DE10154332A1 - Hochleistungsrotoraufbau - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen axial drehbaren Rotor für einen elektrischen Generator. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Rotorwicklung innerhalb von zwei Polstückelementen eingeschlossen, die jeweils mehrere flanschartige Magnetpole aufweisen, die sich, ausgehend von einer flachen Basisseite, erstrecken. Jeder dieser flanschartigen Magnetpole weist eine Rückhaltestruktur auf dem gegenüberliegenden Ende, ausgehend von der flachen Basisseite, auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt diese Rückhaltestruktur die Form eines Zusatzflansches ein. Wenn die zwei Polstückelemente um die Rotorwicklung herum im Kämmeingriff miteinander stehen, erstrecken sich die Zusatzflansche von jedem Polstückelement über die flache Basisseite des gegenüberliegenden Polstückelements hinaus und erlauben das Einführen eines Ringes oder eines anderen Befestigungsmittels auf die Zusatzflansche.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet von Rotoren zur Verwendung in elektrischen Generatoren und Motoren. Ins­ besondere betrifft die Erfindung elektrische Dynamorotorauf­ bauten mit einer Vielzahl von Magnetpolen.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

In der Vergangenheit haben Rotoren einen Feldkernaufbau ge­ nutzt, der aus zwei Polstückelementen mit dreieckigen Magnet­ polen besteht, die aufeinander folgend sich miteinander im Kämmeingriff befinden. Dieser Kernaufbau deckt eine Rotor­ wicklung ab, durch die Strom geleitet wird, um einen Magnet­ fluss zu erzeugen. Der Stator und die Rotorwicklung erzeugen einen Wechselstrom, wenn der Rotor in einem Magnetflussfeld umläuft. Der Stator befindet sich in einer Position, in der zwischen dem Rotor und dem Stator ein Zwischenraum bzw. ein Spaltraum vorliegt.

Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik ist bekannt, dass es für die Leistungsabgabe des Generators zweckmäßig ist, wenn der Spaltraum zwischen dem Rotor und dem Stator so klein wie möglich gehalten wird. Auf Grund der Magnet- und Zentri­ fugalkräfte, die an den Polstückelementen anliegen, neigen diese dazu, sich während der Drehung in Auswärtsrichtung zu verformen, wodurch sie gegebenenfalls in Kontakt mit dem Sta­ tor gelangen, wenn die Verformung den Spaltraum überbrückt.

Ein Kontakt mit dem Stator ist unerwünscht, weil er die Dre­ hung des Rotors behindert und den Stator, die Pole oder beide möglicherweise beschädigt. Selbst eine geringe Beschädigung kann das Drehgleichgewicht des Rotors beeinträchtigen, wo­ durch eine Vibration sowie andere, harmonisch induzierte Kräfte entstehen, die den Rotor oder die umgebenden Bauteile zusätzlich beschädigen. Um diesen Kontakt zu vermeiden, kann der Spaltraum vergrößert werden. Hierdurch wird jedoch die Leistungsabgabe der elektrischen Maschine verringert.

In der U.S. Patentschrift Nr. 5 903 084 ist der Versuch er­ läutert, dieses Problem zu lösen, indem Magnete zwischen be­ nachbarten, dreieckigen Polen angeordnet werden, wodurch eine gewisse Flussleckage verhindert wird, und indem ein unmagne­ tisches Band um den Außenumfang des Rotoraufbaus angeordnet wird. Diese Lösung ist jedoch mit ihren eigenen Nachteilen behaftet, insofern eine gewisse Verformung weiterhin auf­ tritt. Nachteilig ist ferner, dass das Band aus einem teuren, unmagnetischen Material hergestellt werden muss, um eine Flussleckage von den gegenüberliegenden Polstücken des Rotor­ aufbaus zu verhindern. Das um den Umfang des Rotors angeord­ nete, zusätzliche Material wurde außerdem in einer Nut ange­ ordnet, die in sämtliche der Polstücke geschnitten war. Diese Nut führt zu einem zusätzlichen Spaltraum zwischen dem Rotor und dem Stator, was zu einer Verringerung der Leistungsabgabe der elektrischen Maschine beiträgt.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform einen axial drehbaren Rotor für einen elektrischen Generator. Eine Rotorwicklung ist innerhalb von zwei Polstückelementen eingeschlossen, von denen jedes mehrere flanschartige Magnet­ pole aufweist, die sich, ausgehend von einer flachen Basis­ seite, erstrecken. Jeder der flanschartigen Magnetpole weist eine Rückhaltestruktur auf dem gegenüberliegenden Ende, aus­ gehend von der flachen Basisseite, auf. Gemäß einer bevorzug­ ten Ausführungsform besitzt die Rückhaltestruktur die Form eines Teilflansches bzw. Zusatzflansches. Wenn die zwei Pol­ stückelemente gemeinsam um die Rotorwicklung in Kämmeingriff gebracht werden, erstrecken sich die Zusatzflansche von jedem Polstückelement über die flache Basisseite des gegenüberlie­ genden Polstückelements hinaus, wodurch ein Ring oder ein an­ deres Befestigungsmittel auf den Zusatzflanschen angebracht werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung sind mehrere Permanentmagnete unter zumin­ dest einem der flanschartigen Magnetpole angeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird lediglich ein einziges Polstückelement verwendet und es schließt die Rotorwicklung selbst vollständig ein.

Die Erfindung kann auch verkörpert sein in einem Verfahren zum Verhindern einer auswärts gerichteten Auslenkung bzw. Ab­ lenkung der flanschartigen Magnetpole der Polstückelemente während der Rotation bzw. Drehung des Rotors. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen von Rückhaltestrukturen auf den Enden der flanschartigen Magnetpole und Festlegen der flanschartigen Magnetpole durch Anbringen eines ringförmigen Befestigungsmittels an diesen Rückhaltestrukturen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Rück­ haltestrukturen die Form von Zusatzflanschen. Die Befesti­ gungsmittel können außerdem Befestigungselemente oder Klam­ mern sein. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des Ver­ fahrens können die Befestigungsmittel an den Zusatzflanschen befestigt werden durch Klebstoff, durch Schneiden einer Nut in den Zusatzflansch zum Einpassen der Befestigungsmittel, oder durch Aufwärtsbiegen des Zusatzflanschen nach Anordnen der Befestigungsmittel auf dem Zusatzflansch, wodurch dieser an Ort und Stelle verriegelt wird.

Die vorliegende Erfindung erzielt eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Die Befestigungsmittel ver­ hindern die Auswärtsauslenkung der flanschartigen Magnetpole während der Drehung. Dies hält die flanschartigen Magnetpole davon ab, den Stator zu kontaktieren. Da die auswärts gerich­ tete Auslenkung der flanschartigen Magnetpole deutlich ver­ ringert ist, kann der elektrische Generator so erstellt wer­ den, dass er zwischen den Magnetabschnitten des Motors und des Stators einen radial sehr kleinen Spaltraum besitzt. Ein kleinerer Spaltraum führt zu einer erhöhten Leistungsabgabe der elektrischen Maschine.

Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung besteht in der Tatsache, dass jedes Befestigungs­ mittel ausschließlich eines der zwei Magnetpolstücke kontak­ tiert. Dies bedeutet, dass sie ausschließlich eine Magnetpo­ larität kontaktieren, entweder den Nordpol oder den Südpol. Auf Grund dieses Merkmals wird die Magnetflussleckage minimal gehalten. Dieses Merkmal erlaubt die Verwendung sowohl von magnetischen als auch unmagnetischen Materialien für die Be­ festigungsmittel, was dem Nutzer wiederum eine große Auswahl hinsichtlich des Materials zur Verfügung stellt. Der erfin­ dungsgemäße Aufbau ist außerdem einfacher herstellbar als derjenige gemäß dem Stand der Technik.

Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Tatsache, dass jedes Befestigungsmittel außerhalb des Spaltraums zwischen dem Rotor und dem Stator zu liegen kommt.

Dadurch wird das beim Stand der Technik auftretende Problem verhindert, demnach eine Nut in den Umfang des Rotors ge­ schnitten werden muss, was wiederum zu einer Vergrößerung des Spaltraums und einer Verringerung der Leistungsabgabe der elektrischen Maschine führt.

Es wird bemerkt, dass sowohl das vorstehende Kapitel mit der Bezeichnung "Zusammenfassung" wie die folgende Beschreibung lediglich beispielhaft und erläuternd erfolgen, und dass die Erfindung ansonsten durch die Ansprüche festgelegt ist. Die Erfindung lässt sich am besten verstehen aus der nachfolgen­ den, detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anlie­ genden Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG MEHRERER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN

Diese sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung er­ schließen sich vollständig aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen; in diesen zeigen:

Fig. 1 die Auslenkung eines Polstücks gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Polstücke und der Feldwicklung gemäß der vorliegenden Erfindung in nicht zusammengebautem Zustand;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines flanschartigen Magnetpols ge­ mäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung unter Darstellung eines Zusatzflansches;

Fig. 3A eine Seitenansicht des in Fig. 3 gezeigten Zusatz­ flansches unter Darstellung einer Halterungsnut;

Fig. 3B eine Seitenansicht eines Zusatzflansches gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3C eine Seitenansicht eines Zusatzflansches gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3D eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines flanschartigen Magnetpols und eines Zusatzflansches gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Ansicht einer Ausführungsform eines ringförmigen Befestigungsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung in de­ montiertem Zustand;

Fig. 6 eine Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung unter Darstellung des ringförmigen Befestigungsmit­ tels von Fig. 6 in montierter Position;

Fig. 7 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfin­ dung unter Darstellung optionaler Permanentmagnete;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausfüh­ rungsform der Erfindung ohne montierte Befestigungsmittel;

Fig. 9 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfin­ dung unter Darstellung montierter Befestigungsmittel, die je­ weils beide Polstücke berühren;

Fig. 9A eine Querschnittsansicht der bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung unter Darstellung montierter Befestigungs­ mittel, die jeweils ausschließlich eines der Polstücke berüh­ ren;

Fig. 10 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines flanschartigen Magnetpols gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem optionalen Permanentmagneten in montierter Position;

Fig. 11 eine Schnittansicht einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb einer flüssigkeitsgekühlten Lichtmaschine;

Fig. 12 einen Spaltraum zwischen dem Rotor und dem Stator bei einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 einen Rotor gemäß dem Stand der Technik mit einem um seinen Umfang festgelegten Band.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In den Figuren zeigt Fig. 1 ein Standardpolstück 10 gemäß dem Stand der Technik. Fig. 13 zeigt einen Rotor gemäß dem Stand der Technik unter Verwendung des Standardpolstücks 10 und ei­ nes auf Kohlenstoff basierenden Bandes 11, das um den Umfang des Rotors geschlungen ist. Während der Drehung liegt eine Magnetanziehung zwischen einem Polstück 10 des Rotors 14 und dem Stator 12 vor. Dieses Anziehen, zusammen mit der Zentri­ fugalkraft, bereit gestellt durch die Drehung, führt dazu, dass das Polstück 10 sich in der durch die Linie 16 gezeigten Auswärtsrichtung in Richtung zum Stator 12 verformt. Diese Auswärtsverformung kann den Rotor 14 ggf. veranlassen, in Kontakt mit dem Stator 12 zu gelangen, wodurch sowohl der Ro­ tor 14 wie der Stator 12 beschädigt werden. Um dies zu ver­ hindern, muss eine Rotorkonstruktion unter Verwendung eines in Fig. 1 gezeigten Polstücks 10 einen ausreichend breiten Spaltraum 19 aufweisen, so dass jegliche Auswärtsauslenkung den Rotor 14 und den Stator 12 nicht veranlassen, in Kontakt zu gelangen. Dieses entsprechend große Ausbilden des Spalt­ raums 19 führt zu einer verringerten Leistungsabgabe der elektrischen Maschine.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Befestigungsmittel dahingehend wirken, dass eine Aus­ wärtsverformung der Polstücke 10 entlang den Linien 16 wäh­ rend der Drehung nicht auftritt. Dies erlaubt es, dass der elektrische Generator mit einem kleineren Spaltraum 19 zwi­ schen dem Rotor 14 und dem Stator 12 erstellt werden kann. Je schmaler der Spaltraum 19 ist, desto größer ist die Leis­ tungsabgabe der elektrischen Maschine.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Rotors 14 in nicht mon­ tiertem bzw. demontiertem Zustand. Die Figur zeigt außerdem ein erstes Polstück 18 und ein zweites Polstück 20 sowie die Feldwicklung 22. Die Feldwicklung 22 besteht bevorzugt aus einem Draht 24, der um eine Plastikspule 26 kontinuierlich gewickelt ist. Das erste Polstückelement 18 weist eine flache Basisseite bzw. -fläche 28 auf, die bevorzugt Kreisform und einen Durchmesser besitzt, der sich allgemein radial ausge­ hend von der Drehachse 38 des Rotors 14 erstreckt, und mehre­ re flanschartige bzw. mit Flansch versehene Magnetpole 30A, die sich axial ausgehend von dort erstrecken. Die bevorzugte Form der flanschartigen Magnetpole 30A ist die Dreiecksform. Die Form der flanschartigen Magnetpole 30A kann jedoch auch eingestellt werden, falls erforderlich. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt jeder flanschartige Magnetpol 30A eine Rückhaltestruktur in Form eines Zusatz­ flansches 32, die bzw. der auf einem distalen Ende 34 des flanschartigen Magnetpols 30A festgelegt ist. Das zweite Mag­ netpolstück 20 weist eine flache Basisseite bzw. -fläche 36 auf, die bevorzugt Kreisform besitzt und einen Durchmesser, der sich allgemein radial ausgehend von der Drehachse 38 des Rotors 14 erstreckt, und mehrere flanschartige Magnetpolstü­ cke 30B, die sich axial ausgehend von dort erstrecken. Die bevorzugte Form der flanschartigen Magnetpole 30B ist die Dreiecksform. Die Form der flanschartigen Magnetpole 30B kann jedoch auch eingestellt werden, falls erforderlich. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt jeder flanschartige Magnetpol 30B eine Rückhaltestruktur in Form eines Zusatzflansches 32, die bzw. der auf einem distalen En­ de 34 des flanschartigen Magnetpols 30B festgelegt ist.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines flanschartigen Magnet­ pols 30 und des darauf festgelegten Zusatzflansches 32. Fig. 4 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht der bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Zusatzflansch 32, der auf dem flanschartigen Magnetpol 30 von entweder dem ersten Polstückelement 18 oder dem zweiten Polstückelement 20 festgelegt ist. Jeder der Zusatzflansche 32 umfasst bevorzugt einen Stufenabschnitt, der eine Rippe 40 festlegt, die radial auswärts weist. Die Zusatzflansche 32 sind bevorzugt in einem niedriger liegenden Punkt als der Hauptkörper 42 von jedem der flanschartigen Magnetpole 30 positioniert.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen den Rotoraufbau im montierten bzw. zusammengebauten Zustand. Das erste Polstück 18 und das zwei­ te Polstück 20 befinden sich um die Feldwicklung 22 herum ge­ genseitig im Kämmeingriff. Bevorzugt sind das erste Polstück 18 und das zweite Polstück 20 auf einer Welle 44 angebracht, die Gewinde 46 an einem Ende aufweist und auf der ein erster Schleifring 48 und ein benachbarter zweiter Schleifring 50 an dem gegenüberliegenden Ende angebracht sind. Eine Nut 52 für den Draht 24 ist innerhalb der Welle 44 von der Feldwicklung 22 zu dem ersten Schleifring 48 führend festgelegt. Der Draht 24 ist in Fig. 8 gezeigt. Der Draht 24 führt der Feldwicklung 22 zur Erzeugung des Felds des elektromagnetischen Flusses Strom bzw. Energie zu.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 und 7 sind Befestigungs­ mittel in Form eines ersten Rings 58 und eines zweiten Rings 60 an den distalen Enden 34 der flanschartigen Magnetpole 30 angebracht. Insbesondere ist der erste Ring 58 bevorzugt an den Zusatzflanschen 32 der flanschartigen Magnetpole 30 des zweiten Polstücks 20 festgelegt. Der erste Ring 58 ist derart angebracht, dass er ausschließlich das zweite Magnetpolstück 20 kontaktiert und über die Basisseite 28 des ersten Pol­ stücks 18 geringfügig hoch steht. Der zweite Ring 60 ist der­ art angebracht, dass er ausschließlich das erste Polstück 18 kontaktiert und über die Basisseite 36 des zweiten Polstücks 20 hoch steht. Der Raum zwischen den Ringen 58, 60 und jeder Basisseite 28, 36 dient im Wesentlichen zur Verringerung der Magnetflussleckage zwischen den Ringen 58, 60 und den Basis­ seiten 28, 36. Andere Arten von Befestigungsmitteln, wie etwa Klammern oder Befestigungselemente, können verwendet werden, um die einzelnen, flanschartigen Magnetpole 30 von einem oder beiden der Magnetpolstücke 18, 20 zu befestigen bzw. festzu­ legen.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Form der Befes­ tigungsmittel variieren kann, so lange sie der Auswärtsver­ formung der Polstücke 18, 20 zu widerstehen vermögen. Bei­ spielsweise können die Befestigungsmittel eine Reihe von ge­ bogenen bzw. bogenförmigen Ringen aufweisen, um einen oder mehrere flanschartige Magnetpole 30 gemeinsam in im wesentli­ chen starrer Weise mit einem oder mehreren weiteren Polen 30 fest zu verbinden. Diese Befestigung begrenzt die distalen Enden 34 der Polstücke 18, 20 und verhindert dadurch im we­ sentlichen eine Verformung der flanschartigen Magnetpole 30 auf Grund von Zentrifugal- und Magnetkräften.

Fig. 5 zeigt die Befestigungsmittel in der bevorzugten Form eines Rings 62 im nicht montierten Zustand. Die bevorzugte Form des Rings 62 weist mehrere abgeflachte Abschnitte unter­ schiedlicher Länge auf. Die kleineren abgeflachten Abschnitte 64 sind so angeordnet, dass sie in Kontakt mit den Zusatz­ flanschen 32 auf den flanschartigen Magnetpolen 30 von aus­ schließlich einem Polstückelement 18, 20 gelangen können. Die größeren abgeflachten Abschnitte 66 sind so angeordnet, dass sie zwischen den Zusatzflanschen 32 des Polstückelements 18, 20 positioniert werden können, auf dem der Ring 62 angebracht ist. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass der Ring 62 oh­ ne die größeren abgeflachten Abschnitte 66 erstellt werden kann, anstatt dass er bogenförmige, größere Abschnitte auf Kosten der Festigkeit des Rings 62 aufweist. Die bevorzugte Ausführungsform, die vorstehend erläutert ist, führt zu einem starreren Träger auf Grund der größeren abgeflachten Ab­ schnitte 66.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Ring 62 an dem Polstückelement 18, 20 in einer Anzahl unter­ schiedlicher Weisen angebracht werden, wie in Fig. 3A, 3B und 3C gezeigt. Fig. 3A zeigt einen Zusatzflansch 32 mit einer in ihm festgelegten Nut 68. Der Ring 62 ist zur Verdeutlichung der Darstellung weggelassen; es ist jedoch problemlos zu er­ kennen, dass die Nut 68 bevorzugt so geschnitten ist, dass sie dazu ausgelegt ist, die Breite des Rings 62 aufzunehmen. Der Ring 62 wird in der Nut 68 platziert, wo er entweder an­ geschweißt, mit Klebstoff angebracht oder einfach an Ort und Stelle gehalten werden kann durch den vorstehenden, vertika­ len Abschnitt 70 des Zusatzflansches 32. Alternativ kann der Ring 62 so bemessen sein, dass er durch geringfügiges Ausbie­ gen der Magnetpole 30 einwärts und/oder Strecken des Rings 62 "einrasten" kann. Die Pole 30 vermögen, weil sie in Richtung auf ihre Ruhestellung vorgespannt sind, den Ring 62 in seiner Position zu halten.

Fig. 3B zeigt einen Ring 62 in montierter Position. Bei die­ sem Verfahren ist der Ring 62 auf dem Zusatzflansch 32 ange­ ordnet. Nach dem Platzieren bzw. Anordnen wird der vorstehen­ de Abschnitt 72 des Zusatzflansches 32 in einer Richtung 74 derart verformt, dass er den Ring 62 auf dem Zusatzflansch 32 in Position blockiert bzw. verriegelt. Fig. 3C zeigt ein ähn­ liches Verfahren unter Demonstrierung, dass der Querschnitt des Rings 62 nicht quadratisch sein muss. Diese Darstellung zeigt den Ring 62 mit kreisförmigem Querschnitt; der Quer­ schnitt des Rings 62 kann jedoch beliebige Form haben. Die Form des Querschnitts des Rings 62 legt die Form der Nut 68 oder das Ausmaß fest, mit dem der vorstehende Abschnitt 72 des Zusatzflansches 32 verformt werden soll.

Fig. 3D zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung, bei der die Rückhaltestruktur die Form einer Nut 69 einnimmt, die direkt auf dem distalen Ende 34 des flanschartigen Magnetpols 30 gebildet ist. Der Ring 62 kann in der Nut 69 in einer Weise analog zu der vorstehend in Ver­ bindung mit Fig. 3A-C gezeigten Weise angebracht werden. Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, darauf hinzuwei­ sen, dass der Ring 62 und die Nut 69 weiterhin außerhalb des Spaltraums 19 zwischen dem Rotor 14 und dem Stator 12 zu lie­ gen kommen.

Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung mit mehreren optionalen Permanentmagneten 76. Diese Permanentmagneten 76 können unter der Innenseite 78 eines flanschartigen Magnetpols 30 von entweder dem ersten Polstück 18 oder dem zweiten Polstück 20 positioniert sein. Die Perma­ nentmagneten 76 sind in einer Richtung derart magnetisiert, dass sie eine Flussleckage von den flanschartigen Magnetpolen 30 des ersten Polstücks 18 zum zweiten Polstück 20 verhin­ dern. Fig. 10 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines flanschartigen Magnetpols 30 mit einem unter der Innen­ seite 78 positionierten Permanentmagneten 76.

Fig. 8, 9 und 9A zeigen Schnitt- bzw. Querschnittsansichten unterschiedlicher Ausführungsformen des Rotors in montiertem bzw. zusammengebautem Zustand. Das erste Polstück 30 kämmt mit dem zweiten Polstück 20 und ist auf einer Welle 44 ange­ bracht. Die Feldwicklung 22 ist bevorzugt durch das erste Polstück 18 und das zweite Polstück 20 eingeschlossen bzw. umschlossen. Die optionalen Permanentmagneten 76 sind bevor­ zugt unter der Innenseite 78 des ersten Polstücks 18 angeord­ net und kontaktieren das zweite Polstück 20. Gemäß der bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung ist die Feldwicklung 22 aus einem Draht 24 mit einem ersten Ende 54 und einem zweiten Ende 56 erstellt. Das erste Ende 54 kann durch eine Nut 80 in der flachen Basisseite bzw. -fläche 36 des zweiten Polstücks 20 verlaufen und verläuft weiter durch eine Nut 52 auf die Welle 44. Das erste Ende 54 kann an einem ersten Schleifring 48 in einem Punkt 82 geschweißt sein, der benachbart zu einem zweiten Schleifring 50 liegt. Bevorzugt kann das zweite Ende 56 durch eine Nut 84 in der flachen Basisseite bzw. -fläche 36 des zweiten Polstücks 20 verlaufen und fortgesetzt durch eine Nut 86 auf die Welle 44. Das zweite Ende 56 kann an dem zweiten Schleifring 50 in einem Punkt 88 geschweißt werden, der von dem ersten Schleifring 48 maximal weit entfernt ist. Der der Feldwicklung 22 über das erste Ende 54 und das zweite Ende 56 zugeführte Strom erzeugt einen Magnetfluss, der den Spaltraum 19 quer durchsetzt und sich in den Stator 12 hinein erstreckt, wobei beide in Fig. 11 und 12 gezeigt sind.

Die flanschartigen Magnetpole 30 von dem zweiten Polstück 20 sind in Fig. 8 gezeigt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befinden sich die Zusatzflansche 32 auf den distalen Enden 34 der flanschartigen Magnetpole 30. Fig. 8 zeigt den Rotoraufbau ohne die Befestigungsmittel an Ort und Stelle bzw. ihren Bestimmungsort auf dem Zusatzflanschen 32.

Fig. 9 und Fig. 9A zeigen zwei unterschiedliche Konfiguratio­ nen von zwei Befestigungsmitteln 90, 91, 90A, 91A gemäß al­ ternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In Fig. 9 ist das erste Befestigungsmittel 90 in Kontakt mit der flachen Basisseite 28 des ersten Polstücks 18 gezeigt. Das zweite Befestigungsmittel 91 ist in Kontakt mit der flachen Basisseite 36 des zweiten Polstücks 20 gezeigt. In Fig. 9A befindet sich das erste Befestigungsmittel 90A nicht in Kon­ takt mit der flachen Basisseite 28A des ersten Polstücks 18A und auch das zweite Befestigungsmittel 91A befindet sich nicht in Kontakt mit der flachen Basisseite 36A des zweiten Polstücks 20A. Das Befestigungsmittel 90A und das erste Pol­ stück 18A legen untereinander allgemein einen Spalt 92 fest. Indem das erste Befestigungsmittel 90A außer Kontakt mit dem ersten Polstück 18A gehalten ist, und indem das zweite Befes­ tigungsmittel 91A außer Kontakt mit dem zweiten Polstück 20A gehalten ist, erlaubt diese Konfiguration die Verwendung ei­ nes beliebigen Materials zum Erstellen der Befestigungsmittel 90A, 91A, weil keine Gefahr einer Magnetflussleckage von dem ersten Polstück 18A durch eines der Befestigungsmittel 90A, 91A zu dem zweiten Polstück 20A besteht. Bei der in Fig. 9 gezeigten Konfiguration müssen die Befestigungsmittel 90, 91 aus nicht magnetischem Material erstellt sein, um eine über­ mäßige Leckage zwischen den Befestigungsmitteln 90, 91 und den Polstücken 18, 20 zu verhindern. Beide Konfigurationen erlauben das Anbringen der Befestigungsmittel 90, 90A, 91, 91A außerhalb des Spaltraums 19, wie in Fig. 11 und 12 ge­ zeigt. Hierdurch wird vermieden, dass eine Nut in die Polstü­ cke 18, 20 des Rotors 14 geschnitten werden muss, wodurch der Spaltraum 19 vergrößert werden würde, und wodurch die Leis­ tungsabgabe der elektrischen Maschine verringert wäre.

Fig. 11 zeigt den Rotoraufbau, verkörpert innerhalb einer Ausführungsform einer flüssigkeitsgekühlten Lichtmaschine. Sichtbar in dieser Ansicht sind ein Stator 12 und der Spalt­ raum 19 zwischen dem Rotor 14 und dem Stator 12. Fig. 12 zeigt schematisch die Anordnung des Rotors 14 und des Stators 12, zusammen mit dem Spaltraum 19 zwischen diesen. Der Stator 12 erzeugt einen Wechselstrom, wenn der Rotor 14 sich dreht.

Es wird bemerkt, dass eine große Vielfalt von Änderungen und Modifikationen an der vorstehend erläuterten Ausführungsform vorgenommen werden können. Insbesondere können Klammern oder Befestigungselemente den Ring als Befestigungsmittel ersetzen und die Rückhaltestrukturen können eine andere Form einnehmen als diejenige von Zusatzflanschen, wie in Fig. 3D gezeigt. Der Rotoraufbau kann in zahlreichen anderen Maschinen als ei­ nem elektrischen Generator oder einer flüssigkeitsgekühlten Maschine eingesetzt werden. Die vorstehend angeführte, de­ taillierte Beschreibung ist deshalb lediglich beispielhaft bzw. illustrativ und beschränkt nicht die Erfindung, die aus­ schließlich in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims (34)

1. Axial drehbarer Rotoraufbau für einen elektrischen Gene­ rator, wobei der Rotor aufweist:
Eine Rotorwicklung;
einen Polstückaufbau, der aus einem ersten Polstückele­ ment und einem zweiten Polstückelement besteht, wobei jedes der Elemente flanschartige Magnetpole aufweist, die abwechselnd miteinander im Kämmeingriff stehen und die Rotorwicklung einschließen, wobei die Polstückele­ mente eine Basisseite in axialer Gegenüberlage zu den distalen Enden aufweisen;
wobei zumindest zwei der flanschartigen Magnetpole ein distales Ende aufweisen, das eine Rückhaltestruktur festlegt; und
Mittel zum Festlegen der flanschartigen Magnetpole über die Rückhaltestrukturen.

2. Rotor nach Anspruch 1, wobei die Rückhaltestruktur au­ ßerdem einen Zusatzflansch umfasst, der auf dem distalen Ende der flanschartigen Magnetpole festgelegt ist.

3. Rotor nach Anspruch 2, wobei die Zusatzflansche radial aufeinander zuweisende Stufenabschnitte festlegen.

4. Rotor nach Anspruch 3, wobei die Mittel zum Festlegen der distalen Enden der flanschartigen Magnetpole außer­ dem einen im wesentlichen starren Verbinder umfassen, der die zumindest zwei der distalen Enden kontaktiert.

5. Rotor nach Anspruch 4, wobei die Verbindungsmittel au­ ßerdem einen Ring umfassen.

6. Rotor nach Anspruch 5, wobei der Ring aus Metall be­ steht.

7. Rotor nach Anspruch 6, wobei der Metallring aus ferro­ magnetischem Material besteht.

8. Rotor nach Anspruch 6, wobei der Metallring dazu ausge­ legt ist, die Zusatzflansche auf den zumindest zwei distalen Enden anzubringen.

9. Rotor nach Anspruch 8, wobei mehrere der Ringe derart angeordnet sind, dass sie die flanschartigen Magnetpole von ausschließlich einem Polstückelement kontaktieren, während sie die flanschartigen Magnetpole des anderen Polstückelements nicht kontaktieren.

10. Rotor nach Anspruch 4, wobei zumindest zwei der flansch­ artigen Magnetpole durch Klammern aneinander festgelegt sind.

11. Rotor nach Anspruch 10, wobei die Klammern derart ange­ ordnet sind, dass sie die flanschartigen Magnetpole von ausschließlich einem Polstückelement kontaktieren.

12. Rotor nach Anspruch 4, wobei zumindest zwei der flansch­ artigen Magnetpole durch Befestigungselemente aneinander festgelegt sind.

13. Rotor nach Anspruch 12, wobei die Befestigungselemente derart platziert sind, dass sie die flanschartigen Mag­ netpole von ausschließlich einem Polstückelement kontak­ tieren.

14. Rotor nach Anspruch 9, wobei ein Permanentmagnet unter zumindest einem der flanschartigen Magnetpole zu liegen kommt.

15. Rotor nach Anspruch 14, wobei der Permanentmagnet das zweite Polstückelement kontaktiert.

16. Rotor für einen elektrischen Generator, wobei der Rotor aufweist:
eine Rotorwicklung;
ein Polstück mit flanschartigen Magnetpolen, die die Ro­ torwicklung einschließen, wobei das Polstück(element) eine Basisseite in axialer Gegenüberlage zu den distalen Enden aufweist;
wobei zumindest zwei der flanschartigen Magnetpole ein distales Ende aufweisen, das eine Rückhaltestruktur festlegt; und
Mittel zum Festlegen der flanschartigen Magnetpole über die Rückhaltestrukturen.

17. Rotor nach Anspruch 16, wobei die Rückhaltestruktur au­ ßerdem einen Zusatzflansch umfasst, der auf dem distalen Ende der flanschartigen Magnetpole festgelegt ist.

18. Rotor nach Anspruch 17, wobei die Zusatzflansche radial aufeinander zuweisende Stufenabschnitte festlegen.

19. Rotor nach Anspruch 18, wobei die Mittel zum Festlegen der distalen Enden der flanschartigen Magnetpole außer­ dem einen Verbinder umfassen, der die zumindest zwei der distalen Enden kontaktiert.

20. Rotor nach Anspruch 19, wobei das Verbindungsmittel au­ ßerdem einen Metallring umfasst.

21. Rotor nach Anspruch 20, wobei der Metallring aus ferro­ magnetischem Material besteht.

22. Rotor nach Anspruch 21, wobei der Metallring dazu ausge­ legt ist, die Zusatzflansche auf den zumindest zwei distalen Enden anzubringen.

23. Verfahren zum Verhindern der Auswärtsauslenkung der Mag­ netpole von Magnetpolstücken in einem Rotor, aufweisend den Schritt:
Festlegen von zumindest zwei der distalen Enden der Mag­ netpole mit einem Verbinder.

24. Verfahren zum Verhindern der Auswärtsauslenkung der Mag­ netpole von Magnetpolstücken in einem Rotor nach An­ spruch 23, wobei der Schritt zum Festlegen durchgeführt wird durch Festlegen eines Ringes an zumindest zwei distalen Enden der flanschartigen Magnetpole von aus­ schließlich einem Polstückelement.

25. Verfahren zum Verhindern der Auswärtsauslenkung der Mag­ netpole von Magnetpolstücken in einem Rotor nach An­ spruch 23, wobei der Schritt zum Festlegen durchgeführt wird durch Festlegen einer Klammer oder eines Befesti­ gungselements an zumindest zwei distalen Enden der flanschartigen Magnetpole von ausschließlich einem Mag­ netpolstückelement.

26. Verfahren zum Festlegen von Befestigungsmitteln an distalen Enden von flanschartigen Magnetpolen eines Ro­ toraufbaus, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bereitstellen von Aufnahmenuten in einem Abschnitt der distalen Enden, die mit der Breite der Befestigungsmit­ tel übereinstimmen; und
Anordnen der Befestigungsmittel in der Nut, wobei die Befestigungsmittel dazu dienen, eine Auswärtsauslenkung von zumindest zwei der flanschartigen Magnetpole zu ver­ hindern.

27. Verfahren zum Festlegen von Befestigungsmitteln an distalen Enden von flanschartigen Magnetpolen eines Ro­ toraufbaus nach Anspruch 26, außerdem aufweisend:
Anbringen der Befestigungsmittel mit einem Klebstoff, wobei die Befestigungsmittel dazu dienen, die Auswärts­ auslenkung von zumindest zwei der flanschartigen Magnet­ pole zu verhindern.

28. Verfahren zum Festlegen von Befestigungsmitteln an distalen Enden von flanschartigen Magnetpolen eines Ro­ toraufbaus, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Aufweiten bzw. Verlängern der flanschartigen Magnetpole über die Breite der Befestigungsmittel hinaus;
Anordnen der Befestigungsmittel in Kontakt mit einem Ab­ schnitt der distalen Enden der flanschartigen Magnetpo­ le; und
Verformen der aufgeweiteten bzw. verlängerten Teile der flanschartigen Magnetpole zum Eingriff mit den Befesti­ gungsmitteln, wobei die Befestigungsmittel dazu dienen, die Auswärtsauslenkung von zumindest zwei der flanschar­ tigen Magnetpole zu verhindern.

29. Verfahren zum Festlegen von Befestigungsmitteln an distalen Enden von flanschartigen Magnetpolen eines Ro­ toraufbaus, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Anordnen der Befestigungsmittel auf den distalen Enden der flanschartigen Magnetpole; und
Anbringen der Befestigungsmittel an den distalen Enden der flanschartigen Magnetpole mit einem Klebstoff, wobei die Befestigungsmittel dazu dienen, die Auswärtsauslen­ kung der flanschartigen Magnetpole zu verhindern.

30. Verfahren zum Festlegen von Befestigungsmitteln an distalen Enden der Magnetpolstücke eines Rotoraufbaus, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Anordnen der Befestigungsmittel auf den distalen Enden der flanschartigen Magnetpole; und
Anbringen der Befestigungsmittel an den distalen Enden der flanschartigen Magnetpole durch Schweißen der Befes­ tigungsmittel an die distalen Enden der flanschartigen Magnetpole, wobei die Befestigungsmittel dazu dienen, die Auswärtsauslenkung der flanschartigen Magnetpole zu verhindern.

31. Axial drehbarer Rotoraufbau für einen elektrischen Gene­ rator, wobei der Rotor aufweist:
Eine Rotorwicklung;
einen Polstückaufbau, der aus einem ersten Polstückele­ ment und einem zweiten Polstückelement besteht, wobei jedes der Elemente flanschartige Magnetpole aufweist, die abwechselnd miteinander im Kämmeingriff stehen und die Rotorwicklung einschließen; und
mehrere Magnetpole auf jedem der Polstückelemente, die an ihren distalen Enden starr miteinander fest verbunden sind, um eine radiale Verformung der Pole während einer Drehung des Rotors zu verhindern.

32. Rotor nach Anspruch 31, wobei die Polstückelemente durch Befestigungsmittel in Position starr festgelegt sind, wobei die Befestigungsmittel außerdem einen Ring umfas­ sen.

33. Rotor nach Anspruch 31, wobei die Polstückelemente durch Befestigungsmittel starr in Position festgelegt sind, wobei die Befestigungsmittel zusätzlich eine Rückhalte­ klammer aufweisen.

34. Rotor nach Anspruch 33, wobei die Rückhalteklammer au­ ßerdem einen Ring umfasst, der zumindest einen Teil von einem der ersten Polstückelemente benachbart zu distalen Enden der Magnetpole umschließt bzw. umgibt.