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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen
Klauenpolgenerator, mit einer Vielzahl von einem Rotor zugeordneten
Polen, die in Umfangsrichtung wechselseitig ausgerichtete Magnetfelder
aufweisen, wobei zwischen den Polen Permanentmagnete angeordnet
sind.
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Stand der Technik
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Für
elektrische Maschinen, insbesondere elektrisch erregte Klauenpolgeneratoren,
können bei hohem Leistungsbedarf zwischen den Polen zusätzliche
Permanentmagnete angeordnet sein. Dies ist beispielsweise häufig
bei Maschinen mit hohen Leistungsanforderungen vorgesehen. Diese
Permanentmagnete werden bisher in Räume zwischen den Polen – die
dazu mit genauen spanabhebenden Bearbeitungsverfahren bearbeitet
wurden – entweder direkt eingesetzt und mit einem Klebstoff
beziehungsweise Imprägniermittel verklebt, oder mit zusätzlichen
Blech- beziehungsweise Kunststoffträgern fixiert und positioniert.
Ein Beispiel für letztere Vorgehensweise ist in der
DE 10 2006 041 981
A1 zu finden. Hier sind die Permanentmagnete mittels Blechen
gesichert, die beidseitig in Polnuten gehalten sind. Die Bleche
weisen wenigstens eine zusätzliche Arretierung auf, mit
der sie sich in axialer Richtung an den Polen abstützen.
Ebenso sind die Permanentmagnete in axialer Richtung gehalten. Die
bekannten Lösungen weisen allerdings den Nachteil auf,
dass eine genaue spanabhebende Bearbeitung der Pole notwendig ist,
die jedoch wegen der Bildung von Stahlspänen nachteilig
ist. Dies ist vor allem bei fertig montierten elektrische Maschinen
der Fall, für welche es bedingt durch die Späne
zu Kurzschlüssen und Verklemmungen in dem Luftspalt der
Maschine kommen kann. Dies kann zu Beschädigungen der Maschine
führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber
weist die elektrische Maschine mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen
den Vorteil auf, dass eine spanabhebende Bearbeitung der Pole zumindest
teilweise vermieden wird und damit die Maschine gleichzeitig fertigungs-
und montagefreundlich und folglich kostengünstig ist. Dies
wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Permanentmagnete
jeweils mit einer Spannklammer, die in, insbesondere spanlos gefertigten,
Nuten der benachbarten Pole angeordnete Federelemente aufweist,
oder mit einem in Nuten des Permanentmagnets und in, insbesondere
spanlos gefertigen, Nuten der benachbarten Pole angeordnete Federringabschnitt
oder Federring befestigt sind. Die elektrische Maschine ist insbesondere
ein Klauenpolgenerator, wobei die Pole als Klauenpole beziehungsweise
Klauenpolfinger ausgebildet sind. Auf die beschriebene Weise sind
sehr kleine Luftspalte zwischen Permanentmagneten und Polen sowie
eine große Flächenüberdeckung zwischen
diesen erzielbar und es können sehr geringe Leistungsverluste
der elektrischen Maschine erreicht werden. Als weitere Vorteile
ergeben sich eine erhöhte Robustheit gegen mechanische,
elektrische und thermische Belastungen, eine geringe mechanische
und elektromagnetische Unwucht und damit eine verringerte Geräuschbildung
durch hohe axiale, radiale und tangentiale Positionsgenauigkeit
der Permanentmagnete. Ebenso erlaubt diese Bauweise, die Permanentmagnete
bereits vor einer Herstellung eines Rotors der elektrischen Maschine,
an welchem die Pole vorgesehen sind, oder auch nachträglich
zu magnetisieren. Die Permanentmagnete sind in einer Ausführungsform
jeweils mit einer Spannklammer gehalten. Diese weist Federelemente
auf, die in Nuten der benachbarten Pole angeordnet und/oder abgestützt
sind und somit den Permanentmagnet in Position hält. Die
Nuten sind insbesondere spanlos gefertigt, beispielsweise mittels
eines Umformverfahrens. Die Nuten weisen dabei Dimensionen auf,
bei welchen eine problemlose spanlose Fertigung möglich
ist. Sie sind insbesondere im Querschnitt halbkreisförmig
oder halbellipsenförmig. Es kann auch beispielsweise zunächst
eine grobe Bearbeitung mittels eines spanabhebenden Verfahrens und
anschließend, nach einem Entfernen der dabei angefallenen
Späne, eine Nachbearbeitung mittels eines spanlosen Verfahrens
vorgesehen sein. Alternativ kann ein Federringabschnitt oder ein
Federring zur Befestigung des Permanentmagneten vorgesehen sein.
Der Federringabschnitt oder der Federring greift sowohl in Nuten
des Permanentmagnets als auch in, vorzugsweise spanlos gefertigte,
Nuten der benachbarten Pole ein. Vorgesehen ist dabei vor allem
die Verwendung von gekoppelten wurm- und zugfederartig gewickelten
Zugfedern. Der Federringabschnitt kann ein Wurmfederringabschnitt
beziehungsweise ein gerollter Federringabschnitt und der Federring
ein Wurmfederring beziehungsweise ein gerollter Federring sein.
Diese können beispielsweise mit Einschraubspitzen ausgerüstet
sein, sodass der Wurmfederring einfach durch Ineinanderschrauben
der Enden der Wurmfeder herstellbar ist. Die Herstellung der Wurmfeder
ist großseriengerecht und weist eine hohe Prozessrobustheit
auf. Sie ist damit sehr preiswert. Der Wurmfederring kann aus einer oder
aus mehreren Wurmfedern, die beispielsweise über die Einschraubspitzen
verbunden sind, hergestellt sein. Bei der Befestigung des Permanentmagnets
an der elektrischen Maschine gleicht der Federringabschnitt beziehungsweise
der Federring Einbautoleranzen sowohl in tangentialer, radialer
als auch in axialer Richtung aus. Damit ist das spanlose Fertigen
der Nuten problemlos möglich, da hierbei Maßabweichungen
auftreten können, die jedoch mittels der Spannklammer und/oder
des Federrings/Federringsabschnitts ausgeglichen werden können.
Die Nuten sind somit zumindest teilweise spanlos fertigbar.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement einen
Spannstift oder Spannstiftabschnitt aufweist. Besonders vorteilhaft lässt
sich das Federelement ausbilden, indem Bereiche der Spannklammer
zu einem Spannstift beziehungsweise einem Spannstiftabschnitt geformt
werden. Zu diesem Zweck kann das Material der Spannklammer entsprechend
aufgerollt werden. Vorteilhafterweise kann die Spannklammer dazu
aus Federstahl ausgebildet sein. Der Spannstift ist ein Blechstreifen,
der zu einem – nicht ganz geschlossenen – Rohr
geformt ist. Der Durchmesser des Spannstifts kann so gewählt
werden, dass er in eingebautem Zustand um ein gewünschtes
Maß zusammengedrückt ist. Auf diese Weise bleibt
er aufgrund der Federwirkung in den Nuten der Pole festsitzend angeordnet. Der
Spannstift beziehungsweise der Spannstiftabschnitt kann an mindestens
einem Ende, insbesondere kegelförmig, gefast sein, damit
er einfach in die Nuten einbringbar ist. Er ist somit selbstzentrierend.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spannklammer Haltelaschen
zur axialen Fixierung des Permanentmagnets aufweist. Der Permanentmagnet
kann durch Bereiche des Federelements in der Spannklammer gehalten
sein. Alternativ können Haltelaschen vorgesehen werden,
die der axialen Fixierung des Permanentmagneten dienen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Haltelaschen von
Bereichen der Federelemente gebildet sind. Die Federelemente können
also sowohl die Haltelaschen ausbilden als auch der Befestigung
der Permanentmagnete zwischen den Polen beziehungsweise Klauenpolfingern
dienen. Über die Federelemente können somit sowohl
die Haltelaschen als auch beispielsweise der Spannstift realisiert
sein. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement
auch in mindestens eine Nut des Permanentmagnets eingreift. Um eine
sichere radiale Fixierung und/oder Positionierung des Permanentmagnets
zu erlauben, weist auch dieser eine Nut auf. In diese greift das
Federelement ebenfalls ein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich
die Nut des Permanentmagneten und die Nut des benachbarten Pols
unmittelbar gegenüberliegen, sodass das Federelement gleichzeitig
in die beiden Nuten eingreifen kann. Dies kann insbesondere vorgesehen
sein, wenn das Federelement den Spannstift aufweist. Alternativ
kann der Permanentmagnet jedoch auch klemmend gehalten sein.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Nuten axial begrenzt
sind. Um eine genaue Positionierung und Sicherung des Permanentmagneten
beziehungsweise der Spannklammer in axialer Richtung zu gewährleisten,
sind die Nuten, insbesondere der Pole, zumindest einseitig axial
begrenzt. Sie durchgreifen also die Pole nicht vollständig
in axialer Richtung. Die axiale Begrenzung bildet somit einen axialen
Anschlag für die Spannklammer oder den Federring(-abschnitt).
Die Nuten können sowohl einseitig als auch beidseitig axial
begrenzt sind. In ersterem Fall können die Spannklammern
mit den Permanentmagneten auf einfache Weise in den komplett montierten
Rotor der elektrischen Maschine eingeschoben werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spannklammer einteilig
ist. Mit dieser einstückigen Auslegung der Spannklammer
lässt sich eine einfache, schnelle und kostengünstige
Fertigung der Spannklammer realisieren. Sie kann beispielsweise
aus einem Blech ausgestanzt und anschließend umgeformt
werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spannklammer und/oder
der Federring aus nichtmagnetischem und/oder nichtmagnetisierbarem Material
besteht. Das Verwenden von nichtmagnetischem und/oder nichtmagnetisierbaren Material
für die Spannklammer und/oder den Federring(-abschnitt)
verhindert eine – negative – Beeinflussung des
Magnetfelds beziehungsweise des Magnetfeldstreuflusses durch diese.
Die Spannklammer kann beispielsweise aus Blech mit den genannten
Eigenschaften bestehen, insbesondere daraus geformt sein.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Seitenflächen
der Permanentmagnete flächig an den Polen anliegen. Durch
die Befestigung der Permanentmagnete mit den Spannklammern beziehungsweise
den Federringabschnitten oder Federringen wird erreicht, dass die
Seitenflächen der Permanentmagnete sehr nahe an die Pole
heranragen, das heißt an diese angenähert sind,
und insbesondere flächig an diesen anliegen können.
Daraus resultiert ein sehr kleiner Luftspalt zwischen Permanentmagnet
und Pol und gleichzeitig eine sehr hohe Flächenüberdeckung.
Auf diese Weise können Leistungsverluste im Vergleich zu
elektrischen Maschinen gemäß dem Stand der Technik
deutlich reduziert werden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an dem Permanentmagnet
mindestens eine an eine Form der Pole angepasste Ausnehmung, insbesondere
Fase, vorgesehen ist. Die Permanentmagnete sollen an eine Kontur
beziehungsweise die Form der Pole angepasst werden. Dazu können
Ausnehmungen vorgesehen sein, wobei Fasen besonders vorteilhaft
sind. Diese Ausnehmungen erlauben eine Einsparung von Material,
womit gleichzeitig eine Verringerung der Fliehkraft der Permanentmagnete einhergeht.
Auf diese Weise ist die mechanische Belastung der elektrischen Maschine
reduzierbar.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwei benachbarte Spannklammern über
eine Verbindungslasche miteinander verbunden sind. In dem Klauenpolgenerator
sind die Permanentmagnete und damit auch die Spannklammern häufig
V-förmig zueinander angeordnet. Die Haltekraft der Spannklammern
kann in diesem Fall weiter erhöht werden, indem sie auf
der Seite, auf welcher die Spannklammern den geringeren Abstand
aufweisen – also in der Spitze des V – über
eine Verbindungslasche verbunden werden. Die Verbindungslasche kann
dabei zumindest mit einer der Spannklammern integriert sein. Insbesondere
wird auf diese Weise die axiale Stabilität der Verbindungslaschen
erhöht. Es kann vorgesehen sein, dass jeweils zwei Spannklammern
auf diese Weise miteinander verbunden sind. In einer weiteren Ausführungsform
sind alle Spannklammern auf beiden, insbesondere alternierenden, Seiten über
die Verbindungslasche miteinander verbunden. Es bildet sich so ein
durchgehender Kranz aus Spannklammern beziehungsweise Permanentmagneten,
die sich unterhalb von Spitzen der Klauenpolfinger diese umschließend
abstützen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spannklammer mindestens
eine Verstärkungssicke aufweist. Zur Stabilisierung des
Permanentmagneten gegenüber der Zentrifugalkraft wird die
Spannklammer versteift, indem die Verstärkungssicke vorgesehen
wird. Die Verstärkungssicken erstrecken sich vorzugsweise
in axialer Richtung der Spannklammer. Durch die Verwendung der Verstärkungssicke
wird eine sehr dünne Wandstärke der Spannklammer
ermöglicht, was eine sehr genaue Fixierung und Positionierung
der Spannklammer zusammen mit dem Permanentmagnet erlaubt. Die Dünnwandigkeit
ermöglicht zudem weitere Material- und damit Gewichtseinsparungen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert,
ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch einen Drehstromgenerator für
ein Kraftfahrzeug mit einem Klauenpolrotor,
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2 ein
Klauenpolrotor, wobei Permanentmagnete mit Spannklammern zwischen
Klauenpolfingern des Rotors befestigt sind,
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3 die
aus 2 bekannte Spannklammer mit spannstiftartig ausgebildetem
Federelement und in der Spannklammer angeordnetem Permanentmagnet,
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4 die
aus den 2 und 3 bekannte
Spannklammer und der Permanentmagnet in auseinandergebautem Zustand,
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5 der
Klauenpolrotor mit einer alternativen Ausführung der Spannklammer,
wobei sich Spannstifte der Spannklammer nicht über die
komplette axiale Länge der Spannklammer erstrecken, und
somit große Magnetanliegeflächen vorliegen,
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6 die
alternative Ausführung der Spannklammer aus 5,
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7 die
aus den 5 und 6 bekannte
Spannklammer,
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8 zwei
benachbarte, über eine Verbindungslasche miteinander verbundene
Spannklammern,
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9 eine
Detailansicht der Verbindungslasche,
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10 ein
Ausschnitt des Klauenpolrotors, an welchem die Permanentmagnete
mittels Wurmfederringen befestigt sind,
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11 der
vormontierte Permanentmagnet mit dem umlaufenden Wurmfederring,
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12 eine
Detailansicht zweier in dem Klauenpolrotor mittels des Wurmfederrings
befestigter Permanentmagnete, und
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13 eine
schematische Darstellung des Wurmfederrings.
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Die 1 zeigt
einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, hier
in der Ausführung als Generator beziehungsweise Drehstromgenerator
für Kraftfahrzeuge dargestellt. Diese elektrische Maschine 10 weist
unter anderem ein zweiteiliges Gehäuses 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 so genannten
Stator 16 auf, der einerseits aus einem im Wesentlichen
kreisringförmigen Ständereisen 17 besteht,
und in dessen nach radial innen gerichtete, sich axial erstreckende
Nuten herausragende Ständerwicklungen 18 eingelegt
beziehungsweise eingezogen sind. Dieser ringförmige Stator 16 umgibt mit
seiner radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche
einen Rotor 20, der als Klauenpolläufer ausgebildet
ist. Der Rotor 20 besteht unter anderem aus zwei Klauenpolplatinen 22 und 23,
an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende
Klauenpolfinger (auch als Pole bezeichnet) 24 und 25 angeordnet
sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im
Rotor 20 derart angeordnet, dass deren sich in axialer
Richtung erstreckende Klauenpol finger 24 beziehungsweise 25 am
Umfang des Rotors 20 aneinander abwechseln. Es ergeben
sich dadurch magnetisch erforderliche Zwischenräume zwischen
den gegensinnig (elektro-)magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25,
die als Klauenpolzwischenräume bezeichnet werden. Der Rotor 20 ist
mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite
befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 beziehungsweise 13.2 drehbar
gelagert.
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Der
Rotor 20 weist insgesamt zwei axiale Stirnflächen
auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt
ist. Dieser Lüfter 30 besteht im Wesentlichen aus
einem plattenförmigen beziehungsweise scheibenförmigen
Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen.
Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 40 in
den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch
zwischen der Außenseite der elektrischen Maschine 10 und
dem Innenraum der elektrischen Maschine zur Realisierung einer Luftkühlung
zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 im
Wesentlichen an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über
die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in
den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird.
Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Luft 30 nach
radial außen beschleunigt, sodass diese durch den kühlluftdurchlässigen Überhang 45 hindurchtreten
kann. Durch diesen Effekt wird der Wicklungsüberhang 45 gekühlt.
Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch den Wicklungsüberhang 45 beziehungsweise nach
dem Umströmen dieses Wicklungsüberhangs 45 einen
Weg nach radial außen, durch hier in dieser 1 nicht
dargestellte Öffnungen.
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In 1 auf
der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47, die
verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt.
So deckt diese Schutzklappe 47 beispielsweise eine so genannte Schleifringbaugruppe 49 ab,
die dazu dient, eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom
zu versorgen. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist
ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier
als Pluskühlkörper wirkt. Als so genannter Minuskühlkörper
wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und
dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet,
die dazu dient, im Lagerschild 13.2 angeordnete Minusdioden 58 und
hier in dieser Darstellung nicht gezeigte Plusdioden im Kühlkörper 53 miteinander zu
verbinden und somit eine an sich bekannte Brückenschaltung
darzustellen.
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Die 2 zeigt
den Rotor 20 der elektrischen Maschine 10, bestehend
aus den Klauenpolplatinen 22 und 23 und den davon
ausgebildeten Klauenpolfingern 24 und 25. Es ist
erkennbar, dass der Rotor 20 über seinen Umfang
mehrere Klauenpolfinger 24 und 25 aufweist, die
alternierend ineinander eingreifen. In den Klauenpolzwischenräumen – also
den Räumen zwischen den Klauenpolfingern 24 und 25 – sind
Permanentmagnete 60 mittels Spannklammern 62 befestigt.
Zu diesem Zweck weisen die Spannklammern 62 Federelemente 64 auf,
die in Nuten 66 der Klauenpolfinger 24 und 25 als
auch in Nuten 68 des Permanentmagnets 60 (hier
nicht erkennbar) haltend eingreifen. Die Nuten 66 der Klauenpolfinger 24 und 25 können
spanlos gefertigt sein, beispielsweise mit einem Umformverfahren
und weisen daher einen entsprechenden Querschnitt auf, beispielsweise
einen halbkreisförmigen oder einen halbellipsenförmigen.
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Die 3 zeigt
den Permanentmagneten 60 und die Spannklammer 62 in
einer Detailansicht. Es ist erkennbar, dass die Spannklammer 62 beidseitig sich
in axialer Richtung erstreckende Federelemente 64 aufweist,
die ihrerseits jeweils über einen Spannstift 70 verfügen.
Das Federelement 64 ist einteilig beziegungsweise einstückig
aus einem Blech, insbesondere Federstahlblech, hergestellt. Dazu
werden beispielsweise ein oder mehrere Umformverfahren (zum Beispiel
Stanzen, Rollen und Biegen) eingesetzt. Dabei können auch
die Spannstifte 70 durch Umbiegen von Außenkanten
des Blechs ausgebildet sein. Die Spannstifte 70 greifen
in die Nuten 68 des Permanentmagneten 60 ein.
Bei dem in 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel
sind sowohl die Nuten 68 als auch die Spannstifte 70 axial
durchgängig ausgebildet, sind also in axialer Richtung
nicht unterbrochen. Die Spannklammer 62 verfügt über
mindestens eine Verstärkungssicke 72, wodurch
sich Bereiche der Spannklammer 62 ergeben, welche in unmittelbarem
Kontakt mit dem Permanentmagneten 60 stehen, als auch Bereiche,
die von diesem beabstandet sind. Die Verstärkungssicken 72 beziehungsweise die
dabei entstehenden Ebenen, die mit dem Permanentmagneten 60 eben
beziehungsweise flächig in Kontakt stehen oder von diesem
beabstandet sind, bieten eine erhöhte Steifigkeit gegen
Brechen beziehungsweise Knicken zum Schutz des Permanentmagnets 60 gegen
die während eines Betriebs der elektrischen Maschine 10 auftretenden
Zentrifugalkräfte. In der Spannklammer 62 ist
im seitlichen Bereich des Permanentmagnets 60 eine Ausnehmung 74 vorgesehen,
in welche der Permanentmagnet 60 zumindest bereichsweise
eingreift. Auf diese Weise ist er in axialer Richtung sicher gehalten,
da er gegen Bereiche der Federelemente 64 stößt
und somit keine Bewegung in axialer Richtung möglich ist.
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Die 4 zeigt
die aus den 2 und 3 bekannte
Spannklammer 62 sowie den Permanentmagneten 60.
Deutlich erkennbar ist hier, dass der Permanentmagnet 60 beidseitig
die Nuten 68 aufweist. Diese können sowohl mit
einem spanenden als auch einem spanlosen Verfahren gefertigt sein,
wobei das spanlose bevorzugt verwendet wird.
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Die 5 zeigt
den Rotor 20 mit den Klauenpolplatinen 22 und 23 und
den Klauenpolfingern 24 und 25 analog zu dem in 2 dargestellten
Beispiel. Auch hier sind Permanentmagnete 60 zwischen den
Klauenpolfingern 24 und 25 angeordnet und dabei
jeweils von einer Spannklammer 62 gehalten. Diese Spannklammer 62 weist
jedoch, wie in 6 ersichtlich, keine axial durchgängigen
Spannstifte 70 auf. Vielmehr sind an der Spannklammer 62 mehrere
Federelemente 64 ausgebildet, an denen sich jeweils ein
Spannstift 70 befindet. In dieser Ausführungsform
weist die Spannklammer 62 Haltelaschen 76 auf,
die einer axialen Fixierung des Permanentmagneten 60 dienen.
Diese Haltelaschen 76 sind von Bereichen der Federelemente 64 gebildet. In
der gezeigten Ausführungsform weist der Permanentmagnet 60 keine
Nuten 68 auf, in welche die Spannstifte 70 eingreifen.
Der Permanentmagnet 60 ist lediglich klemmend – bei
Betrieb der elektrischen Maschine 10 insbesondere durch
die Zentrifugalkraft unterstützt – in dem Federelement 64 gehalten,
dessen Spannstifte 70 in den Nuten der Klauenpolfinger 24 und 25 angeordnet
werden. Im Unterschied zu dem in den 2 bis 4 gezeigten
Permanentmagnet 60 weist der hier gezeigte Permanentmagnet 60 Ausnehmungen 78 auf,
die als Fasen 80 ausgebildet sind. Mittels dieser Fasen 80 wird
der Permanentmagnet 60 an eine Kontur der Klauenpolfinger 24 und 25 beziehungsweise
der Klauenpolplatine 22 und 23 entsrepchend angepasst,
wie in 5 ersichtlich. Sie dienen ebenfalls der Materialeinsparung
und der Gewichtsreduzierung der Permanentmagnete 60. Auf
diese Weise kann die mechanische Belastung der elektrischen Maschine 10 im
Betrieb deutlich reduziert werden. In dieser Ausbildungsform ist
die Anliegefläche des Permanentmagneten 60 an
die Klauenpolfinger 24 und 25 durch den Wegfall
der Nuten 68 deutlich erhöht und der Permanentmagnet 60 ist einfacher
zu fertigen. Letzteres gilt sowohl hinsichtlich der erforderlichen
Werkzeuge als auch der Maßgenauigkeit.
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Die 7 zeigt
zwei der aus 6 bekannten Spannklammern 62,
ohne darin angeordnete Permanentmagnete 60. Es ist zu erkennen,
dass an jedem Federelement 64 eine Haltelasche 76 ausgebildet
ist, die den Permanentmagneten 60 nach dessen Einbau in
die Spannklammer 62 in axialer Richtung halten soll. Auch
die hier gezeigte Spannklammer 62 weist die Verstärkungssicke 72 auf.
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In
der 8 sind zwei der aus den 5 bis 7 bekannten
Spannklammern 62 gezeigt, in welchen jeweils ein gefaster
Permanentmagnet 60 angeordnet ist. Wie beispielsweise den 2 und 5 zu
entnehmen ist, sind die Spannklammern 62 beziehungsweise
die Permanentmagnete 60 in ihrer endgültigen Einbauposition
V-förmig angeordnet. Eine solche Anordnung ist auch in 8 dargestellt. Dabei
sind die beiden Spannklammern 62 an ihren einander nächstgelegenen
Stellen – das heißt in der Spitze des V – über
eine Verbindungslasche 82 miteinander verbunden. Dabei
kann eine Befestigung der Verbindungslasche 82 an den Spannklammern 62 beliebig
vorgesehen sein, beispielsweise klemmend. Alternativ können
die Spannklammern 62 und die Verbindungslasche 82 auch
einstückig ausgebildet sein.
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Eine
Detailansicht der Verbindungslasche 82 ist in 9 dargestellt.
Es ist erkennbar, dass die Verbindungslasche 82 zwischen
den Spannklammern 62 aus Bereichen der Spannklammern 62 ausgebildet
ist, womit die beiden Spannklammern 62 einstückig
ausgebildet sind. Die Verbindungslasche 82 ist in dem dargestellten
Beispiel an den Federelementen 64 vorgesehen. Die in den 8 und 9 dargestellte
Verbindungslasche 82 kann selbstredend sowohl auf die Spannklammer 62 der 2 bis 4 als
auch auf die Spannklammer 62 der 5 bis 7 angewandt
werden. In einer besonderen Ausführung der Spannklammern 62 sind
alle Spannklammern 62 des Rotors 20 über
Verbindungslaschen 82 miteinander verbunden. In diesem
Fall ergibt sich ein durchgehender Kranz aus allen Spannklammern 62 beziehungsweise
Permanentmagneten 60 des Rotors 20. Die Spannklammern 62 sind
in diesem Fall auf beiden, in diesem Fall alternierenden Seiten – jeweils
im Bereich der Spitze des V – über Verbindungslaschen 82 miteinander
verbunden.
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Wie
in 5 zu sehen, ist es generell nicht notwendig, dass
die Nuten 66 der Klauenpolfinger 24 und 25 axial
durchgängig sind. Es kann vielmehr vorgesehen sein, dass
die Nuten 66 axial begrenzt sind. Die Begrenzung kann sowohl
ein- als auch beidseitig vorgesehen sein.
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Die 10 zeigt
einen Ausschnitt des Rotors 20 mit den Klauenpolplatinen 22 und 23 sowie
den Klauenpolfinger 24 und 25. Wie bereits bekannt,
sind zwischen den Klauenpolfingern 24 und 25 Permanentmagnete 60 vorgesehen.
In 4 sind lediglich in einem Teil der Klauenpolzwischenräume
solche Permanentmagnete 60 dargestellt. Die Permanentmagnete 60 weisen
umlaufende Nuten 68 auf, in welchen ein Federring beziehungsweise
Wurmfederring 84 angeordnet ist. Der Wurmfederring 84 greift
somit sowohl in die Nut 68 des Permanentmagnets 60 ein, als
auch in die Nuten 66 der Klauenpolfinger 24 und 25.
Auf diese Weise ist eine klemmende Verbindung zwischen dem Permanentmagneten 60 und
den Klauenpolfingern 24 und 25 gegeben. Wie bereits
bekannt, müssen die Nuten 66 der Klauenpolfinger 24 und 25 axial
nicht durchgängig sein, sodass ein axiales Halten des Permanentmagneten 60 nach
einem Einbau zwischen die Klauenpolfinger 24 und 25 gewährleistet
ist. Generell können die Nuten 68 des Permanentmagnets 60 sowohl
spanend als auch mittels eines spanlosen Verfahrens hergestellt
sein.
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Die 11 zeigt
eine Detailansicht des Permanentmagnets 60 mit in seiner
Nut 68 angeordnetem Wurmfederring 84. Der Wurmfederring 84 umgreift
den Permanentmagneten 60 durchgängig. Wie bereits
beschrieben, kann der Permanentmagnet 60 Fasen 80 aufweisen,
die der Gewichtsreduzierung dienen. Idealerweise bildet die Nut 68 die
Kontur des Wurmfederrings 84 nach, weist also im Bereich
der Kanten des Permanentmagneten 60 Abrundungen (nicht
dargestellt) auf, um ein Knicken des Wurmfederrings 84 zu
vermeiden.
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Die 12 zeigt
eine Detailansicht des Rotors 20 mit darin angeordneten
Permanentmagneten 60. Der Übersichtlichkeit wegen
sind lediglich die Klauenpolfinger 25 dargestellt, während
die Klauenpolfinger 24 nicht abgebildet sind. Deutlich
erkennbar ist, wie die Permanentmagneten 60 mittels der Wurmfederringe 84 in
dem Rotor 20 verbaut sind.
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Die 13 zeigt
eine schematische Darstellung des Wurmfederrings 84. In
der oberen Darstellung ist er als durchgehender Wurmfederring 84 abgebildet,
während in der unteren Darstellung erkennbar ist, dass
der Wurmfederring 84 aus mindestens einer Wurmfeder 86 besteht,
die eine Einschraubspitze 88 aufweist. Mittels dieser Einschraubspitze 88 können
beispielsweise mehrere Wurmfedern 86 zu dem Wurmfederring 84 zusammengesetzt
werden beziehungsweise eine einzelne Wurmfeder 86 diesen
ausbilden. Der Wurmfederring 84 gleicht Einbautoleranzen
des Permanentmagneten 60 in dem Rotor 20 sowohl
in tangentialer, radialer als auch in axialer Richtung gut aus und
erlaubt es dadurch, die Nuten 66 der Klauenpolfinger 24 und 25 spanlos
zu fertigen. Die Großserienfertigbarkeit dieses Wurmfederrings 84 ist
durch den bewährten Einsatz beispielsweise in Radialwellendichtringen
bestätigt.
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Sowohl
bei der Befestigung des Permanentmagneten 60 in den Klauenpolzwischenräumen
mittels der Spannklammer 62 oder des Wurmfederrings 84 ist
gegeben, dass Seitenflächen des Permanentmagneten 60 flächig
mit den Klauenpolfingern 24 beziehungsweise 25 in
Kontakt treten. Auf diese Weise können sehr geringe Leistungsverluste
der elektrischen Maschine 10 erzielt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006041981
A1 [0002]