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Die Erfindung betrifft eine Rotoreinrichtung, insbesondere ein Rotorblech, für einen Generator eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen Klauenpolgenerator, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, wie einem Kraftfahrzeuggenerator, zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie mit einem Rotor, der eine Rotoreinrichtung aufweist, und einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuggenerators nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind elektrische Maschinen wie Kraftfahrzeuggeneratoren, insbesondere Kraftfahrzeuggeneratoren wie Wechselstromgeneratoren mit Gleichrichtern zur Gleichspannungsversorgung von Bordnetzen von Kraftfahrzeugen.
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Aus dem Stand der Technik sind Wechselstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge bekannt. Derartige Wechselstromgeneratoren sind üblicherweise als Klauenpolgeneratoren ausgebildet. Bei diesen Generatoren liegt eine Erregerwicklung im Rotor zylindrisch um einen Kern. Der Rotor umfasst unter anderem zwei Klauenpolplatinen, an deren Außenumfang sich jeweils in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen sind um Rotor derart angeordnet, dass ihre sich in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfinger am Umfang des Rotors einander als Nord- und Südpole abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Klauenpolzwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern, welche wegen der sich zu ihren freien Enden hin verjüngenden Klauenpolfinger leicht schräg zu einer Achse der elektrischen Maschine verlaufen.
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Weiter sind hybriderregte Generatoren mit entsrepchendem Rotor aus dem Stand der Technik bekannt. Die Rotoren umfassen Rotoreinrichtungen, die beispielsweise als Rotorbleche ausgebildet sind. Derartige Rotorbleche umfassen Magnettaschen zur Aufnahme von Permanentmagneten. Zudem ist das Rotorblech zur Leitung eines magnetischen Flusses ausgebildet. Derartige Rotorbleche sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Aus der
WO 2004/017496 A2 und der
US 2006/0119206 sind beispielsweise Rotorbleche bekannt, die Aussparungen aufweisen. Die Aussparungen sind zur Aufnahme von Verbindungselementen ausgebildet, um mehrere Rotorbleche zu einem Paket zusammen zuverbinden. Zudem sind weitere Aussparungen in Rotorwellennähe ausgebildet.
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Bekannt sind beispielsweise aus der
DE 10 207 025 971 A1 auch elektrische Maschinen, die als hybriderregte Maschine arbeiten. Die hybriderregte Maschine wird über den Erregerstrom in der Rotorwicklung geregelt. Die Ständerwicklung ist hierbei auf eine höhere Polzahl ausgelegt. Wird ein Erregerstrom eingespeist, der zu einer Polzahl führt, die mit der Ständerwicklung übereinstimmt, wird eine kräftige Spannung in der Ständerwicklung der Maschine induziert und die Maschine kann eine Leistung an das Bordnetz einspeisen. Wird dagegen der Erregerstrom in seiner Richtung umgekehrt, entsteht im Rotor die kleinere Polzahl, was in der Ständerwicklung dazu führt, dass keine Spannung induziert wird und die Maschine keine Leistung abgibt. Dies führt jedoch dazu, dass das Ständerjoch in der Maschine auf die kleinere Polzahl zu dimensionieren ist. Ein magnetischer Fluss im Ständerjoch ist bei der kleineren Polzahl deutlich größer als bei der höheren Polzahl. Somit erfordert die Maschine ein deutlich größeres Joch für eine gute Abregelung der Leistung. Für den Betrieb unter Volllast würde ein deutlich geringeres Joch ausreichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder des entsprechenden nebengeordneten Anspruches haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Rotorblech an die magnetische Flussführung innerhalb des Rotors angepasst ist. Durch geeignete Aussparungen wird der magnetische Fluss bei kleinerer Polzahl, das heißt bei einer Abregelung des Generators, begrenzt. Durch die Begrenzung des Flusses im Rotor bei der kleineren Polzahl wird eine bessere Abregelung des Generators realisiert und/oder das Ständerjoch ist kleiner auslegbar. Zudem wird durch die Aussparungen im Rotor Material und Gewicht eingespart. Auf diese Weise ist das Gesamtgewicht des Rotors reduziert. Die Aussparungen, die als Magnetflussbegrenzungsmittel dienen, sind in einem Hauptfluss eines magnetischen Flusses durch den Rotor angeordnet. Der Hauptfluss erfolgt zwischen den Magnettaschen, genauer zwischen den Permanentmagneten. Wobei der Fluss in einem Bereich um die Taschen herum durch das Rotorblechmaterial verläuft. Die Aussparungen verringern den Bereich, durch den der magnetische Fluss verläuft, sodass eine Begrenzung durch die Materialaussparung und der damit verbundenen Querschnittsverengung realisiert ist.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Aussparung in Richtung zu einer Rotorwellenaussparung zwischen der Magnettasche und der Rotorwellenaussparung angeordnet ist. Der elektrisch erzeugte magnetische Fluss verläuft um die Magnettaschen herum und somit auch zwischen den Magnettaschen und einer zentrischen Rotorwellenaussparung. Bevorzugt ist die Aussparung näher zu der Magnettasche hin ausgebildet, da hier ein größerer Einfluss auf den Magnetfluss der Permanentmagnete bewirkt wird. Bei einem positiven Erregerstrom verläuft der magnetische Hauptfluss in der Nähe der Magnettasche. Hinsichtlich der Ausbildung der Aussparungen ist auf einen ausreichenden Querschnitt zu achten, der einen ausreichenden Magnetfluss ermöglicht. Zudem ist ein auseichender Abstand zwischen Magnettasche und Aussparung aus Gründen der Festigkeit zu gewährleisten.
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Bei einem negativen Erregerstrom wirkt der Erregerstrom feldverstärkend in den Permanentmagneten. Dies wirkt sich direkt auf den Gesamtfluss in der Rotoreinrichtung aus. Die Aussparung ist in dem Fall dafür vorgesehen, dem Anstieg des magnetischen Feldes entgegen zu wirkten.
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Es ist vorteilhaft, dass ein Abstand zwischen der Aussparung und der Magnettasche kleiner oder gleich einer Breite der Magnettasche ist. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Abstand eine optimale Magnetflussbegrenzung bei ausreichender Festigkeit gewährleistet. Der radiale Abstandsbereich ist mittels aufwendiger Finite-Elemente-Berechnung ermittelt worden. Insbesondere beträgt ein vorteilhafter Abstandsbereich etwa 50% bis 30% der Taschenbreite. An den Enden der Aussparung beträgt der Abstand zwischen der Aussparung und der Magnettasche weniger als etwa 30% der Breite der Magnettasche.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Breite der Aussparung kleiner oder gleich der Breite der Magnettasche ist. Auch diese Breite hat sich hinsichtlich eines Magnetflusses bei ausreichender Festigkeit des Rotorblechs mittels Finite-Elemente-Methoden als optimal herausgestellt. Es sind in bevorzugten Ausführungsformen mehrere Aussparungen vorgesehen. Die Aussparungen sind in weiteren Ausführungsbeispielen gleich ausgebildet. In wiederum anderen Ausführungsbeispielen sind die Aussparungen unterschiedliche geformt ausgebildet. Bevorzugt sind die Aussparungen benachbart zu Rotornuten unterschiedlich zu den Aussparungen unter den zentral sitzenden Magneten ausgebildet.
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Bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine umfassend einen Ständer und einen Rotor, insbesondere einen hybriderregten Rotor, ist vorgesehen, dass der Rotor mindestens eine vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Rotoreinrichtung umfasst. Bevorzugt sind mehrere Rotoreinrichtungen vorgesehen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit in Magnettaschen eines Rotors angeordnete Permanentmagneten ist insbesondere vorgesehen, dass ein Magnetfluss zwischen den Permanentmagneten auf einen maximalen Magnetfluss durch eine Materialverjüngung im Bereich des Magnetflusses begrenzt wird. Die Materialverjüngung ist mittels Aussparungen realisiert. Die Aussparungen sind als Vertiefungen oder als Durchgangsöffnungen ausgebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch einen Längsschnitt durch einen Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem hybriderregten Rotor in Polwechselanordnung,
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2 schematisch ein Schaltbild einer Brückenschaltung eines 5-phasigen Stators in einer Anordnung als fünfzackiger Stern,
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3 schematisch eine als Rotorblech ausgebildete Rotoreinrichtung mit Aussparungen in einer ersten Ausführungsform,
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4 schematisch das Rotorblech nach 3 mit eingezeichneter Vergleichsspannung bei einer Belastung von etwa 20.000 Umdrehungen pro Minute,
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5 schematisch eine als Rotorblech ausgebildete Rotoreinrichtung mit Aussparungen in einer zweiten Ausführungsform mit eingezeichnetem Magnetflussbild bei Volllast und positivem Erregerstrom,
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6 schematisch das Rohrblech nach 5 mit eingezeichnetem Magnetflussbild bei Volllast und negativem Erregerstrom,
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7 schematisch eine weitere Ausführungsform einer als Rotorblech ausgebildeten Rotoreinrichtung,
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8 schematisch das Rotorblech nach 7 mit eingezeichnetem Magnetfluss bei einer vollen Erregung mit 5 A,
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9 schematisch das Rotorblech nach 7 mit eingezeichnetem Magnetfluss bei einer Gegenerregung mit –5 A und
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10 schematisch das Rotorblech nach 7 mit eingezeichneten Vergleichsspannungen bei einer Belastung von etwa 20.000 Umdrehungen pro Minute.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist ein Schnitt durch einen Wechselstromgenerator 10 für Kraftfahrzeuge dargestellt. Dieser weist unter anderem 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 Statorblechpaket 17, in dessen nach innen offene und sich axial erstreckende Nuten 19 eine Statorwicklung 18 eingelegt ist der ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten Oberfläche einen elektromagnetisch erregten Rotor 20, der als hybriderregter Rotor ausgebildet ist. Der Stator 16 wirkt hierbei über einen Arbeitsluftspalt mit dem im Stator 16 drehbar gelagerten Rotor 20 zusammen.
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Der Rotor 20 weist über seinen Umfang in einer vorgegebenen Folge mehrere Nordpole N und Südpole S auf, die durch polbildende Permanentmagnete 24, 25, sowie durch die Erregerwicklung 29 ausgebildet werden. Dabei lässt sich die Polzahl des Rotors 20 in Abhängigkeit von der Stärke und Richtung eines Erregerstromes in der Erregerwicklung 29 umsteuern. Der Rotor 20 wird aufgebaut aus einem magnetisch leitfähigen Körper, der als Blechpaket mit mehreren als Rotorblech ausgebildeten Rotoreinrichtungen 1 ausgebildet werden kann. Das Rotorblechpaket 21 ist vorzugsweise in Achsrichtung laminiert mit einer Blechstärke zwischen 0,1 mm und 2,0 mm. Unterhalb 0,1 mm ist die Widerstandsfähigkeit des Blechpakets 21 gegen Fliehkräfte zu gering. Oberhalb von 2,0 mm ist die Verringerung der Wirbelstromverluste auf der Außenfläche des Rotors 20 nicht mehr ausreichend, sodass die im Rotor eingebauten Permanentmagneten 24, 25 geschädigt bzw. entmagnetisiert werden können. Die axiale Länge des Rotorblechpaketes 21 entspricht vorzugsweise der axialen Länge des kreisringförmigen Statorblechpaketes 17, bzw. ist für einen Toleranzausgleich bis zu 2 mm länger oder kürzer als das kreisringförmige Statorblechpaket 17. Das Blechpaket 21 wird vorzugsweise durch Schweißnähte zusammengehalten. Es können statt Schweißungen auch Niete, bzw. Knöpfungen eingesetzt werden. Die Erregerwicklung 29 ist hierbei als Durchmesserspule ausgebildet und liegt in ausgesparten Nuten 40, die aus dem Blechpaket 21 ausgestanzt sind. Die Erregerwicklung 29 kann z. B. als Flyerwicklung (Doppelflyer) direkt in das Rotorblechpaket 21 eingewickelt werden. Des Weiteren sind in dem Rotorblechpaket Bereiche 41 ausgespart, in denen Permanentmagnete 24, 25 eingesetzt werden können. Erfindungsgemäß werden die Magnete 24, 25 in ausgestanzte (Magnet-)Taschen 41 im Rotorblechpaket 21 eingesetzt. Hierdurch ist es möglich die Fliehkräfte durch die geometrische Form der Taschen 41 aufzunehmen und dadurch einen sicheren Halt der Magnete 24, 25 auf dem Rotor 20 zu gewährleisten. Als Magnetmaterial erweist sich ein Material mit einer Remanenzinduktion von größer 1 T als besonders vorteilhaft. Diese magnetischen Eigenschaften weisen insbesondere Permanentmagnete 24, 25 aus Seltenerden auf. Die Magnete 24, 25 werden hierbei in den Rotor 20 derart eingebaut, dass sie ein im Wesentlichen radiales Feld erzeugen. Dieses Feld tritt dann vom Rotor 20 über den Luftspalt in das Ständerblechpaket und bildet somit bei Drehung des Rotors 20 eine Spannungsinduktion in den Wicklungen des Rotors 20.
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Der Rotor 20 ist mittels einer (Rotor-)Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 beziehungsweise 13.2 drehbar gelagert. Er weist zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Diese Lüfter 30 bestehen im Wesentlichen aus einem plattenförmigen beziehungsweise scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 48 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 48 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 Lüfter 30 radial nach außen beschleunigt, sodass sie durch die kühlluftdurchlässigen Wickelköpfe 50 auf der Antriebsseite und 51 auf der Elektronikseite hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt werden die Wickelköpfe 50, 51 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch die Wickelköpfe 50, 51, beziehungsweise nach dem Umströmen dieser Wickelköpfe 50, 51 einen Weg radial nach außen durch in nicht dargestellten 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 29 mit Erregerstrom versorgt. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Pluskühlkörper wirkt, an dem Plusdioden 59 montiert sind. 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 59 im Kühlkörper 53 in Form einer Brückenschaltung 69 miteinander verbindet.
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In 2 ist ein Wechselstromgenerator 10 mit fünf phasenbildenden Wicklungssträngen 70, 71, 72, 73, 74 anhand eines Schaltbildes dargestellt. Die Gesamtheit aller Wicklungsstränge 70, 71, 72, 73, 74 bildet die Ständer- oder Statorwicklung 18. Die fünf phasenbildenden Wicklungsstränge 70, 71, 72, 73, 74 sind zu einer Grundschaltung als fünfzackiger Stern (Drudenfuß) verschaltet, wobei die jeweils in den Zacken des Sterns verschalteten Stränge einen Winkel von ca. 36° el. einschließen. An den Verschaltungspunkten der Zacken 80, 81, 82, 83, 84 des fünfzackigen Sterns ist die Gleichrichterbrückenschaltung 69 angeschlossen. Die Wicklungsstränge sind wie folgt verschaltet. Der Wicklungsteilstrang 70 ist am Verschaltungspunkt 80 mit dem Wicklungsteilstrang 71 verbunden. Der Wicklungsstrang 71 ist an seinem gegenüberliegenden Ende am Verschaltungspunkt 81 mit dem Wicklungsstrang 72 verbunden. Der Wicklungsstrang 72 ist an seinem gegenüberliegenden Ende am Verschaltungspunkt 82 mit dem Wicklungsstrang 73 verbunden. Der Wicklungsteilstrang 73 ist an seinem gegenüberliegenden Ende am Verschaltungspunkt 83 mit dem Wicklungsstrang 74 verbunden. Der Wicklungsstrang 74 ist an seinem gegenüberliegenden Ende am Verschaltungspunkt 84 mit dem Wicklungsstrang 70 verbunden. Die Verschaltungspunkte befinden sich vorzugsweise axial auf oder neben dem elektronikseitigen Wickelkopf 51, um möglichst kurze Verschaltungswege zu realisieren. Hierzu treten die jeweils zu verschaltenden Anschlussdrähte der Wicklungsstränge 70, 71, 72. 73, 74 eines Verschaltungspunktes 80, 81, 82, 83, 84 vorzugsweise aus in Umfangsrichtung direkt benachbarten Nuten 19 aus. Die Verschaltungspunkte 80, 81, 82, 83, 84 der Wicklungsstränge 70, 71, 72, 73, 74 sind mit einem separaten Brückengleichrichter 69 verbunden, der aus fünf Minusdioden 58 und fünf Plusdioden 59 aufgebaut ist. Gleichspannungsseitig ist ein Spannungsregler 66 parallel geschaltet, der durch Beeinflussung des Stromes durch die Erregerwicklung 29 die Spannung des Generators regelt. Der Spannungsregler kann zusätzlich noch eine Verbindung zum Gleichrichter aufweisen, um den Spannungsabfall über einer Diode zu messen und hieraus die aktuelle Drehzahl des Generators zu ermitteln. Das Bordnetz ist schematisch durch die Fahrzeugbatterie 61 und durch Fahrzeugverbraucher 62 dargestellt. Es ist zur besseren Regelung auch möglich, die Erregerwicklung 29 mithilfe von vier Endstufen, die zu einer H-Brückenschaltung verbunden werden, anzusteuern. Hierdurch wird es möglich, in die Erregerwicklung 29 auch negative Erregerströme einzuprägen. Dies ergibt Vorteile in Bezug auf das Leistungsabregelungsverhalten des Generators, bzw. in Bezug auf die Regelgeschwindigkeit, da zum schnellen Entregen auch negative Spannungen an die Erregerwicklung 29 angelegt werden können.
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Selbstverständlich lassen sich auch andere Phasenzahlen und Verschaltungsarten in bekannter Weise darstellen. Besonders zu erwähnen sind hierzu dreiphasige Systeme in Stern oder Dreieckschaltung.
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3 zeigt schematisch eine als Rotorblech ausgebildete Rotoreinrichtung 1 für ein Blechpaket 21 mit Nuten 40 für die Erregerwicklung gemäß 1 und Aussparungen 2 in einer ersten Ausführungsform. Das Rotorblech ist als Kreisscheibe ausgebildet, die an ihrem umfänglichen Rand laschenartig ausgebildet ist. In den laschenartigen Bereichen sind Magnettaschen 41 zur Aufnahme der in 1 dargestellten Permanentmagnete 24, 25 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind 14 laschenartige Bereiche ausgebildet, wobei sechs Magnettaschen 41 vorgesehen sind. In radialer Richtung, das heißt zu einem Kreisscheibenmittelpunkt hin, sind unterhalb der Magnettaschen 41 Aussparungen 2 zur Begrenzung eines Hauptmagnetflusses zwischen den in 1 dargestellten Permanentmagneten 24, 25 ausgebildet. Die beiden zentralen Aussparungen 2a in 12-Uhr-Position und 6-Uhr-Position sind trapezförmig ausgebildet. Die vier anderen Aussparungen 2b linksseitig und rechtsseitig zu den trapezförmigen Aussparungen 2a sind schlitzartig als Langloch ausgebildet. Die Aussparungen 2 sind derart gestaltet und angeordnet, dass der magnetische Fluss durch die Permanentmagnete 24, 25 auf einen maximalen Wert beschränkt ist. Der flussführende Bereich unter den Magnettaschen 41 ist durch die Aussparungen 2 dermaßen eingeengt, dass der Magnetfluss durch den verengten Querschnitt und die Sättigungsinduktion des Blechmaterials bestimmt ist. Bei voller elektrischer Erregung arbeiten die Erregerdurchflutung und der Permanentmagnet 24, 25 in entgegengesetzter Richtung. Der magnetische Fluss durch den Permanentmagneten 24, 25 wird in diesem Fall geschwächt. Die Induktion im Blechpaket seitlich der Aussparungen (Einschnürbereiche) liegt noch unter der Sättigungsinduktion. Erst bei einer Gegenerregung des Generators arbeiten die Durchflutung der Erregerwicklung und die Magnete in derselben Richtung. Die Induktion im Magneten steigt an, bis die Sättigung der Einschnürbereiche erreicht wird und ein weiterer Anstieg der Induktion im Magneten bzw. des magnetischen Flusses durch den Magneten verhindert wird. Dementsprechend liegt eine Breite B der Aussparung 2 radial unterhalb der Magnettaschen in einem Bereich zwischen etwa 40% und 100% der Taschenbreite T der Magnettaschen 41, bevorzugt zwischen 40% und 100%. Am rechten und linken Ende der Aussparungen 2 liegt der Abstand D zwischen den Aussparungen 2 und den Magnettaschen 41 bei etwa kleiner gleich 30% der Breite der Magnete bzw. der Magnettasche 41. Die Aussparungen 2a, 2b weisen, wie zuvor beschrieben, unterschiedliche Geometrien auf. Dies ist in dem Ausführungsbeispiel aus Gründen der Festigkeit und der Flussführung erforderlich. Aus diesem Grund sind die Aussparungen 2 unter den Magnettaschen 41, die zu den Rohrnuten 40 benachbart sind, unterschiedlich groß gegenüber den Aussparungen 2 unter den zentral sitzenden Magneten auf 6-Uhr bzw. 12-Uhr-Position.
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4 zeigt schematisch das Rotorblech nach 3 mit eingezeichneter Vergleichsspannung bei einer Belastung von etwa 20.000 Umdrehungen pro Minute. Die Vergleichsspannung sind anhand der unterschiedlichen Schraffuren kenntlich gemacht, wobei diskrete Vergleichsspannungsbereiche eingezeichnet sind. Anhand der 4 wird deutlich, dass die Aussparungen 2 keinen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit des Rotorbleches bei maximaler Belastung aufweisen. Denn die Vergleichsspannungen im Bereich um die Aussparungen, die hier als gitterartige Schraffur dargestellt sind, liegen im Wesentlichen in einem gemeinsamen Vergleichsspannungsbereich. Die Vergleichsspannungsbereiche um die Ausnehmungen 40, insbesondere an den innen in dem Rotorblech angeordneten Endbereichen der Ausnehmungen 40, sind gegenüber einem Rotorblech ohne Aussparungen 2 im Wesentlichen unverändert. Die Höchstbelastungswerte, also die maximalen Vergleichsspannungen treten somit an den etwa dreieckförmigen Ausnehmungen 40 für die Spulen in 3-Uhr und in 9-Uhr-Position auf, und zwar an den benachbart zu der Rotorwellenaussparungen 5 angeordneten beiden Eckbereichen.
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5 zeigt schematisch eine als Rotorblech ausgebildete Rotoreinrichtung 1 mit Aussparungen 2 in einer zweiten Ausführungsform mit eingezeichnetem Magnetflussbild bei Volllast und positivem Erregerstrom. Die Belastungen durch den Magnetfluss sind durch entsprechende Schraffuren unterteilt in Magnetflussbereiche kenntlich gemacht. Die Aussparungen 2 sind als kreisförmige Durchgangsöffnungen ausgebildet. Die Darstellung der Rotoreinrichtung 1 gemäß 5 ist gegenüber der Darstellung gemäß 3 und 4 um 90° gedreht dargestellt. Diese sind in einem Bereich angeordnet, bei dem ohne die Aussparungen 2 ein minimaler Magnetfluss fließt. Durch die Aussparung 2 wird somit der magnetische Fluss bei voller Erregung kaum beeinflusst. Der Hauptfluss der Rotoreinrichtung 1 wird bei positiver Erregung nur wenig reduziert, sodass die Leistung der Rotoreinrichtung unter Volllast erhalten bleibt.
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6 zeigt schematisch das Rotorblech nach 5 mit eingezeichnetem Magnetflussbild bei negativem Erregerstrom. Die Belastungen durch den Magnetfluss sind hier ebenfalls und analog zu 5 durch entsprechende Schraffuren unterteilt in Magnetflussbereiche kenntlich gemacht. Gleiche Schraffurbereich sind gleich schraffiert. Gegenüber einem Rotorblech ohne Aussparungen 2 ist hier der Magnetfluss zwischen der Magnettasche 41 und der Aussparung 2 reduziert, sodass hier eine wirkungsvolle Begrenzung des Magnetflusses bewirkt ist.
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7 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer als Rotorblech ausgebildeten Rotoreinrichtung 1 ähnlich 3 und 4 in einer um 90° gedrehten Darstellung. Die Aussparungen 2 sind hier als Langlöcher oder Schlitze ausgebildet. Die zentralen Aussparungen 2a sind etwas größer ausgebildet gegenüber den seitlich benachbarten Langlöchern 2b. Mit dieser Ausführungsform ergibt sich das in 8 dargestellte Magnetflussbild.
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8 zeigt schematisch das Rotorblech nach 7 mit eingezeichnetem Magnetfluss bei einer vollen Erregung mit 5 A. Bei voller Erregung mit 5 A ergibt sich keine Magnetflussbegrenzung an den Endbereichen der Aussparungen 2. Hier wird der Magnetfluss nicht begrenzt. Durch die Ausbildung der Aussparungen 2 als Langlöcher, wie in 8 und auch in 9, erhält man günstigere Verhältnisse als bei kreisrunden Aussparungen 2 gemäß 5 und 6, wie deutlich anhand der Magnetflussbereiche zu erkennen ist.
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9 zeigt schematisch das Rotorblech nach 7 mit eingezeichnetem Magnetfluss bei einer Gegenerregung mit –5 A. Hier wird die wirkungsvolle Begrenzung des Magnetflusses im Bereich der Endbereiche der Aussparungen 2 deutlich.
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10 zeigt schematisch das Rotorblech nach 7 mit eingezeichneten Vergleichsspannungen bei einer Belastung von etwa 20.000 Umdrehungen pro Minute. An diesem Spannungsbild ist deutlich zu erkennen, dass durch die geeignete Ausbildung der Aussparungen 2 keine wesentliche Beeinträchtigung hinsichtlich der Festigkeit bei Volllast in dem Rotorblech entsteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/017496 A2 [0008]
- US 2006/0119206 [0008]
- DE 10207025971 A1 [0009]
