DE102007032140A1

DE102007032140A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102007032140A1
Application number: DE102007032140A
Authority: DE
Inventors: Gert Wolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-30
Filing date: 2007-06-30
Publication date: 2009-01-02
Also published as: WO2009003872A2; WO2009003872A3

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine, mit einem Stator (16) und einem Rotor (20), mit einander an dem dem Stator (16) zugewandten Umfang des Rotors (20) benachbart angeordneten, unterschiedlich polarisierbaren Erregerpolen (24, 25), insbesondere Klauenpolen, wobei die Erregerpole (24, 25) Polflanken (65) aufweisen und die Polflanken (65) unterschiedlich erregbarer, benachbarter Erregerpole (24, 25) einander zugewandt sind, wobei die Polflanken (65) der Erregerpole (24, 25) in ihrer Erstreckungsrichtung (XEP) und für jede Position in Erstreckungsrichtung (XEP) eine zumindest im Wesentlichen nach radial innen gerichtete Flankentiefe (T<SUB>EP</SUB>) aufweisen, wobei zwischen den Erregerpolen (24, 25) Polzwischenräume (63) angeordnet sind und in zumindest einem Polzwischenraum (63) zumindest ein Permanentmagnet (70) angeordnet ist, der im Betrieb einem Streufluss zwischen seinen benachbarten Erregerpolen (24, 25) entgegenwirkt, wobei der Permanentmagnet (70) Flanken (100) hat und eine der Flanken (100) einer Polflanke (65) eines Erregerpols (24, 25) und die andere Flanke (100) einer Polflanke (65) eines anderen Erregerpols (24, 25) zugewandt ist, wobei die beiden Erregerpole (24, 25) benachbart und unterschiedlich polarisierbar sind, wobei die Flanken (100) des Permanentmagneten (70) in der Erstreckungsrichtung (XEP) und für jede Position in Erstreckungsrichtung (XEP) eine zumindest im Wesentlichen nach radial innen gerichtete Flankentiefe (T<SUB>PM</SUB>) aufweisen, vorgeschlagen, wobei die ...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Klauenpolgenerator, mit einem Rotor und dort angeordneten Erregerpolen, die zwischen sich in Polzwischenräumen Permanentmagneten aufweisen, die einen Streufluss zwischen benachbarten und gegenpolig erregten Erregerpolen gegenwirken. Diese Wirkung hat zum Vorteil, dass ein ohne Permanentmagneten vorhandener Streufluss zwischen den gegenpolig erregten Polen nunmehr zu Nutzfluss wird und einen Stator und eine dort eingebrachte Wicklung durchflutet. Die Leistung der Maschine wird dadurch effektiv erhöht.
Eine entsprechende Anordnung von Permanentmagneten zu diesem Zweck ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 298 01 184 U1 bekannt, siehe dort ganz besonders im Zusammenhang mit den 2 bis 4.
Gegenüber der dort offenbarten technischen Lösung besteht die Aufgabe, das eingesetzte Material hinsichtlich seiner Gestaltung zur Verwirklichung der Aufgabe weiter zu verbessern, bei gleicher Leistung den Materialverbrauch zu optimieren und dadurch die Massenträgheit und damit einhergehenden Energieverbrauch, insbesondere im Drehbeschleunigungsbereich, zu verringern.
Offenbarung der Erfindung
Die elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Materialverbrauch bezüglich der verwendeten Permanentmagnete deutlich verringert wird. Dadurch werden drei verschiedene Ergebnisse erzielt.
Einerseits wird durch die Anpassung der Permanentmagnete an die Erregerpole die Masse der Permanentmagneten und damit die Masse des Rotors verringert. Dies führt zunächst zu einer verringerten rotatorischen Trägheit, wodurch ganz besonders bei Beschleunigungsvorgängen (Drehzahlerhöhung der elektrischen Maschine in Verbindung mit einer Drehzahlerhöhung der antreibenden Brennkraftmaschine) der Treibstoffverbrauch verringert wird. Des Weiteren wird auch die Biegebelastung der Erregerpole verringert, so dass auch eine Aufweitung der Klauenpole nach radial außen verringert wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Flankentiefen des Permanentmagneten derart an die Flankentiefen der Erregerpole angepasst sind, dass die Permanentmagneten jeweils 75% bis 95%, vorzugsweise bis 100%, der nutzbaren Flankentiefe der Erregerpole überdecken. Durch eine derartige Ausgestaltung sind die oben genannten Vorteile besonders ausgeprägt.
Die Anpassung ist besonders dann effektiv, wenn sich die beiden Erregerpole einerseits über eine Überdeckungslänge überdecken und gleichzeitig die Anpassung der Flanken der Permanentmagneten an die Polflanken der Erregerpole über zumindest 50% der Überdeckungslänge verläuft.
Die größte Ausprägung der Vorteile (Streuflusskompensation) ist dann gegeben, wenn sich der Abschnitt der Anpassung der Flanken der Permanentmagnete an die Polflanken der Erregerpole über zumindest 80%, vorzugsweise bis 100% der Überdeckungslänge erstreckt.
Ganz besonders für Werte unter 100% soll sich der Abschnitt der Anpassung der Flanken der Permanentmagnete an die Polflanken der Erregerpole symmetrisch um die Mitte (axiale Mitte) der Überdeckungslänge erstrecken.
Die Anpassung der Permanentmagneten an die Erregerpole ist besonders wirkungsvoll, wenn die Materialstärke des Permanentmagneten am einen, in Richtung des Polzwischenraums orientieren Ende derart ausgebildet ist, dass die Materialstärke quer zur Richtung des Polzwischenraums von einer Polflanke eines Erregerpols zur anderen, gegenpoligen Polflanke eines anderen Erregerpols abnimmt, während die Materialstärke des Permanentmagneten am anderen, in Richtung des Polzwischenraums orientierten Ende derart ausgebildet ist, dass die Materialstärke quer zur Richtung des Polzwischenraums von einer gepolten Polflanke zur anderen gegenpoligen Polflanke zunimmt.
Günstiger Weise hat dabei der Permanentmagnet in Richtung des Polzwischenraums in seiner Mitte insgesamt eine geringere radiale Höhe bzw. Materialstärke, als an seinen in Richtung des Polzwischenraums orientierten Enden (absolute Höhe).
Ein Verhältnis von radial kleinster Höhe bzw. Materialstärke zur radial größten Höhe bzw. Materialstärke des Permanentmagneten soll kleiner als 0,7 sein, um weiters eine gute Materialausnutzung bei maximaler Leistung zu erzielen.
Sind die Seitenflächen des Permanentmagneten zueinander parallel, so lässt sich sowohl der Permanentmagnet, als auch ein entsprechend angepasster Erregerpol günstig fertigen. Für den Fall, dass der Permanentmagnet nicht parallele Seitenflächen, beispielsweise Trapezartig zueinander gerichtete Seitenflächen aufweist, lässt sich bei entsprechender Orientierung der Seitenflächen insbesondere auch eine Selbsthemmung des Permanentmagneten im Polzwischenraum nach radial außen erzielen und dadurch eine Befestigung, beispielsweise ohne zusätzliche Halteelemente aber beispielsweise mit einem Adhäsionsmittel verwirklichen.
Eine wirkungsvolle Befestigung des Permanentmagneten ergibt sich durch ein nicht magnetisches Halteelement, durch das der Permanentmagnet mittelbar zwischen zwei gegenpoligen Erregerpolen gehaltert ist. An dieser Stelle sei erwähnt, dass sich durch ein Haltelement die nutzbare Flankentiefe der Erregerpole verringert: während bei Anordnungen, bei denen die Permanentmagneten beispielsweise nur durch ein Adhäsionsmittel an den Erregerpolen gehaltert werden, die gesamte Flankentiefe der Erregerpole zur Verfügung steht (gegebenenfalls unter Berücksichtigung bzw. Abzug von Anfasungen des Erregerpols und dadurch reduzierter nutzbarer Flankentiefe) so ergibt sich bei Konstruktionen, bei denen das Haltemittel in parallele Nuten in den Erregerpolen eingeschoben wird, eine reduzierte, nutzbare Flankentiefe, da der Bereich ab dem Halteelement und darüber (nach radial außen) nicht mehr für die Nutzung durch einen Permanentmagneten zur Verfügung steht.
Ist das Halteelement mittels eines plattenförmigen Abschnitts in einander gegenüberstehenden Nuten in zwei gegenpoligen Erregerpolen eingeführt, ergibt sich eine sehr gute Halterung nach radial innen und nach radial außen für den Permanentmagneten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine, ausgeführt als Generator,
2 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung einen Rotor der vorgenannten elektrischen Maschine,
3a und 3b zeigen beispielhaft einen Erregerpol in zwei Ansichten,
4 zeigt eine Seitenansicht eines Erregerpols,
5 zeigt eine Vergrößerung eines Ausschnitts der 4,
6 zeigt schematisch zwei sich überdeckende, benachbarte Erregerpole,
7 zeigt schematisch in räumlicher Ansicht zwei benachbarte Erregerpole,
8 zeigt in räumlicher Ansicht einen Permanentmagneten,
9 zeigt in einer Zusammenschau eine räumliche Ansicht von zwei benachbarten Erregerpolen mit einem zwischen angeordneten Permanentmagneten,
10 zeigt einen dazu korrespondierenden polplatinennahen Querschnitt durch einen Rotor,
11 bis 18 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Anordnung von Permanentmagneten zwischen Erregerpolen,
19 zeigt ein Halteelement ohne Permanentmagneten in räumlicher Ansicht,
20 zeigt das Haltelement aus 19 mit einem formschlüssig gehalterten Permanentmagneten
21 zeigt das Halteelement aus 20 in einer Queransicht.
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 Blechpaket 17, in dessen nach innen offene und sich axial erstreckenden Nuten 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 Klauenpolplatinen 22 und 23 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 verjüngenden 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.
Die 2 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung Teile des Rotors 20, der in 1 dargestellten elektrischen Maschine 10. Die Mantelfläche 60 des Rotors wird von zwei mal sechs Erregerpolen 24, 25 gebildet, die umfänglich abwechselnd angeordnet sind. Zwischen je einem Erregerpol 24 und einem Erregerpol 25 befindet sich ein Polzwischenraum 63, der durch Erregerpolflanken 65 der Erregerpole 24, 25 begrenzt ist. In den Erregerpolflanken 65 befindet sich jeweils eine Polnut 67, 68, die sich über die komplette Länge des Erregerpols 24, 25 erstreckt. In jedem der Polzwischenräume 63 kann ein Permanentmagnet 60 eingebracht werden, der von einem Halteelement 80 zwischen den Erregerpolen 24, 25 gehalten ist. Dazu greift eine leistenförmige Kante 76 des Halteelements 80 beidseitig in die Polnuten 67, 68. Die Permanentmagnete 70 dienen dabei zur Kompensation des magnetischen Streuflusses zwischen den gegenseitig magnetisierten Erregerpolen 24, 25. Durch die Streuflusskompensation erhöht sich die Leistungsabgabe. Hierzu sind die Permanentmagnete 70 in einer Weise magnetisiert, dass der Magnetpol des Permanentmagneten 70 und der an dem Magnetpol direkt angrenzende Erregerpol 24 bzw. 25 beim Betrieb der elektrischen Maschine 10 gleichnamig sind. Zur Reduzierung des Magnetgeräusches können auf den Erregerpolen 24, 25 auf ihren hinsichtlich der Umlaufrichtung auflaufenden und/oder ablaufenden Kanten Anfasungen 78 angebracht sein.
Jeder Erregerpol 24, 25 weist sowohl eine Erregerpolbasis 34 bzw. 35 (Klauenpolwurzel) auf, mit der die Erregerpole an die Klauenpolplatinen 22, 23 in der Regel einstückig angebunden sind. Der Erregerpol (Klauenfinger) 24, 25 verjüngt sich jeweils von der Erregerpolbasis 34, 35 bis zur Erregerpolspitze 32, 33.
3a zeigt schematisch eine Seitenansicht auf den Erregerpol 24, 3b zeigt eine Schnittdarstellung, wie in 3a gekennzeichnet. In 3a ist eine Erstreckungsrichtung x_EP dargestellt. In Abhängigkeit von dieser Erstreckungsrichtung x_EP ergibt sich jeweils eine Flankentiefe T_EP, siehe auch 3b. Diese Flankentiefe T_EP ist in 3a in ihrer Projektion erkennbar und dort als T_EP,P bezeichnet. Die Flankentiefe T_EP ist im Wesentlichen nach radial innen gerichtet, wobei die Flankentiefe T_EP senkrecht in einer Ebene zur Maschinenachse 26 (Drehachse) liegt. Die Flankentiefe T_EP ist im Wesentlichen nach radial innen gerichtet; dies ist abhängig von der Orientierung, der Erregerpolflanke 65, siehe auch 3b in der drei verschiedene Positionen beispielhaft eingezeichnet sind. Der Schnittpunkt M3, gebildet aus der Verlängerung der Flankentiefe T_EP mit der Ebene durch die Mitte des Erregerpols 24, liegt dabei in diesem Fall auf der Maschinenachse 26. Die Flankentiefe T_EP könnte je nach Orientierung der Erregerpolflanke 65 auch auf den Punkt M2 oder auch auf den Punkt M1 gerichtet sein.
In 4 ist abermals schematisch ein Erregerpol 24 dargestellt, wobei hier auf die Erregerpolflanke 65 schematisch eine Flanke eines Permanentmagnets 60 dargestellt ist, wie sie beispielhaft am Erregerpol 24 anliegen könnte. Wie erkennbar ist, ist die Flanke 100 derartig am Erregerpol 24 angeordnet, dass sich radial innen und auch radial außen jeweils ein geringfügiger Abstand 103 ergibt, 5. In der ausschnittweisen Vergrößerung der 4, siehe auch 5 ist zu erkennen, dass die Flanke 100 des Permanentmagneten 70 die Flankentiefe T_PM aufweist. Im direkten Vergleich ist die Flankentiefe T_EP des Erregerpols 24 eingetragen. Es ist hier erkennbar, dass an dem hier skizzierten Längenabschnitt in Richtung der Maschinenachse 26 des Erregerpols 24 die Flanke 100 des Permanentmagneten 70 mit ihrer Flankentiefe T_PM an die Flankentiefe T_EP des Erregerpols 24 im Wesentlichen angepasst ist.
Es ist hier eine elektrische Maschine 10, mit einem Stator 16 und einem Rotor 20 mit einander an dem Stator 16 zugewandten Umfang des Rotors 20 benachbart angeordneten, unterschiedlich polarisierbaren Erregerpolen 24, 25, insbesondere Klauenpolen offenbart. Die Erregerpole 24, 25 weisen Polflanken 65 auf, wobei Polflanken 65 unterschiedlich erregbarer, benachbarter Erregerpole 24, 25 einander zugewandt sind. Die Polflanken 65 der Erregerpole 24, 25 weisen in ihrer Erstreckungsrichtung x_EP (in Richtung der Maschinenachse 26) und für jede Position in Erstreckungsrichtung x_EP eine zumindest im Wesentlichen nach radial innen gerichtete Flankentiefe T_EP auf. Zwischen den Erregerpolen 24, 25 sind Polzwischenräume 63 angeordnet, wobei in zumindest einem Polzwischenraum 63 zumindest ein Permanentmagnet 70 angeordnet ist, der im Betrieb einem Streufluss zwischen seinen benachbarten Erregerpolen 24, 25 entgegenwirkt. Der Permanentmagnet 70 hat Flanken 100, wobei eine Flanke 100 einer Erregerpolflanke 65 eines Erregerpols 24 und die andere Flanke 100 einer Erregerpolflanke 65 eines anderen Erregerpols 25 zugewandt ist. Die beiden Erregerpole 24 und 25 sind benachbart und unterschiedlich polarisierbar, wobei die Flanken 100 des Permanentmagneten 70 in der Erstreckungsrichtung x_EP und für jede Position in Erstreckungsrichtung x_EP eine zumindest im Wesentlichen nach radial innen gerichtete Flankentiefe T_PM aufweisen. Die den beiden unterschiedlich polarisierbaren Erregerpolen 24 und 25 zugewandten Flanken 100 des Permanentmagneten 70 sind zumindest Abschnittsweise mit ihren Flankentiefen T_PM an die Flankentiefen T_EP der Erregerpole 24, 25 im Wesentlichen angepasst. Es ist bei dieser Anpassung vorgesehen, dass die Anpassungen der Flankentiefen T_PM des Permanentmagneten 70 an die Flankentiefen T_EP der Erregerpole 24, 25 derart ist, dass die Flankentiefen T_PM des Permanentmagneten 70 jeweils 75% bis 95%, vorzugweise auch bis 100% der nutzbaren Flankentiefe T_EP der Erregerpole 24, 25 überdecken.
6 zeigt in abermaliger, schematischer Darstellung eine Überdeckung zweier benachbarter gegenpoliger Erregerpole 24 und 25. Die Überdeckung ist mit einer Überdeckungslänge L_U bezeichnet und erstreckt sich auch hier in Richtung der Maschinenachse 26. Des Weiteren ist ein Permanentmagnet 70 einskizziert, dessen Gestalt sich zunächst nicht unmittelbar erschließt. Hier sei jedoch hilfsweise auf die 8 verwiesen, die die besondere Gestaltung des Permanentmagneten 70 sofort offenbart, wobei hier ganz besonders auf die nach radial innen gerichtete Seite 74 des Permanentmagneten 70 hingewiesen wird.
Im Bezug zur geforderten Überdeckungslänge L_U ist gewünscht, dass sich einerseits die beiden Erregerpole 24 und 25 über eine Überdeckungslänge L_U überdecken und dabei die Flanken des oder der Permanentmagnete 70 an die Polflanken 65 der Erregerpole 24 bzw. 25 über zumindest 50% der Überdeckungslänge L_U angepasst sind. Dies bedeutet, dass bei einer angenommenen Überdeckungslänge von beispielsweise 50 mm eine Anpassung über zumindest 25 mm vorgenommen sein soll. Des Weiteren ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass sich der Abschnitt der Anpassungen der Flanken 100 der Permanentmagnete 70 an die Polflanken 65 der Erregerpole 24, 25 über zumindest 80%, vorzugsweise bis 100% der Überdeckungslänge L_U erstreckt.
Dabei soll sich der Abschnitt der Anpassungen der Flanken 100 der oder des Permanentmagneten 70 an die Polflanken 65 der Erregerpole 24, 25 symmetrisch um die Mitte 103 der Überdeckungslänge L_U erstrecken.
In 7 sind schematisch zwei Erregerpole 24 und 25 abschnittsweise dargestellt. Auf die Darstellung angrenzender Flächen und Bereiche wurde hier verzichtet, da sich der Zusammenhand aus dieser und den nachfolgenden Zeichnungen eindeutig ergibt. Die Erregerpole 24 und 25 weisen jeweils eine Polspitze 32 bzw. 33 und eine Polbasis 34 bzw. 35 auf. Die Polbasis 34 bzw. 35 ist der Abschnitt des Erregerpols 24 bzw. 25, der einer Polplatine 22 bzw. 23 am nächsten gelegen und dort auch einstückig angebunden ist. In den Polflanken 65 befindet sich jeweils eine Polnut 67 bzw. 68, die sich über die komplette Länge des Erregerpols 24, 25 erstreckt.
8 zeigt eine räumliche Ansicht eines Permanentmagneten 70, der mit seinen Flanken 100 an die jeweilige Polflanke 65 der benachbarten Erregerpole 24 bzw. 25 angepasst ist. Diese Flanken 100 des Permanentmagneten 70 decken die Polflanken 65 im Wesentlichen ab, überragen aber nicht in radialer Richtung. Die Flanken 100 des Permanentmagneten 70 haben die Form eines speziellen Trapezes, mit einer axialen Länge L_PM (in Richtung Maschinenachse 26) und eine Magnethöhe/Materialstärke H_PM1 an der der Polspitze 33 zugewandten Seite und einer Magnethöhe/Materialstärke H_PM2 an der der Erregerpolbasis 35 zugewandten Seite. Die hier angegebenen Höhen beziehen sich hierbei auf die Seite des Permanentmagneten 70, die dem Erregerpol 25 zugewandt sind. Die Seite, die dem Erregerpol 24 zugewandt ist, hat die entsprechenden Höhenmaße, die hier jedoch nicht eingezeichnet sind, da sie sich selbstverständlich aus dem Zusammenhang ergeben, siehe auch 9. Das Verhältnis von radial kleinster Höhe H_PM1 zu radial größter Höhe H_PMZ des Permanentmagneten 70 ist kleiner als 0,7.
Die hier dargestellten Flanken 100 des Permanentmagneten 70 sind zueinander parallel. Wie deutlich zu erkennen ist, ist der Permanentmagnet 70 nicht quaderförmig. Die Unterseite 74 des Permanentmagneten 70 hat in Bezug zur Außenseite des Permanentmagneten (nach radial außen gerichtete Ebene) einen Winkel zwischen +20° (α1) und –20° (α2). Im Zusammenhang mit den 7, 8 und 9 kann hier zusätzlich festgehalten werden, dass eine Materialstärke H des Permanentmagneten 70 am einen in Richtung des Polzwischenraums 63 orientierten Ende derart ausgebildet ist, dass die Materialstärke H quer zur Richtung des Polzwischenraums 63, d. h. in Umfangsrichtung – von einer Polflanke 65 des Erregerpols 24 zur anderen gegenpoligen Polflanke 65 des anderen Erregerpols 25 abnimmt (siehe auch 9 im Vordergrund) während die Materialstärke H des Permanentmagneten 70 am anderen in Richtung des Polzwischenraums 63 orientierten Ende derart ausgebildet ist, dass die Materialstärke H quer zur Richtung des Polzwischenraums 63 von einer gepolten Polflanke 65 zur anderen gegenpoligen Polflanke zunimmt (9, das im Hintergrund dargestellte Ende). Wie im Zusammenhang mit der 8 deutlich wird, hat der Permanentmagnet 70 in Richtung des Polzwischenraums 63 in seiner Mitte insgesamt eine geringere radiale Höhe H als an seinen in Richtung des Polzwischenraums 63 orientierten Enden. Die Unterseite 74 des Permanentmagneten 70 ist nicht eben.
In jedem der Zwischenräume 63 kann der Permanentmagnet 70 eingebracht werden, der von einem Haltelement 80 zwischen den Erregerpolen 24, 25 gehalten wird, 9. Dazu greift ein leistenförmiger Überstand 76 in je eine Polnut 67, 68 ein.
10 zeigt eine Schnittansicht durch drei benachbarte Erregerpole 24 und 25 mit dazwischen angeordneten Permanentmagneten 70 im Sinne der Erfindung.
Mit Bezug zu 9 und weiteren Ausführungsbeispielen sei hier noch erwähnt, dass der Permanentmagnet 70 durch ein nicht magnetisches Haltelement 80 mittelbar zwischen zwei gegenpoligen Erregerpolen 24, 25 gehaltert ist.
11 erläutert den Begriff „nutzbare Flankentiefe T_EP". Wie hier erkennbar ist, ist der Permanentmagnet 70 ebenfalls über ein Halteelement 80 in Nuten 67 bzw. 68 befestigt. Der Permanentmagnet ist daher nicht in der Lage, eine gesamte Polflanke 65 abzudecken. Vielmehr gilt dies lediglich für eine nutzbare Flankentiefe, die sich hier als Abstand zwischen Unterkante 150 des Erregerpols 24 bzw. 25 und radial innerem Ende der Nut 67 bzw. 68 ergibt.
12 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Permanentmagneten 70, der mittels eines Halteelements 80 zwischen den beiden Erregerpolen 24 und 25 gehaltert ist. Die zu den Polflanken 65 eines Erregerpols 24 bzw. 25 gerichteten Flanken 100 des Permanentmagneten 70 sind zueinander nicht parallel.
Es ist vorgesehen, dass das Haltelement 80 einen plattenförmigen Abschnitt 82 aufweist, der nach radial außen gerichtet ist und in Umfangsrichtung beidseitig über den Permanentmagneten 70 übersteht, wobei je ein Überstand 76 in einer Nut 67 bzw. 68 eines Erregerpols 24 und eines Erregerpols 25 eingeführt ist und die Überstände 76 vorzugsweise Einführschrägen 120 (19) zur erleichterten Einführung zwischen die Erregerpole 24 bzw. 25 aufweist. Das Ausführungsbeispiel gemäß 13 zeigt wiederum zwei Erregerpole 24 und 25, die in diesem Fall einander zugewandter Leistenflächen 130 aufweisen, die an Überständen 133 angeordnet sind. Auch hierbei weist das Haltelement 80 einem plattenförmigen Abschnitt 82 auf, der nach radial außen gerichtet ist und unter einer radial äußeren erregerpolseitigen Leistenfläche 130 der Erregerpole 24 und 25 gehaltert ist. 14 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus 13, welches kein Haltelement 80 hat.
15 zeigt dass das Halteelement 80 einen plattenförmigen Abschnitt 82 aufweist, der nach radial außen gerichtet ist und mit dem Permanentmagneten 70 zwischen einer erregerpolseitigen äußeren Leistenfläche 133 und einer erregerpolseitigen inneren Leistenfläche 136 der Erregerpole 24 und 25 gehaltert ist.
Gemäß 16 ist der Permanentmagnet 70 zwischen der inneren und äußeren Leistenfläche 133 und 136 in beiden Erregerpolen 24 und 25 gehaltert. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 15 zeigt die 17 einen Permanentmagneten 70, der eine weitere radiale Längserstreckung aufweist, die zwischen die inneren Leistenflächen ragt. (Der Permanentmagnet könnte hier auch rein quaderförmig sein.) Dementsprechend zeigt die 18 eine Abwandlung der 16 ebenfalls mit einer Erstreckung des Permanentmagneten 70 zwischen die inneren Leisten 160.
19 zeigt ein Halteelement 80 mit einem plattenförmigen Abschnitt 82, von dem Laschen 84 ausgehen, die im Bereich des Endes als Permanentmagneten 70 diesen in Nutlängsrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagen und entweder formschlüssig (20) oder kraftschlüssig mit dem Halteelement 80 verbinden. Der plattenförmige Abschnitt 82 ist gelocht und weist somit Löcher 86 auf, 20.
Gemäß 21 ist zwischen dem Permanentmagneten 70 und dem plattenförmigen Abschnitt 82 ein Klebstoff 140, der den Permanentmagneten 70 adhäsiv mit dem plattenfömigen Abschnitt 82 verbindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29801184 U1 [0002]

Claims

Elektrische Maschine, mit einem Stator (16) und einem Rotor (20), mit einander an dem, dem Stator (16) zugewandten Umfang des Rotors (20) benachbart angeordneten, unterschiedlich polarisierbaren Erregerpolen (24, 25), insbesondere Klauenpolen, wobei die Erregerpole (24, 25) Polflanken (65) aufweisen und die Polflanken (65) unterschiedlich erregbarer, benachbarter Erregerpole (24, 25) einander zugewandt sind, wobei die Polflanken (65) der Erregerpole (24, 25) in ihrer Erstreckungsrichtung (X_EP) und für jede Position in Erstreckungsrichtung (X_EP) eine zumindest im Wesentlichen nach radial innen gerichtete Flankentiefe (T_EP) aufweisen, wobei zwischen den Erregerpolen (24, 25) Polzwischenräume (63) angeordnet sind und in zumindest einem Polzwischenraum (63) zumindest ein Permanentmagnet (70) angeordnet ist, der im Betrieb einem Streufluss zwischen seinen benachbarten Erregerpolen (24, 25) entgegen wirkt, wobei der Permanentmagnet (70) Flanken (100) hat und eine der Flanken (100) einer Polflanke (65) eines Erregerpols (24, 25) und die andere Flanke (100) einer Polflanke (65) eines anderen Erregerpols (24, 25) zugewandt ist, wobei die beiden Erregerpole (24, 25) benachbart und unterschiedlich polarisierbar sind, wobei die Flanken (100) des Permanentmagneten (70) in der Erstreckungsrichtung (X_EP) und für jede Position in Erstreckungsrichtung (X_EP) eine zumindest im Wesentlichen nach radial innen gerichtete Flankentiefe (T_PM) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden unterschiedlich polarisierbaren Erregerpolen (24, 25) zugewandten Flanken (100) des Permanentmagneten (70) zumindest abschnittsweise mit ihren Flankentiefen (T_PM) an die Flankentiefen (T_EP) der Erregerpole (24, 25) im wesentlichen angepasst sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Flankentiefen (T_PM) des Permanentmagneten (70) an die Flankentiefen (T_EP) der Erregerpole (24, 25) derart ist, dass die Flankentiefen (T_PM) des Permanentmagneten (70) jeweils 75% bis 95%, vorzugsweise bis 100% der nutzbaren Flankentiefe (T_EP) der Erregerpole (24, 25) überdecken.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Erregerpole (24, 25) über eine Überdeckungslänge (L_U) überdecken, wobei die Anpassung der Flanken (100) der Permanentmagnete (70) an die Polflanken (65) der Erregerpole (24, 25) über zumindest 50% der Überdeckungslänge (L_U) angepasst sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschnitt der Anpassung der Flanken (100) der Permanentmagnete (70) an die Polflanken (65) der Erregerpole (24, 25) über zumindest 50%, vorzugsweise mindestens 80%, ggf. bis 100% der Überdeckungslänge (L_U) erstreckt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschnitt der Anpassung der Flanken (100) der Permanentmagnete an die Polflanken (65) der Erregerpole (24, 25) symmetrisch um die Mitte der Überdeckungslänge (L_U) erstreckt.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialstärke (H_PM) des Permanentmagneten (70) am einen in Richtung des Polzwischenraums (63) orientierten Ende derart ausgebildet ist, dass die Materialstärke (H_PM) quer zur Richtung des Polzwischenraums (63) von einer Polflanke (65) eines Erregerpols (24, 25) zur anderen gegenpoligen Polflanke (65) eines anderen Erregerpols (24, 25) abnimmt, während die Materialstärke (H_PM) des Permanentmagneten (70) am anderen in Richtung des Polzwischenraums (63) orientierten Ende derart ausgebildet ist, dass die Materialstärke (H_PM) quer zur Richtung des Polzwischenraums (63) von einer gepolten Polflanke (65) zur anderen gegenpoligen Polflanke (65) zunimmt.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (70) in Richtung des Polzwischenraums (63) in seiner Mitte insgesamt eine geringere radiale Materialstärke (H_PM) als an seinen in Richtung des Polzwischenraums (63) orientierten Enden aufweist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (74) des Permanentmagneten (70) nicht eben ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von radial kleinster Materialstärke (H_PM) zu radial größter Materialstärke (H_PM) des Permanentmagneten (70) kleiner als 0,7 ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Polflanken (65) eines Erregerpols (24, 25) gerichteten Flanken (100) des Permanentmagneten (70) zueinander parallel sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Polflanken (65) eines Erregerpols (24, 25) gerichteten Flanken (100) des Permanentmagneten (70) zueinander nicht parallel sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (70) nicht quaderförmig ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (⎕) zwischen der Unterseite (74) des Permanentmagneten (70) und der Außenseite des Permanentmagneten (70) zwischen 20° und –20° variiert.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (70) durch ein nicht magnetisches Halteelement (80) mittelbar zwischen zwei gegenpoligen Erregerpolen (24, 25) gehaltert ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (80) einen plattenförmigen Abschnitt (82) aufweist, der nach radial außen gerichtet ist und in Umfangsrichtung beidseitig über den Permanentmagneten (70) übersteht, wobei je ein Überstand (76) in eine Nut (67, 68) eines Erregerpols (24, 25) eingeführt ist und die Überstände (76) vorzugsweise Einführschrägen (120) zur erleichterten Einführung zwischen die Erregerpole (24, 25) aufweist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (80) einen plattenförmigen Abschnitt (82) aufweist, der nach radial außen gerichtet ist unter einer radial äußeren erregerpolseitigen Leistenfläche (130) der Erregerpole (24, 25) gehaltert ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (80) einen plattenförmigen Abschnitt (82) aufweist, der nach radial außen gerichtet ist und mit dem Permanentmagneten (70) zwischen einer erregerpolseitigen äußeren und einem erregerpolseitigen inneren Leistenfläche (136) der Erregerpole (24, 25) gehaltert ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass vom plattenförmigen Abschnitt (82) des Halteelements (80) Laschen (84) ausgehen, die im Bereich des Endes eines Permanentmagneten (70) diesen in Polzwischenraumrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagen und entweder formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Halteelement (80) verbinden.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Abschnitt (82) gelocht ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Löchern (86) des plattenförmige Abschnitts (82) und Fugen (143) zwischen dem Permanentmagneten (70) und dem plattenförmigen Abschnitt (82) ein Klebstoff ist (140), der den Permanentmagneten (70) adhäsiv mit dem plattenförmigen Abschnitt (82) verbindet.