DE102007040505A1

DE102007040505A1 - Electrical machine i.e. synchronous generator, for motor vehicle, has pole wheels designed as punching section with star-shaped arrangement of five supporting fingers, and claw poles formed by fingers, which are bent at finger root

Info

Publication number: DE102007040505A1
Application number: DE102007040505A
Authority: DE
Inventors: Norbert Pfitzke; Gert Wolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-05

Abstract

The machine has a claw-pole rotor (11) comprising pole wheels (22) fastened to a rotor shaft (21). The pole wheels are provided with single-piece claw poles (222) axially distant from a disk edge of a wheel disk (20). The pole wheels are designed as a punching section with a star-shaped arrangement of five supporting fingers, where the punching section is obtained from a sheet metal plate. The claw poles are formed by the fingers, which are bent at a finger root by deep drawing in a right-angle. An independent claim is also included for a method for manufacturing of pole wheels of a claw pole rotor of an electrical machine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Generator, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The Invention is based on an electrical machine, in particular a generator according to the preamble of claim 1.

Eine bekannte elektrische Maschine ( US 6 853 111 B2 ) weist einen Stator oder Ständer mit einer Ständer- oder Ankerwicklung und einen Rotor oder Läufer mit einer in zwei Lagerschilden drehbar aufgenommenen Rotor- oder Läuferwelle auf. Der Ständer weist ein zylindrisches, laminiertes Blechpaket mit einer Vielzahl von axialen Akternuten und eine als Mehrphasenwicklung ausgeführte Ständer- oder Ankerwicklung auf, die in die Axialnuten eingelegt ist. Der Läufer ist ein Klauenpolläufer und weist zwei auf der Läuferwelle voneinander beabstandet befestigte Polräder mit dazwischen angeordneter, ringförmig gewickelter Felderregerspule auf, die auf einen Eisenkern aufgeschoben bzw. aufgewickelt ist und mit ihren beiden Spulenenden an einem auf der Läuferwelle jenseits des einen Lagerschildes befestigten Schleifringpaar angeschlossen ist. Jedes Polrad hat einen auf der Läuferwelle befestigten Scheibenteil und eine Vielzahl von am äußeren Rand des Scheibenteils axial abstrebenden Klauenpolen, die jeweils zum Scheibenteil des anderen Polrads hin gerichtet sind. Die Klauenpole beider Polräder sind kammartig ineinander geschoben und übergreifen die Felderregerspule. Zum inneren Mantel des Blechpakets des Ständers hin definieren die Außenflächen der Klauenpole den Arbeitsluftspalt der Maschine. Zur Streuflusskompensation kann zwischen benachbarten Klauenpolen gegensinniger Polarität jeweils ein Permanentmagnet angeordnet werden. Die Permanentmagnete sind in einem Magnethalter aufgenommen und so magnetisiert, dass die einander zugekehrten Flächen von Klauenpolen und Permanentmagneten die gleiche Polarität aufweisen. Der Klauenpolläufer ist wahlweise mit verschiedenen Polpaarzahlen, die sowohl geradzahlig als auch ungeradzahlig sein können, ausgeführt. Von den beiden Spulenenden der Felderregerspule ist jeweils ein Spulenende über einen Sattelgrund zwischen zwei benachbarten Klauenpolen des schleifringseitigen Polrads zu einem mit einem der beiden Schleifringe verbundenen Anschlussdraht geführt. Die hierzu ausgewählten beiden Sattelgrunde liegen am Polrad asymmetrisch, d. h. von den beiden jeweils einen Sattelgrund einschließenden Paaren der Klauenpole liegen zwei Klauenpole über den Umfang gesehen einander näher als die beiden anderen Klauenpole. Dadurch wird eine feste Ausrichtung des Magnetfelds erzielt, die für die richtige Magnetisierung der Permanentmagnete zu beachten ist.A known electric machine ( US Pat. No. 6,853,111 B2 ) has a stator or stator with a stator or armature winding and a rotor or rotor with a rotatably received in two bearing plates rotor or rotor shaft. The stator has a cylindrical, laminated laminated core with a plurality of axial Akternuten and designed as a multi-phase winding stator or armature winding, which is inserted in the axial grooves. The rotor is a claw-pole rotor and has two spaced apart on the rotor shaft mounted pole wheels with interposed annularly wound field exciting coil which is slid or wound on an iron core and connected with its two coil ends to a mounted on the rotor shaft beyond the one bearing plate slip ring pair is. Each flywheel has a disk part fixed on the rotor shaft and a plurality of claw poles axially bracing on the outer edge of the disk part, which are respectively directed towards the disk part of the other pole wheel. The claw poles of both Polräder are comb-like pushed into one another and overlap the field exciter coil. The outer surfaces of the claw poles define the working air gap of the machine towards the inner jacket of the laminated core of the stator. For stray flux compensation, a permanent magnet can be arranged in each case between adjacent claw poles of opposite polarity. The permanent magnets are accommodated in a magnet holder and magnetized such that the mutually facing surfaces of claw poles and permanent magnets have the same polarity. The claw pole runner is optionally designed with different pole pair numbers, which may be both even and odd. Of the two coil ends of the field-exciting coil one coil end is guided in each case over a saddle bottom between two adjacent claw poles of the slip ring-side pole wheel to a connection wire connected to one of the two slip rings. The two saddle bases selected for this purpose are asymmetrical on the pole wheel, ie, two claw poles are closer to each other than the two other claw poles, seen from the two pairs of claw poles each enclosing a saddle ground. As a result, a fixed orientation of the magnetic field is achieved, which must be observed for the correct magnetization of the permanent magnets.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Ausführung der Polräder als aus einer Blechplatine ausgestanzte Stanzschnitte mit einer sternförmigen Anordnung von Fingern und dem Ausbiegen der Finger aus der Stanzschnittebene zu Klauenpolen die Gestehungskosten für einen ausreichend drehzahlfesten Klauenpolläufer mit guten magnetischen Eigenschaften deutlich gesenkt werden. Die Festlegung der Polpaarzahl des Klauenpolläufers auf eine ungeradzahlige Anzahl lässt dabei besonders den Materialverschnitt beim Stanzen auf ein Minimum sinken, da die einzelnen Polrad-Stanzschnitte sich mit extrem geringem Materialverschnitt ineinander schachteln lassen. Durch das zum Abwinkeln der Finger aus der Stanzschnittebene eingesetzte Tiefziehen entsteht eine Hohlkante an der Innenfläche der Klauenpole, die zusätzlich die Stabilität der Klauenpole erhöht.The inventive electric machine with the Features of claim 1 has the advantage that by the execution the Polräder as punched out of a sheet metal blank punching cuts with a star-shaped arrangement of fingers and bending out the finger from the punching section plane to claw poles the production cost for a sufficiently speed-resistant claw-pole runner be lowered significantly with good magnetic properties. The Determination of the number of pole pairs of the claw-pole runner on one odd number leaves especially the material waste when punching to a minimum, since the individual Polrad-punching cuts nesting with extremely low material waste to let. By bending the fingers from the punching section plane used deep drawing creates a hollow edge on the inner surface the claw poles, which additionally the stability of the Claw poles increased.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen elektrischen Maschine möglich.By the measures listed in the further claims are advantageous developments and improvements in the claim 1 specified electric machine possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Finger so gestaltet, dass das Verhältnis der Breite der Finger an der Fingerwurzel zu dem durch die Fingerzahl dividierten Umfang des Stanzschnitts, der entlang der Fingerspitzen gemessen ist, etwa 0,45 bis 0,55 beträgt. Bei dieser Bemessung der Finger im Stanzschnitt besitzen die Klauenpole eine sehr hohe Drehzahlfestigkeit, was noch dadurch unterstützt wird, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die einzelnen Finger durch Kaltumformen eine Anfasung längs der einen Fingerkante erhalten, die bei zu den Klauenpolen abgebogenen Fingern an der in Drehrichtung des Klauenpolläufers hinteren Kante der Klauenpole liegt.According to one advantageous embodiment of the invention are the fingers designed so that the ratio of the width of the fingers at the finger root to the circumference divided by the number of fingers of the die cut measured along the fingertips, such as 0.45 to 0.55. In this design of the fingers in punching cut the claw poles have a very high speed resistance, which is further supported if, according to a advantageous embodiment of the invention, the individual fingers by cold forming a chamfer along the one finger edge obtained at the claw poles bent fingers on the in the direction of rotation of the claw-pole runner rear edge of the Claw poles lies.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Läuferwelle in zwei jeweils in einem Lagerschild gehaltenen Drehlagern aufgenommen, wobei jedes Lagerschild einen durch Radialstege gehaltenen Innenring zur Aufnahme des Drehlagers aufweist. Die Radialstege sind um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt, wobei dieser Umfangwinkel von dem Versatzwinkel der Klauenpole eines Polrads abweicht. Hierzu ist die Anzahl der Radialstege in einem Lagerschild so gewählt, dass das kleinste gemeinschaftliche Vielfache der Anzahl der Radialstege und der Polpaarzahl des Klauenpolläufers gleich oder größer als eine vorgegebene Zahl ist, die bei einer Polpaarzahl p = 5 mit 20, bei einer Polpaarzahl p = 7 mit 28 und bei einer Polpaarzahl p = 9 mit 36 festgelegt ist. Durch diese Anpassung der Anzahl der Radialstege der Lagerschilde an die Polpaarzahl des Klauenpolläufers können die bei der Rotation des Klauenpolläufers hervorgerufenen aerodynamischen Geräusche der Maschine reduziert werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the rotor shaft is received in two pivot bearings each held in a bearing plate, wherein each end plate has an inner ring held by radial webs for receiving the pivot bearing. The radial webs are offset by equal circumferential angle to each other, said circumferential angle deviates from the offset angle of the claw poles of a pole wheel. For this purpose, the number of radial webs in a bearing plate is selected so that the smallest common multiple of the number of radial webs and the pole pair number of claw pole runner is equal to or greater than a predetermined number, with a pole pair number p = 5 with 20, with a pole pair number p = 7 is set at 28 and at a pole pair number p = 9 at 36. By adapting the number of radial webs of the end shields to the pole Pair of claw-pole runner can be reduced during the rotation of the claw-wheeled aerodynamic noises of the machine.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist jedem Polrad ein zwischen Lagerschild und Polrad angeordnetes Lüfterrad mit einer geradzahligen Anzahl von Lüfterschaufeln zugeordnet. Die Zahl der Lüfterschaufeln ist dabei so gewählt, dass das kleinste gemeinschaftliche Vielfache der Lüfterschaufelzahl und der Polpaarzahl des Klauenpolläufers gleich oder größer 60 ist. Alternativ können die Lüfterschaufeln auch in ungleichmäßigen Umfangswinkelabständen zueinander angeordnet werden, wobei die Umfangswinkelabstände zwischen 10° und 45° variieren können. Beiden Maßnahmen führen zu einer weiteren Reduzierung der aerodynamischen Geräusche.According to one advantageous embodiment of the invention is each flywheel a arranged between the end shield and flywheel fan associated with an even number of fan blades. The number of fan blades is chosen that the smallest common multiple of the fan blade number and the pole pair number of the claw pole runner is equal to or greater 60 is. Alternatively, the fan blades even at uneven circumferential angular distances are arranged to each other, wherein the circumferential angular distances vary between 10 ° and 45 °. Both measures lead to a further reduction the aerodynamic noises.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich die Anzahl der Lüfterschaufeln eines jeden Lüfterrads auf die Anzahl der Radialstege des benachbarten Lagerschilds so abgestimmt, dass das kleinste gemeinschaftliche Vielfache der Anzahl der Lüfterschaufeln und der Anzahl der Radialstege mindestens gleich 20 ist. Auch diese Maßnahme trägt zur Reduzierung der aerodynamischen Geräusche bei.According to one advantageous embodiment of the invention is additional the number of fan blades of each fan to the number of radial webs of the adjacent bearing plate so matched that the smallest common multiple of the number the fan blades and the number of radial webs at least is equal to 20. This measure also contributes to the reduction the aerodynamic noise.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The The invention is based on an embodiment shown in the drawings explained in more detail in the following description. Show it:

1 einen Längsschnitt einer elektrischen Maschine mit Klauenpolläufer, schematisiert dargestellt, 1 a longitudinal section of an electric machine with claw-pole rotor, shown schematically,

2 ausschnittweise eine Blechplatine mit einer Stanzschnittanordnung von Polrädern des Klauenpolläufers in 1, 2 Partly a sheet metal blank with a punching cut arrangement of Polwheels the claw pollen runner in 1 .

3 eine perspektivische Draufsicht eines Lagerschilds der Maschine in 1, 3 a perspective top view of a bearing plate of the machine in 1 .

4 ausschnittweise eine Draufsicht des Klauenpolläufers. 4 Partially a top view of the claw-pole runner.

Die in 1 schematisiert im Längsschnitt dargestellte elektrische Maschine mit Klauenpolläufer 11 wird insbesondere als Synchrongenerator mit geregelter elektrischer Erregung des Klauenpolläufers 11 in Kraftfahrzeugen eingesetzt.In the 1 schematized in longitudinal section shown electrical machine with claw-pole rotor 11 is used in particular as a synchronous generator with regulated electrical excitation of the claw-pole rotor 11 used in motor vehicles.

Die elektrische Maschine weist in bekannter Weise einen Ständer 12 mit einem hohlzylindrischen, laminierten Ständerblechpaket 121 und eine in axialen Ständer- oder Ankernuten des Blechpakets 121 eingelegte, als Mehrphasenwicklung ausgeführte Ständer- oder Ankerwicklung 13 auf, deren Wickelköpfe 131 an beiden Stirnseiten des Blechpaket 121 aus diesem vorstehen. Das Ständerblechpaket 121 ist zwischen zwei axial voneinander beabstandeten Lagerschilden 14 angeordnet, wobei der in 1 rechte Lagerschild 14 der schleifringseitige Lagerschild und der in 1 linke Lagerschild 14 der antriebseitige Lagerschild genannt wird. Jeder Lagerschild 14 weist einen Innenring 17 mit einem darin befestigten Drehlager 16 für den Klauenpolläufer 11 und einen kappenartig geformten Außenring 18 auf. Außenring 18 und Innenring 17 sind über Radialstege 19 (3) miteinander einstückig verbunden. Wie bei dem in 1 rechten, schleifringseitigen Lagerschild 14 und in der perspektivischen Draufsicht des Lagerschilds 14 in 3 zu sehen ist, weist jeder Lagerschild 14 noch zusätzlich zu den zwischen den Radialstegen 19 vorhandenen Durchbrüchen 15 Luftdurchtrittsschlitze 20 auf, die im Außenring 18 angeordnet sind. Die beiden Lagerschilde 14 sind mit ihrem Außenring 18 auf die Stirnseite des Ständerblechpakets 121 aufgesetzt und mittels Spannschrauben 23 miteinander am Ständerblechpaket 121 verspannt.The electric machine has a stator in a known manner 12 with a hollow cylindrical, laminated stator core 121 and one in axial stator or armature slots of the laminated core 121 inserted stator winding or armature winding designed as a multiphase winding 13 on, their winding heads 131 on both ends of the laminated core 121 protrude from this. The stator core 121 is between two axially spaced-apart end shields 14 arranged, wherein the in 1 right end shield 14 the sliding ring-side end shield and the in 1 left end shield 14 the drive side end plate is called. Every end shield 14 has an inner ring 17 with a pivot bearing mounted therein 16 for the clawpollen runner 11 and a cap-like shaped outer ring 18 on. outer ring 18 and inner ring 17 are over radial webs 19 ( 3 ) integrally connected with each other. As with the in 1 right, wear ring-side end shield 14 and in the perspective top view of the bearing plate 14 in 3 can be seen, shows each bearing plate 14 in addition to the between the radial webs 19 existing breakthroughs 15 Air passage slots 20 on, in the outer ring 18 are arranged. The two end shields 14 are with their outer ring 18 on the front side of the stator core 121 fitted and by means of clamping screws 23 with each other on the stator core 121 braced.

Der Klauenpolläufer 11 weist eine Läuferwelle 21 auf, die in den in den Lagerschilden 14 befestigten, als Kugellager ausgeführten beiden Drehlagern 16 aufgenommen ist. Auf der Läuferwelle 21 sind zwei voneinander axial beabstandete Polräder 22 befestigt, zwischen denen ein auf der Läuferwelle 21 sitzender Eisenkern 24 angeordnet ist. Auf den Eisenkern 24 ist eine Felderregerspule 25 aufgeschoben. Die Felderregerspule 25 ist ringförmig gewickelt und mit ihren beiden Spulenenden an einem jenseits des schleifringseitigen Lagerschilds 14 auf der Läuferwelle 21 befestigten Schleifringpaar, bestehend aus den Schleifringen 26, 27, angeschlossen. Jedes Polrad 22 weist eine Radscheibe 221 und eine Mehrzahl von vom Scheibenrand axial abstehenden Klauenpolen 222 auf, die einstückig mit der Radscheibe 221 sind und sich zu ihrem freien Ende hin verjüngen. Die Klauenpole 222 der beiden Polräder 22 erstrecken sich axial über die Felderregerspule 25, die bis nahe an die beiden Radscheiben 221 und sind kammartig ineinandergeschoben, so dass in Umfangsrichtung gesehen immer ein Klauenpol 222 des einen Polrads 22 einem Klauenpol 222 des anderen Polrads 22 folgt. Die Klauenpole 222 einunddesselben Polrads 22 weisen die gleiche Polarität auf, so dass sich über den Umfang immer ein Nordpol des einen Polrads 22 mit einem Südpol des anderen Polrads 22 abwechselt. Die Außenflächen der Klauenpole 222 definieren zusammen mit der zylindrischen Innenfläche des Ständerblechpakets 121 den Arbeitsluftspalt 28 der Maschine.The clawpollen runner 11 has a rotor shaft 21 in the ones in the bearing shields 14 attached, designed as a ball bearing two pivot bearings 16 is included. On the rotor shaft 21 are two axially spaced-apart pole wheels 22 attached, between which one on the rotor shaft 21 sitting iron core 24 is arranged. On the iron core 24 is a field exciter coil 25 postponed. The field exciter coil 25 is wound annularly and with its two coil ends at one beyond the slip ring side bearing plate 14 on the rotor shaft 21 attached slip ring pair, consisting of the slip rings 26 . 27 , connected. Every pole wheel 22 has a wheel disc 221 and a plurality of claw poles axially projecting from the disc rim 222 on, in one piece with the wheel disc 221 are and rejuvenate to their free end. The claw poles 222 the two pole wheels 22 extend axially over the field exciter coil 25 that are close to the two wheel discs 221 and are comb-like pushed together, so seen in the circumferential direction always a claw pole 222 of a pole wheel 22 a claw pole 222 of the other pole wheel 22 follows. The claw poles 222 one and the same pole wheel 22 have the same polarity, so that over the circumference always a north pole of a Polrads 22 with a south pole of the other pole wheel 22 alternates. The outer surfaces of the claw poles 222 define together with the cylindrical inner surface of the stator core 121 the working air gap 28 the machine.

An den Stirnseiten der beiden Polräder 22 ist jeweils ein Lüfter 29 mit einer Vielzahl von Lüfterschaufeln 291 angeordnet. Beim Rotieren des Klauenpolläufers 11 wird von den Lüftern 29 über die zwischen den Radialstegen 19 vorhandenen Durchbrüche 15 in den Lagerschilden 14 Kühlluft angesaugt, die nach Durchströmen der Wickelköpfe 131 der Ankerwicklung 13 über die in den Außenringen 18 der Lagerschilde 14 vorhandenen Luftdurchtrittsschlitze 20 wieder austritt.At the ends of the two pole wheels 22 is one fan each 29 with a variety of fan blades 291 arranged. When rotating the claw-pole runner 11 is from the fans 29 over the between the radial webs 19 existing breakthroughs 15 in the bearing shields 14 Cooling air sucked in, after flowing through the winding heads 131 the armature winding 13 over in the outer rings 18 the bearing shields 14 existing air passage slots 20 exits again.

Die Stromversorgung der Felderregerspule 25 erfolgt über auf den Schleifringen 26, 27 aufliegenden Bürsten 31, 32, die in einem Bürstenhalter 30 gehalten sind. Der Bürstenhalter 30 ist zusammen mit einem Regler und mit einer Gleichrichteranordnung, die hier nicht weiter dargestellt sind, von einer Schutzkappe 33 abgedeckt, die auf dem schleifringseitigen Lagerschild 14 befestigt ist. Die Schutzkappe 33 weist eine Vielzahl von Lüftungsschlitzen 34 sowie eine zentrale Luftzufuhröffnung 35 auf.The power supply of the field exciter coil 25 done over on the slip rings 26 . 27 resting brushes 31 . 32 in a brush holder 30 are held. The brush holder 30 is of a protective cap together with a regulator and with a rectifier arrangement, which are not shown here 33 covered, on the slip ring side bearing plate 14 is attached. The protective cap 33 has a variety of ventilation slots 34 and a central air supply opening 35 on.

Die beiden identischen Polräder 22 sind als Stanzschnitte 37 ausgeführt, die aus einer vorzugsweise als Bandmaterial vorliegenden Blechplatine 36 gestanzt werden. Jeder später ein Polrad 22 bildende Stanzschnitt 37 besteht aus einer sternförmigen Anordnung von sich nach außen verjüngenden Fingern 38, deren Anzahl ungeradzahlig ist und mindestens fünf beträgt. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind in der sternförmigen Anordnung sieben Finger 38 vorhanden. Die Stanzschnitte 37 sind auf der Blechplatine 36 so ineinander geschachtelt, dass ein minimaler Materialverschnitt beim Herstellen einer Vielzahl von Stanzschnitten 37 aus der Blechplatine 36 entsteht. Die aus der Stanzschnittebene rechtwinklig ausgebogenen Finger 38 bilden die Klauenpole 22, während der in der Stanzschnittebene verbleibende, kreisrunde Teil des Stanzschnitts 37, der in 2 bei zwei Stanzschnitten 37 strichliniert angedeutet ist, die Radscheibe 221 bildet. Mittig in jedem Stanzschnitt 37 ist noch ein Zentralloch 39 eingestanzt, mit dem das Polrad 22 auf die Läuferwelle 21 aufgeschoben wird. Das Ausbiegen der Finger 38 erfolgt vorzugsweise durch Tiefziehen, wodurch jeweils eine innere Hohlkante entsteht, die zur Stabilität der Klauenpole 221 beiträgt. Eine Draufsicht auf die umgebogenen und kammartig ineinandergeschobenen Finger 28 der beiden Polräder 22 zeit ausschnittweise 4.The two identical pole wheels 22 are as die cuts 37 executed, consisting of a preferably present as a strip material sheet metal blank 36 be punched. Everyone later a pole wheel 22 forming punching cut 37 consists of a star-shaped arrangement of outwardly tapering fingers 38 whose number is odd and which is at least five. In the embodiment of 2 are in the star-shaped arrangement seven fingers 38 available. Die cuts 37 are on the metal sheet 36 nested so that a minimal material waste when making a variety of die cuts 37 from the sheet metal plate 36 arises. The right-angled bent fingers from the punching section plane 38 form the claw poles 22 , during the remaining in the punching section plane, circular part of the punched section 37 who in 2 at two die cuts 37 dashed line is indicated, the wheel disc 221 forms. In the middle of each cut 37 is still a central hole 39 punched, with the pole wheel 22 on the rotor shaft 21 is postponed. The bending of the fingers 38 is preferably carried out by deep drawing, whereby in each case an inner hollow edge is formed, the stability of the claw poles 221 contributes. A top view of the bent and comb-like nested fingers 28 the two pole wheels 22 time in sections 4 ,

Zur Erzielung einer ausreichenden Drehzahlfestigkeit der beiden Polräder 22 ist die Dicke der Blechplatine 36 so gewählt, dass sie etwa dem 1,5 bis 2,5-fachen der Polpaarzahl p des Klauenpolläufers 11, in mm gemessen, entspricht. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer Polpaarzahl p = 7 des Klauenpolläufers 11 würde somit die Dicke der Blechplatine 36 zwischen 10,5 mm und 17,5 mm liegen. Zusätzlich sind die Dicke der Blechplatine 36 und die Größe des Stanzschnitts 37 so aufeinander abgestimmt, dass der an den Fingerspitzen gemessene Umfangkreisdurchmesser des Stanzschnitts 37 zur Dicke der Blechplatine 36 in einem Verhältnis 11:1 steht, wobei ein Toleranzbereich von ±1 zugelassen ist. Bei solchermaßen vorgegebener Größe des Stanzschnitts 37 ist auch die Fingerlänge l_F auf die Dicke d_p der Blechplatine 36 abgestimmt, und zwar ist sie so bemessen, dass das Verhältnis der Fingerlänge l_F zur Dicke d_p der Blechplatine 36 2,2 mit einem Toleranzbereich von 0,3 beträgt (3). Die Breite b der Finger 38 an der Fingerwurzel ist so bemessen, dass das Verhältnis der Breite b zu dem durch die Fingerzahl dividierten Umfang des Stanzschnitts 37, der entlang der Fingerspitzen gemessen ist, 0,45 bis 0,55 beträgt. Eine weitere Erhöhung der Drehzahlfestigkeit der Klauenpole 222 ist dadurch erreicht, dass – wie dies in 4 dargestellt ist – die Klauenpole 222 an ihren beiden Längskanten mit einer Anfasung 40 versehen sind, die durch Kaltumformen der Finger 38 erzielt wird. Die Breite der Anfasung 40 steht dabei in einem Verhältnis zur Breite b der Finger 38 an der Fingerwurzel, das kleiner 0,4 ist.To achieve a sufficient speed stability of the two pole wheels 22 is the thickness of the sheet metal blank 36 chosen so that they are about 1.5 to 2.5 times the number of pole pairs p of the claw-pole runner 11 , measured in mm, corresponds. In the described embodiment with a pole pair number p = 7 of the claw-pole rotor 11 would thus the thickness of the sheet metal blank 36 between 10.5 mm and 17.5 mm. In addition, the thickness of the sheet metal blank 36 and the size of the die cut 37 coordinated so that the measured at the fingertips circumference diameter of the punched section 37 to the thickness of the sheet metal blank 36 in a ratio of 11: 1, with a tolerance range of ± 1 permitted. In such a predetermined size of the punched section 37 is also the finger length l _F on the thickness d _{p of} the sheet metal blank 36 matched, and that is so dimensioned that the ratio of the finger length l _F to the thickness d _{p of} the sheet metal blank 36 2.2 with a tolerance of 0.3 ( 3 ). The width b of the fingers 38 at the root of the finger is dimensioned such that the ratio of the width b to the divided by the number of fingers circumference of the punched section 37 , measured along the fingertips, is 0.45 to 0.55. A further increase in the speed stability of the claw poles 222 is achieved by the fact that - as in 4 is shown - the claw poles 222 at its two longitudinal edges with a chamfer 40 are provided by cold forming the fingers 38 is achieved. The width of the chamfer 40 stands in relation to the width b of the fingers 38 at the finger root, which is less than 0.4.

Zur Reduzierung der beim Rotieren des Klauenpolläufers 11 entstehenden aerodynamischen Geräusche ist sowohl die Teilung der Radialstege 19 der Lagerschilde 14 als auch die Teilung der Lüfterschaufeln 291 an den Lüftern 29 auf die Polpaarzahl p des Klauenpolläufers 11 abgestimmt. Die Radialstege 19 in den Lagerschilden 14 sind um einen gleichen Umfangswinkel gegeneinander versetzt, der von dem Versatzwinkel der Klauenpole 222 des Polrads 22 abweicht. Dabei ist die Anzahl m der Radialstege 19 in jedem Lagerschild 14 so gewählt, dass das kleinste gemeinschaftliche Vielfache der Anzahl m der Radialstege 19 und der Polpaarzahl p des Klauenpolläufers 11 gleich einer oder größer als eine fest vorgegebene Zahl ist. Diese Zahl ist bei einer Polpaarzahl p = 5 mit 20, bei einer Polpaarzahl p = 7 mit 28 und mit der Polpaarzahl p = 9 mit 36 festgelegt. Bei einer Polpaarzahl p = 7, wie dies beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Klauenpolmaschine der Fall ist, kann damit die Zahl der Radialstege 19 mit m = 4 bis m = 20 und mehr, mit Ausnahme von m = 7 und m = 14 gewählt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Radialstege 19 in jedem Lagerschild 14 vorhanden.To reduce the rotation of the claw-pole runner 11 The resulting aerodynamic noise is both the division of the radial webs 19 the bearing shields 14 as well as the division of the fan blades 291 at the fans 29 to the pole pair number p of the claw-pole runner 11 Voted. The radial webs 19 in the bearing shields 14 are offset from each other by the same circumferential angle, that of the offset angle of the claw poles 222 of the pole wheel 22 differs. Here, the number m of the radial webs 19 in every end shield 14 chosen so that the smallest common multiple of the number m of the radial webs 19 and the pole pair number p of the claw-pole runner 11 is equal to or greater than a fixed number. This number is set at 20 for a pole pair number p = 5, and at 28 for a pole pair number p = 7 and at 36 for the pole pair number p = 9. With a number of pole pairs p = 7, as is the case in the described embodiment of the claw-pole machine, it is thus possible to reduce the number of radial webs 19 with m = 4 to m = 20 and more, with the exception of m = 7 and m = 14 are chosen. In the illustrated embodiment, eight radial webs 19 in every end shield 14 available.

Die zwischen den Polrädern 22 und den Lagerschilden 14 angeordneten Lüfter 29 weisen eine geradzahlige Anzahl von Lüfterschaufeln 291 auf. Die Anzahl n der Lüfterschaufeln 291 ist dabei so gewählt, dass das kleinste gemeinschaftliche Vielfache der Anzahl n der Lüfterschaufeln 291 und der Polpaarzahl p des Klauenpolläufers 11 gleich oder größer 60 ist. Bei einer Polpaarzahl p = 7 kann somit jeder Lüfter mit einer Anzahl n = 10, 12, 16, 18, 20, 22, ... von Lüfterschaufeln 291 versehen werden. Da aber für eine Optimierung der Reduzierung der aerodynamischen Geräusche auch die Anzahl der Radialstege 19 und die Anzahl der Lüfterschaufeln 291 aufeinander abgestimmt werden, sind die vorstehend genannten Wahlmöglichkeiten für die Anzahl der Lüfterschaufeln 291 eingeschränkt. Zur optimalen Abstimmung soll das kleinste gemeinschaftliche Vielfache der Anzahl n der Lüfterschaufeln 291 und der Anzahl m der Radialstege 19 mindestens gleich 20 sein. Damit entfällt bei einer Polpaarzahl p = 7 für eine Anzahl n = 10 Lüfterschaufeln 291 die Wahlmöglichkeit für die Anzahl m = 5 und m = 10 Radialstege 19 in den Lagerschilden 14 und für eine Lüfterschaufelzahl n = 12 die Wahlmöglichkeit für die Anzahl m = 4, m = 6 und m = 12 Radialstege 19.The between the pole wheels 22 and the bearing shields 14 arranged fan 29 have an even number of fan blades 291 on. The number n of fan blades 291 is chosen so that the smallest common multiple of the number n of the fan blades 291 and the pole pair number p of the claw-pole runner 11 is equal to or greater than 60. With a pole pair number p = 7, each fan with a number n = 10, 12, 16, 18, 20, 22, ... of fan blades can therefore be used 291 be provided. But for an optimization of the reduction of aero dynamic noise also the number of radial webs 19 and the number of fan blades 291 are matched to each other, the above choices for the number of fan blades 291 limited. For optimal tuning, the smallest common multiple is the number n of fan blades 291 and the number m of the radial webs 19 at least equal to 20. This eliminates for a number of pole pairs p = 7 for a number n = 10 fan blades 291 the choice for the number m = 5 and m = 10 radial webs 19 in the bearing shields 14 and for a fan blade number n = 12, the choice for the number m = 4, m = 6 and m = 12 radial webs 19 ,

Zur Geräuschreduzierung können auch die Lüfterschaufeln 291 der Lüfter 29 in ungleichmäßigen Winkelabständen voneinander angeordnet werden, die zwischen 10° und 45° variieren.The fan blades can also be used to reduce noise 291 the fan 29 be arranged at non-uniform angular intervals, which vary between 10 ° and 45 °.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6853111 B2 [0002]

Claims

Electric machine, in particular generator, with a claw-pole rotor ( 11 ), the two on a rotor shaft ( 21 ) fixed pole wheels ( 22 ), each with a wheel disc ( 20 ) and with this one-piece, axially projecting from the disk edge claw poles ( 222 ), characterized in that the pole wheels ( 22 ) than from a sheet metal blank ( 36 ) obtained punch cuts ( 37 ) with a star-shaped arrangement of at least five odd-numbered, number-of-fingers ( 38 ) are executed and that the claw poles ( 11 ) from the at or near their finger root, preferably by deep drawing, bent out at right angles fingers ( 38 ) are formed.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the thickness of the sheet metal blank ( 36 ) equal to the measured in mm. 1.5 to 2.5 times the pole pair number p of the claw-pole runner ( 11 ) is selected.

Electrical machine according to claim 2, characterized in that the thickness of the sheet metal blank ( 36 ) and the size of the die cuts ( 37 ) are matched to one another in such a way that the perimeter diameter of the die cuts ( 37 ) to the thickness of the sheet metal blank ( 36 ) in a ratio 11 with a tolerance range of ± 1 stands.

Electrical machine according to claim 2 or 3, characterized in that the fingers ( 38 ) are designed so that their finger length l _F to the thickness d of the sheet metal blank ( 36 ) in a ratio of 2.2 with a tolerance range of 0.3.

Electrical machine according to one of claims 2 to 4, characterized in that the ratio of the width (b) of the fingers ( 38 ) at the root of the finger to the circumference of the punched section divided by the number of fingers and measured along the fingertips ( 37 ) Is 0.45 to 0.55.

Electrical machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the claw poles ( 222 ) in the direction of rotation of the claw-pole runner ( 11 ) rear edge one preferably by cold working of the fingers ( 38 ) produced chamfer.

Electrical machine according to claim 6, characterized in that the width of the chamfer in relation to the width (b) of the fingers ( 38 ) is at the finger root, which is less than 0.4.

Electrical machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the rotor shaft ( 21 ) in two in each case in a bearing plate ( 14 ) pivot bearings ( 16 ), that each end shield ( 14 ) one by radial webs ( 19 ), a pivot bearing ( 16 ) defining inner ring ( 17 ) and that the radial webs ( 19 ) are offset from one another by the same circumferential angle, which depends on the offset angle of the claw poles ( 222 ) of the pole wheel ( 22 ) deviates.

Electrical machine according to claim 8, characterized in that the number of radial webs ( 19 ) in a bearing plate ( 14 ) is selected so that the smallest common multiple of the number m of the radial webs ( 19 ) and the pole pair number p of the claw-pole runner ( 11 ) at a pole pair number p = 5 at least equal to 20, at a pole pair number p = 7 at least equal to 28 and at a pole pair number p = 9 at least equal to 36.

Electrical machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that each pole wheel ( 22 ) between end shield ( 14 ) and pole wheel ( 22 ) lying fan ( 29 ) with an even number n of fan blades ( 291 ) and that the number n of fan blades ( 291 ) is selected so that the smallest common multiple of the number n of the fan blades ( 291 ) and the pole pair number p of the claw-pole runner ( 11 ) is at least equal to 60.

Electrical machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that each pole wheel ( 22 ) between end shield ( 14 ) and pole wheel ( 22 ) lying fan ( 29 ) with circumferentially distributed fan blades ( 291 ), which are arranged at uneven circumferential angular distances from each other, and that the circumferential angular distances vary between 10 ° and 45 °.

Electrical machine according to claim 10 or 11, characterized in that the number n of the fan blades ( 291 ) of a fan ( 29 ) and the number m of radial webs ( 19 ) of the adjacent bearing plate ( 14 . 15 ) are coordinated so that the smallest common multiple of the number n of the fan blades ( 291 ) and the number m of radial webs ( 19 ) is at least 20.

Electrical machine according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the claw-pole runner ( 11 ) one of the comb-like interlocking claw poles ( 222 ) of the two pole wheels ( 22 ) overlapped field exciter coil ( 25 ), which is on one between the two wheel discs ( 221 ) on the rotor shaft ( 21 ) received iron core ( 24 ) is postponed.

Electrical machine according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the claw-pole runner ( 11 ) leaving a working air gap ( 28 ) from a stand ( 12 ), one in axial grooves of a stator core ( 121 ) inserted armature winding ( 13 ), and that the armature winding ( 13 ) has a Nutfüllfaktor of greater than 50%.

Method for producing pole wheels ( 22 ) of a claw-pole runner ( 11 ) of an electric machine, the two on a rotor shaft ( 21 ) fixed pole wheels ( 22 ), each with a wheel disc ( 221 ) and with this one-piece, axially projecting from the disk edge claw poles ( 222 ), characterized in that the pole wheels ( 22 ) as a star-shaped arrangement of at least five odd, odd number of fingers ( 38 ) made of a preferably present as strip material sheet metal blank ( 36 ) and then the fingers ( 38 ) by deep drawing at right angles from the punching section plane to the claw poles ( 222 ) are bent out.

Method according to claim 15, characterized in that before the bending out of the fingers ( 38 ) on the one finger longitudinal edge of the fingers ( 38 ) in the direction of rotation of the claw-paw ( 11 ) rear edge of the claw poles ( 222 ), a chamfer is made by cold forming.