 ist der Rotor 20 angeordnet.
-
Stirnseitig
ist in einer Seitenansicht der Ring 78 erkennbar. Der in 2 dargestellte
Teil des Rotors 20 zeigt die Erregerpolplatine 23 mit
insgesamt 6 am Umfang verteilten Erregerpolen 25.
-
Für
den Fall, dass der Ring 78 bzw. 81 mit unterschiedlich
gepolten Erregerpolen 24 bzw. 25 verbunden ist,
müssen diese aus einem unmagnetischen Material bestehen,
um einen elektromagnetischen Kurzschluss zwischen zwei unterschiedlich gepolten
Erregerpolen 24 und 25 zu verhindern. Der Ring 78 bzw. 81 kann
wie hier dargestellt, auch nur mit gleichpoligen Erregerpolen 24 bzw. 25 verbunden sein.
-
Der
Ring 78 bzw. 81 ist auf der nach radial außen
gerichteten Seite der Erregerpole 24 bzw. 25 angebracht
und vorzugsweise durch Stoffschluss befestigt. Dabei kommen als
Fügeverfahren sowohl das Schweißen als auch das
Löten aber auch das Kleben in Frage.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-