Stand der TechnikState of the art
Aus der EP 910155A1 ist eine elektrische Maschine bekannt, die als sogenannter Klauenpolgenerator ausgeführt ist. Diese elektrische Maschine weist einen Ständer und einen Läufer auf, wobei am Umfang des Läufers benachbart angeordnete, unterschiedlich polarisierte Erregerpole bzw. Klauenpole bei Drehbewegung eine Ständerspannung in einer Ständerwicklung des Ständers erzeugen. Die Erregerpole dieser Maschine sind als sogenannte Klauenpole ausgeführt.From the EP 910155A1 an electric machine is known, which is designed as a so-called Klauenpolgenerator. This electrical machine has a stator and a rotor, wherein adjacently arranged on the circumference of the rotor, differently polarized exciter poles or claw poles generate a stator voltage in a stator winding of the stator during rotational movement. The excitation poles of this machine are designed as so-called claw poles.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine deutliche Reduzierung der Kupfermasse einer elektrischen Maschine zu erreichen. Bei Beibehaltung des Wirkungsgrades und der Leistungsabgabe wird sowohl das Gewicht der Erregerwicklung als auch das Gewicht der Ständerwicklung verringert. Darüber hinaus kann die Leistungsdichte deutlich gesteigert werden.The object of the invention is to achieve a significant reduction of the copper mass of an electrical machine. Maintaining the efficiency and power output reduces both the weight of the field winding and the weight of the stator winding. In addition, the power density can be increased significantly.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Es zeigen:Show it:
1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine, 1 a longitudinal section through an electrical machine,
2 eine Seitenansicht auf ein Ständereisen, 2 a side view on a stand iron,
3 eine schematische Sicht auf einen abgewickelten Außenumfang des Rotors, 3 a schematic view of a developed outer circumference of the rotor,
4 Zwischenräume zwischen zwei Klauenpolrädern, in denen eine permanentmagnetische Einrichtung eingesetzt ist, 4 Spaces between two claw-pole wheels, in which a permanent magnetic device is used,
4A einen Verlauf der Leerlaufspannung und eines Volllaststrom in Abhängigkeit eines variablen konstruktiven Verhältnisses der Maschine, 4A a profile of the open circuit voltage and a full load current as a function of a variable design ratio of the machine,
5 eine Seitenansicht auf einen Wickelkopf und dessen Überdeckung durch einen Lüfter, 5 a side view of a winding head and its coverage by a fan,
6 eine Seitenansicht auf eine Nut eines Ständer, 6 a side view of a groove of a stand,
7 ein Diagramm, bei dem der normierte Abgabestrom bei 1800 1/min in Abhängigkeit von Längenverhältnissen und Durchmesserverhältnissen des Magnetkreises betrachtet wird, 7 a diagram in which the standardized output current at 1800 1 / min is considered as a function of the length ratios and diameter ratios of the magnetic circuit,
8 ein weiteres Diagramm, bei dem der normierte Abgabestrom bei 1800 1/min in Abhängigkeit von anderen Längenverhältnissen des Magnetkreises betrachtet wird, 8th another diagram in which the normalized output current at 1800 1 / min is considered as a function of other aspect ratios of the magnetic circuit,
9 ein Ständereisen in einer weiteren vergrößerten Stirnansicht, 9 a stator iron in a further enlarged front view,
10 ein Diagramm, in dem ein Verhältnis eines Abgabestroms bei 1800/min auf ein Verhältnis von Ständereisengeometrien bezogen ist, 10 a diagram in which a ratio of a discharge current at 1800 / min is related to a ratio of stator iron geometries,
11 ein Diagramm in dem ein Verhältnis aus Strom und eingesetzter Kupfermasse über ein Verhältnis aus der axialen Länge des Ständereisens und der drehaxialen Länge des elektromagnetischen Pfads aufgetragen ist. 11 a diagram in which a ratio of current and copper applied copper over a ratio of the axial length of the stator core and the rotational axial length of the electromagnetic path is plotted.
In 1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, hier in der Ausführung als Generator bzw. Wechsel-, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, dargestellt. Diese Maschine könnte mit einer entsprechenden Steuerung aber auch als Starter-Generator funktionieren. Diese elektrische Maschine 10 weist u. a. ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das ein erstes Lagerschild 13.1 und ein zweites Lagerschild 13.2 umfasst. Das Lagerschild 13.1 und das Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen sogenannten Stator 16 auf, der ein im Wesentlichen kreisringförmiges Ständereisen 17 umfasst, in dessen nach radial innen gerichteten, sich axial erstreckenden Nuten eine Ständerwicklung 18 eingefügt ist. Dieser ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche, die eine elektromagnetisch wirksame Oberfläche 19 ist, einen Rotor 20, der hier beispielsweise als Klauenpolläufer ausgebildet ist. In 1 is a cross section through an electric machine 10 , shown here in the embodiment as a generator or alternator, in particular three-phase generator for motor vehicles. This machine could work with a corresponding control but also as a starter generator. This electric machine 10 has, inter alia, a two-part housing 13 on, this is a first bearing shield 13.1 and a second end shield 13.2 includes. The bearing plate 13.1 and the bearing plate 13.2 take in a so-called stator 16 on, which is a substantially circular stator iron 17 comprises, in its radially inwardly directed, axially extending grooves, a stator winding 18 is inserted. This annular stator 16 surrounds with its radially inwardly directed grooved surface, which has an electromagnetically active surface 19 is a rotor 20 , who is trained here, for example, as clawpoll runner.
Der Rotor 20 umfasst u. a. zwei Polplatinen 22 und 23, an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger als elektromagnetisch polbare Klauenpole 24 und 25 angeordnet sind. Beide Polplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass deren sich in axiale Richtung erstreckende Klauenpole 24 bzw. 25 am Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Der Rotor 20 hat demnach ebenfalls eine elektromagnetisch wirksame Oberfläche 26. Es ergeben sich durch die sich am Umfang abwechselnden Klauenpole 24 bzw. 25 magnetisch erforderliche Zwischenräume 21, die hier auch 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 bzw. 13.2 drehbar gelagert. The rotor 20 includes, among other things, two pole boards 22 and 23 on the outer circumference of which each claw-pole finger extending in the axial direction as electromagnetically poleable claw poles 24 and 25 are arranged. Both polepatins 22 and 23 are in the rotor 20 arranged such that their claw poles extending in the axial direction 24 respectively. 25 on the circumference of the rotor 20 alternate each other. The rotor 20 therefore also has an electromagnetically active surface 26 , It results from the claw poles alternating at the circumference 24 respectively. 25 magnetically required spaces 21 , which are also referred to here as Klauenpolzwischenräume. The rotor 20 is by means of a wave 27 and one each located on one rotor side bearings 28 in the respective bearing shields 13.1 respectively. 13.2 rotatably mounted.
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 bzw. 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 bspw. von einer axialen Stirnseite der elektrischen Maschine 10 durch den Innenraum der elektrischen Maschine 10 hindurch zu einer radial außen befindlichen Umgebung 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 Lüfter 30 nach radial außen beschleunigt, so dass diese durch den für Kühlluft durchlässigen im Wesentlichen ringförmigen Wickelkopf 45 hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt wird der Wickelkopf 45 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch den Wicklungsüberhang bzw. Wickelkopf 45 bzw. nach dem Umströmen dieses Wickelkopfs 45 durch hier in dieser 1 nicht dargestellte Öffnungen einen Weg nach radial außen.The rotor 20 has a total of two axial end faces, on each of which a fan 30 is attached. This fan 30 consists essentially of a plate-shaped or disc-shaped portion, run from the fan blades in a known manner. These fans 30 serve to over openings 40 in the bearing shields 13.1 and 13.2 an air exchange, for example. From an axial end face of the electric machine 10 through the Interior of the electric machine 10 through to a radially outer environment. These are the openings 40 essentially at the axial ends of the end shields 13.1 and 13.2 provided by means of the fan 30 Cooling air in the interior of the electric machine 10 is sucked in. This cooling air is generated by the rotation of the fan 30 accelerated radially outward, so that they are permeable by the cooling air permeable substantially annular winding head 45 can pass through. This effect turns the winding head 45 cooled. The cooling air takes after passing through the winding overhang or winding head 45 or after the flow around this winding head 45 through here in this 1 not shown openings a way radially outward.
Die in 1 dargestellte und sich auf der rechten Seite des Generators befindende Schutzkappe 47 schützt verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen. So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine sogenannte 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. Dieser Pluskühlkörper heißt Pluskühlkörper, weil dieser elektrisch leitfähig mit einem Pluspol eines Akkumulators (z. B. Starterstromversorgung) verbunden ist. Als sogenannter 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.In the 1 shown and located on the right side of the generator protective cap 47 protects various components against environmental influences. So cover this cap 47 For example, a so-called slip ring assembly 49 which serves, a field winding 51 supply with excitation current. To this slip ring assembly 49 around is a heat sink 53 arranged, which acts here as plus heat sink. This plus heat sink is called a plus heat sink because it is electrically conductively connected to a positive pole of a rechargeable battery (eg starter power supply). As a so-called negative heat sink, the bearing plate acts 13.2 , Between the end shield 13.2 and the heat sink 53 is a connection plate 56 arranged, which serves, in the bearing plate 13.2 arranged negative diodes 58 and here in this illustration not shown plus diodes in the heat sink 53 to connect with each other and thus represent a known bridge circuit.
In 1 ist demnach eine elektrische Maschine 10 mit einem Stator 16, der ein Ständereisen 17 aufweist, offenbart. Das Ständereisen 17 hat eine im Wesentlichen zylindrische Öffnung 60 mit einer zentralen Achse 63, siehe auch 2. Die Öffnung 60 nimmt den Rotor 20 auf. Das Ständereisen 17 hat eine axiale Länge L17a und das Ständereisen 17 hält die Ständerwicklung 18. Zudem hat das Ständereisen 17 einen Innendurchmesser D17i und einen Außendurchmesser D17a. Auch der Rotor 20 besitzt eine Drehachse 66, die im montierten Zustand mit der zentralen Achse 63 zusammenfällt.In 1 is therefore an electric machine 10 with a stator 16 , who is a journeyman 17 has disclosed. The Ständerereisen 17 has a substantially cylindrical opening 60 with a central axis 63 , see also 2 , The opening 60 takes the rotor 20 on. The Ständerereisen 17 has an axial length L17a and the stator iron 17 Holds the stator winding 18 , In addition, has the Ständerereisen 17 an inner diameter D17i and an outer diameter D17a. Also the rotor 20 has a rotation axis 66 in the assembled state with the central axis 63 coincides.
Der Rotor 20 hat eine axiale Stirnseite 69, an der ein Lüfter 30 mit Lüfterschaufeln 72 angeordnet ist. Der Lüfter ist drehfest mit dem Rotor 20 – vorzugsweise direkt – verbunden.The rotor 20 has an axial end face 69 on which a fan 30 with fan blades 72 is arranged. The fan is non-rotatable with the rotor 20 - Preferably directly - connected.
Der Rotor 20 weist einen elektromagnetisch erregbaren Pfad 75 auf, der einen Polkern 78 hat, an den sich an beide drehaxialen Enden 80, 82 je eine Polplatine 22, 23 anschließt: Von der einen Polplatine 22 gehen Klauenpole 24 aus, die eine Nordpolarität haben und von der anderen Polplatine 23 gehen Klauenpole 25 aus, die eine Südpolarität haben, wobei sich am Umfang des Rotors 20 die Klauenpole 24 und 25 nach Nordpolarität und Südpolarität abwechseln. Der radial innerhalb der Klauenpole 24, 25 angeordnete Polkern 78 hat eine drehaxiale Länge L78.The rotor 20 has an electromagnetically excitable path 75 up, a pole core 78 has, at the at both axial ends 80 . 82 one pole board each 22 . 23 connects: From the one pole board 22 go claw poles 24 out, which have a north polarity and from the other pole board 23 go claw poles 25 out, which have a south polarity, being on the circumference of the rotor 20 the claw poles 24 and 25 alternate with north polarity and south polarity. The radially inside of the claw poles 24 . 25 arranged pole core 78 has a torsion axial length L78.
In 3 ist eine schematische Sicht auf einen abgewickelten Außenumfang des Rotors 20 zu erkennen. Es sind die trapezförmigen Flächen 84 und 85 der Klauenpole 24 und 25 zu erkennen, die den elektromagnetischen Fluss über sich als Grenzfläche des Rotors 20 zu den Grenzflächen an Zähnen des Stators 16 leiten bzw. von dort aufnehmen. Der Rotor 20 hat einen bereits erwähnten, eine Längsrichtung 86 aufweisenden Zwischenraum 21 zwischen zwei benachbarten gegenpoligen Klauenpolen 24, 25. Die Längsrichtung 86 fällt mit einer Mittellinie zwischen den Klauenpolen 24 und 25 zusammen. Ist der Zwischenraum beispielsweise von parallel zueinander verlaufenden Seitenflächen der Klauenpole 24 und 25 begrenzt, so verläuft die Mittellinie in der Mitte zwischen den Seitenflächen der Klauenpole 24 und 25.In 3 is a schematic view of a developed outer circumference of the rotor 20 to recognize. It is the trapezoidal surfaces 84 and 85 the claw poles 24 and 25 to detect the electromagnetic flux above it as the interface of the rotor 20 to the interfaces on teeth of the stator 16 guide or pick up from there. The rotor 20 has an already mentioned, a longitudinal direction 86 having intermediate space 21 between two adjacent antipolar claw poles 24 . 25 , The longitudinal direction 86 falls with a midline between the claw poles 24 and 25 together. Is the gap, for example, parallel to each other side surfaces of the claw poles 24 and 25 limited, the center line runs in the middle between the side surfaces of the claw poles 24 and 25 ,
Wie 4 zeigt, ist in dem einen Zwischenraum 21 zwischen den zwei Klauenpolen 24, 25 eine permanentmagnetische Einrichtung 88 eingesetzt. Die permanentmagnetische Einrichtung 88 hat eine Länge L88 in Längsrichtung 86 des Zwischenraums 21 (exklusive magnetisch nicht aktive Abschnitte wie Halteelemente). Die permanentmagnetische Einrichtung 88 dient der Kompensation eines elektromagnetischen bzw. magnetischen Streuflusses zwischen einem Klauenpol 24 mit Nordpolarität und einem Klauenpol 25 mit Südpolarität. Es ist vorgesehen, dass ein Verhältnis aus der Länge L88 der permanentmagnetischen Einrichtung 88 und der drehaxialen Länge L78 des Polkerns größer als 1,3 ist. Das heißt, dass Spitzen 123 und 124 der Klauenpole 24 und 25 in Zwischenräume 89 und 91 gleichpoliger Klauenpolwurzeln 130 und 131 jeweils hineinragen. Mit anderen Worten: es ragt eine Spitze 123 eines nordpoligen Klauenpols 124 zwischen zwei Klauenpolwurzeln 131 zweier südpoliger Klauenpole 125. Eine Klauenpolwurzel sei hier auf den Volumenbereich beschränkt, der sich in axialer Richtung an einen frei kragenden Teil eines Klauenpols 124, 125 anschließt. Ein entsprechendes Diagramm zeigt die 4A, welches unter Berücksichtigung von Permanentmagneten simuliert wurde. Einerseits ist über dem Verhältnis von L88/L78 der Verlauf des erzeugten Stroms IG bei Volllast und einer Drehzahl des Rotors von 1800/min dargestellt, anderseits zeigt dieses Diagramm den Verlauf der induzierten Spannung Ui bei Leerlauf und einem Erregerstrom IE von Null Ampére in der Ständerwicklung 18 bei 18000/min. Das erwünschte minimale Verhältnis von L88/L78 von 1,3 ist durch den Wendepunkt des Verlaufs der induzierten Spannung Ui begründet. Das erwünschte bevorzugte Verhältnis von L88/L78 von größer 1,6 ist durch den beginnenden starken Abfall des Verlaufs der induzierten Spannung Ui begründet. Durch Auswahl des Verhältnisses L88/L78 > 1,6 wird sichergestellt, dass die durch die Permanentmagneten induzierte Spannung kleiner der Zenerspannung der Dioden ist. Diese liegt üblicherweise >= 20V.As 4 shows is in the one space 21 between the two claw poles 24 . 25 a permanent magnetic device 88 used. The permanent magnetic device 88 has a length L88 in the longitudinal direction 86 of the gap 21 (excluding magnetically non-active sections such as holding elements). The permanent magnetic device 88 serves to compensate for an electromagnetic or magnetic leakage flux between a claw pole 24 with north polarity and a claw pole 25 with south polarity. It is envisaged that a ratio of the length L88 of the permanent magnet device 88 and the rotational axial length L78 of the pole core is greater than 1.3. That means that tips 123 and 124 the claw poles 24 and 25 in interspaces 89 and 91 Gleichpoliger Klauenpolwurzeln 130 and 131 each protrude. In other words, it sticks out a bit 123 a north pole claw pole 124 between two claw pole roots 131 two south pole claw poles 125 , A Klauenpolwurzel is here limited to the volume range, extending in the axial direction of a cantilevered part of a claw pole 124 . 125 followed. A corresponding diagram shows the 4A , which was simulated taking into account permanent magnets. On the one hand, the relationship of L88 / L78 shows the course of the generated current IG at full load and a speed of the rotor of 1800 / min, on the other hand, this diagram shows the course of the induced voltage Ui at idle and an excitation current IE of zero ampere in the stator winding 18 at 18000 / min. The desired minimum ratio of L88 / L78 of 1.3 is due to the inflection point of the course of the induced voltage Ui. The desired preferred ratio of L88 / L78 is greater than 1.6 justified by the onset of sharp drop in the course of the induced voltage Ui. By selecting the ratio L88 / L78> 1.6, it is ensured that the voltage induced by the permanent magnets is smaller than the zener voltage of the diodes. This is usually> = 20V.
In einer Variante ist vorgesehen, dass ein Verhältnis aus der Länge L88 der permanentmagnetischen Einrichtung 88 und der drehaxialen Länge L78 des Polkerns 78 größer als 1,6 ist.In a variant, it is provided that a ratio of the length L88 of the permanent magnetic device 88 and the rotational axial length L78 of the pole core 78 is greater than 1.6.
Des Weiteren ist definiert, dass die Ständerwicklung 18 einen Wickelkopf 45 hat, der eine Drahtverbindung 93 aufweist, die über eine drehaxiale Länge L93 vom Ständereisen 17 weg und wieder zu diesem hin geführt ist. Ist die betrachtete Drahtverbindung 93 die am weitesten auskragende Drahtverbindung 93, 5, so ist dies gleichzeitig die drehaxiale Länge des Wickelkopfs L45. Der Lüfter 30 ist radial innerhalb des Wickelkopfs 45 angeordnet, 1 und 5. Der vom Wickelkopf 45 und dem Lüfter 30 gemeinsam in drehaxialer Richtung überdeckte Bereich über die Länge L45a und dabei ein Anteil der vom Lüfter 30 drehaxial überdeckten Länge L93 der Drahtverbindung 93 soll größer als 0,5, vorzugsweise größer als 0,7 sein. Das Verhältnis aus L45a zu L45 bzw. L45a zu L93 soll demnach größer als 0,5, vorzugsweise größer als 0,7 sein.Furthermore, it is defined that the stator winding 18 a winding head 45 that has a wire connection 93 which has a torsion axial length L93 from the stator iron 17 gone and led back to this. Is the considered wire connection 93 the furthest overhanging wire connection 93 . 5 , this is at the same time the rotational axial length of the winding head L45. The fan 30 is radially inside the winding head 45 disposed 1 and 5 , The from the winding head 45 and the fan 30 together in drehaxialer direction covered area over the length L45a and thereby a portion of the fan 30 Rotary axially covered length L93 of the wire connection 93 should be greater than 0.5, preferably greater than 0.7. The ratio of L45a to L45 or L45a to L93 should therefore be greater than 0.5, preferably greater than 0.7.
Die Ständerwicklung 18 ist in nach radial innen geöffnete Nuten 96 des Ständereisens eingesetzt, 6. Es ist hier eine elektromagnetisch wirksame Fläche 100 der Nut 96 definiert. Die Fläche 100 ist durch die Zähne 103 und den Nutgrund 106 in Richtung zum Joch 109 begrenzt. Eine Fläche 110 im Nutschlitz 112 zwischen den beiden Zahnköpfen 115 bleibt unberücksichtigt, da bei dieser Bauweise dieser Raum nicht für die Anordnung einer Wicklung vorgesehen ist. Innerhalb der elektromagnetisch wirksamen Fläche 100 der Nut 96 und von einer Nutauskleidung 116 umgeben, befindet sich jeweils eine elektromagnetisch wirksame Wicklungsanordnung 117 der Ständerwicklung 18, die Spulenseiten 118 bspw. einer Phasen- oder Strangwicklung umfasst. Die Wicklungsanordnung 117 weist mindestens einen Drahtquerschnitt 120 mit einer elektrisch wirksamen Drahtquerschnittsfläche A120 auf, wobei ein Verhältnis aus der mindestens einen Drahtquerschnittsfläche A120 und damit aller Drahtquerschnitte (120) in einer Nut (96) und der elektromagnetisch wirksamen Fläche 100 kleiner als 0,5 ist.The stator winding 18 is in radially inwardly open grooves 96 used for the stator iron, 6 , It is here an electromagnetically effective surface 100 the groove 96 Are defined. The area 100 is through the teeth 103 and the groove bottom 106 towards the yoke 109 limited. An area 110 in the slot slot 112 between the two teeth heads 115 remains unconsidered, since in this design this space is not intended for the arrangement of a winding. Within the electromagnetically active area 100 the groove 96 and of a groove lining 116 surrounded, is in each case an electromagnetically effective winding arrangement 117 the stator winding 18 , the coil sides 118 For example, a phase or strand winding comprises. The winding arrangement 117 has at least one wire cross section 120 with an electrically effective wire cross-sectional area A120, wherein a ratio of the at least one wire cross-sectional area A120 and thus of all wire cross-sections ( 120 ) in a groove ( 96 ) and the electromagnetically effective surface 100 is less than 0.5.
Die 7 zeigt ein Diagramm, in dem auf der x-Achse das rechnerische, für verschiedene Varianten von D17i und D17a angegebene Verhältnis an (D17i/D17a). Der Polkern 78 hat einen Durchmesser D78 und eine drehaxiale Länge L78. Die rechts beschriftete y-Achse der 7 gibt das für viele Varianten angenommene Verhältnis von L78 und D78 an. Im Rahmen der Auslegung haben sich verschiedene Verhältnisse als günstig erwiesen: Ein Verhältnis aus der drehaxialen Länge L78 des Polkerns 78 und dem Durchmesser D78 des Polkerns 78 soll zwischen 0,21 und 0,36, vorzugsweise zwischen 0,225 und 0,348 liegen und besonders bevorzugt zwischen 0,25 und 0,33. Das Verhältnis aus dem Innendurchmesser D17i des Ständereisens 17 und dem Außendurchmesser D17a des Ständereisens 17 soll größer als 0,788 und kleiner als 0,854, vorzugsweise größer als 0,795 und kleiner als 0,848 und besonders bevorzugt zwischen 0,802 und 0,841 sein, s. a. 7, welche ohne Berücksichtigung von Permanentmagneten simuliert wurde.The 7 shows a diagram in which on the x-axis, the calculated, indicated for different variants of D17i and D17a ratio (D17i / D17a). The Polkern 78 has a diameter D78 and a rotational axial length L78. The right labeled y-axis of the 7 indicates the ratio of L78 and D78 assumed for many variants. In the context of the design, various ratios have proven to be favorable: A ratio of the drehaxialen length L78 of the pole core 78 and the diameter D78 of the pole core 78 should be between 0.21 and 0.36, preferably between 0.225 and 0.348, and more preferably between 0.25 and 0.33. The ratio of the inner diameter D17i of the stator iron 17 and the outer diameter D17a of the stator iron 17 should be greater than 0.788 and less than 0.854, preferably greater than 0.795 and less than 0.848, and more preferably between 0.802 and 0.841 7 , which was simulated without consideration of permanent magnets.
Es ist des Weiteren vorgesehen, dass der elektromagnetische Pfad 75 zwischen zwei von einander abgewandten Seiten 69, 90 der Polplatinen 22, 23 die drehaxiale Länge L75 hat, wobei das Verhältnis aus der axialen Länge L17a des Ständereisens 17 und der drehaxialen Länge L75 des elektromagnetischen Pfads 75 des Rotors 20 zwischen 0,68 und 1,0, vorzugsweise zwischen 0,70 und 0,95 ist, 8. Diese Figur wurde ohne Berücksichtigung von Permanentmagneten simuliert. Dort ist das Verhältnis aus einem Abgabestrom IGL und einem maximalen Abgabestrom IGL, max bei 1800 1/min über dem Verhältnis der Länge L17a des Ständereisens 17 und der drehaxialen Länge L75 des elektromagnetischen Pfads 75 aufgetragen.It is further contemplated that the electromagnetic path 75 between two sides facing away from each other 69 . 90 the pole boards 22 . 23 has the rotational axial length L75, wherein the ratio of the axial length L17a of the stator iron 17 and the rotational axial length L75 of the electromagnetic path 75 of the rotor 20 between 0.68 and 1.0, preferably between 0.70 and 0.95, 8th , This figure was simulated without considering permanent magnets. There is the ratio of an output current IGL and a maximum output current IGL, max at 1800 1 / min above the ratio of the length L17a of the stator iron 17 and the rotational axial length L75 of the electromagnetic path 75 applied.
In einer Variante ist vorgesehen, dass ein Verhältnis aus dem Durchmesser D17i und der drehaxialen Länge L78 des Polkerns 78 größer als 5,0 ist.In a variant, it is provided that a ratio of the diameter D17i and the rotational axial length L78 of the pole core 78 is greater than 5.0.
In 9 ist das Ständereisen 17 in einer weiteren vergrößerten Stirnansicht gezeigt. Das Ständereisen 17 hält – wie bereits erwähnt – die Ständerwicklung 18, die in nach radial innen geöffneten Nuten 96 aufgenommen ist. Eine jede Nut 96 ist in beide Umfangsrichtungen durch je einen Zahn 103 begrenzt, wobei die Zähne 103 in Umfangsrichtung eine minimale Zahnbreite B103 und in radialer Richtung eine Zahnhöhe H103 haben. Für das Verhältnis aus der Zahnhöhe H103 und einer minimalen Zahnbreite B103 soll ein Bereich von 0,45 bis 1,02 gelten. Vorzugsweise soll für das Verhältnis aus der Zahnhöhe H103 und einer minimalen Zahnbreite B103 ein Bereich von 0,53 bis 0,96 gelten, 10. Diese Figur wurde ohne Berücksichtigung von Permanentmagneten simuliert.In 9 is the Ständerereisen 17 shown in a further enlarged end view. The Ständerereisen 17 holds - as already mentioned - the stator winding 18 , which are in radially inwardly open grooves 96 is included. One each groove 96 is in both circumferential directions by one tooth each 103 limited, with the teeth 103 have a minimum tooth width B103 in the circumferential direction and a tooth height H103 in the radial direction. For the ratio of the tooth height H103 and a minimum tooth width B103 should apply a range of 0.45 to 1.02. Preferably, for the ratio of the tooth height H103 and a minimum tooth width B103, a range of 0.53 to 0.96 applies, 10 , This figure was simulated without considering permanent magnets.
Im Zusammenhang mit dieser zuletzt erwähnten Gestaltung des Nutschnitts soll des Weiteren gelten, dass ein Verhältnis aus der axialen Länge L17a des Ständereisens 17 und der drehaxialen Länge L78 des Polkerns 78 größer als 1,8 und kleiner als 2,68, vorzugsweise größer als 1,9 und kleiner als 2,42 ist, 11. Diese Figur wurde ohne Berücksichtigung von Permanentmagneten simuliert.In connection with this last-mentioned configuration of the groove cut, it should also be the case that a ratio of the axial length L17a of the stator iron 17 and the rotational axial length L78 of the pole core 78 greater than 1.8 and less than 2.68, preferably greater than 1.9 and less than 2, 42, 11 , This figure was simulated without considering permanent magnets.
Der Polkern 78 kann auf verschiedene Weise definiert sein: Die in 1 gezeigte Variante ist ein ringzylindrischer Polkern 78, der auf die Welle 27 aufgeschoben ist und von den Polplatinen 22, 23 getrennt ist. Eine andere bekannte Bauweise sieht einen Polkern 78 vor, der aus zwei entsprechenden Ansätzen ausgeführt ist, von denen je einer an den Polplatinen 22, 23 einstückig angeformt ist. Durch Aufschieben auf die Welle 27, wobei die beiden Ansätze einander zugewandt sind, wird ein gleichwertiger Polkern 78 erzeugt. Die Polkernlänge L78 ist hier die Summe der drehaxialen Längen der AnsätzeThe Polkern 78 can be defined in several ways: The in 1 variant shown is a ring-cylindrical pole core 78 who is on the wave 27 is deferred and from the pole boards 22 . 23 is disconnected. Another known construction sees a pole core 78 ago, which is carried out from two corresponding approaches, one of which at the Polplatinen 22 . 23 is integrally formed. By sliding on the shaft 27 , with the two approaches facing each other, becomes an equivalent pole core 78 generated. The Polkernlänge L78 here is the sum of the drehaxialen lengths of the approaches
Es ist im Übrigen besonders bevorzugt, dass die Anzahl der Drahtquerschnitte 120 je Nut genau vier ist.Incidentally, it is particularly preferable that the number of wire cross sections 120 each groove is exactly four.
In Bezug zur permanentmagnetischen Einrichtung 88 wird angemerkt, dass die Zwischenräume 21 nach Möglichkeit vollständig mit einem oder mehreren Permanentmagneten als Teil der permanentmagnetischen Einrichtung 88 besetzt bzw. ausgefüllt sein sollen. Der oder die Permanentmagnete sollen in drehaxialer Richtung mittig zwischen Spitzen 123 und 124 der Klauenpole 24 und 25 angeordnet sein. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die beispielsweise in 1 sichtbaren Seitenflächen 127 und 128 – vorzugsweise von den Spitzen 123 und 124 bis zu den Klauenpolwurzeln 130 und 131 der Klauenpole 24 und 25 für die Aufnahme eines oder mehrerer Permanentmagnete entweder spanlos oder spanend, insbesondere in Längsrichtung 86 des Zwischenraums 21 durchgehend, bearbeitet sind. Zur Aufnahme eines oder mehrerer Permanentmagnete ist als mechanisches Zwischenstück zwischen einem Permanentmagneten und einem Klauenpol 24 und 25 ein Halteelement vorgesehen, dass am Klauenpol 24 und/oder 25 befestigt ist und selbst jeweils zur Halterung eines Permanentmagneten dient. Das Halteelement kann in Nuten einzeln einstückig zwischen zwei Klauenpolen 24 und/oder 25 angeordnet sein oder ein Sammelhalter sein, der mehrere Permanentmagnete in unterschiedlichen Zwischenräumen 21 hält. Als Sammelhalter kann dieser ringförmig oder mäanderförmig in radialer und/oder axialer Richtung geformt sein. Die Permanentmagnete selbst können weniger – beispielsweise nur die Hälfte und hierbei z. B. nur in jedem zweiten Zwischenraum 21 – aber auch doppelt so viele wie die Anzahl der Klauenpole 24 und 25 sein. Die Permanentmagnete können aus Ferriten oder aus seltenen Erden hergestellt sein.In relation to the permanent magnetic device 88 it is noted that the spaces between 21 if possible completely with one or more permanent magnets as part of the permanent magnetic device 88 filled or filled. The permanent magnet (s) should be in the axial direction between centers 123 and 124 the claw poles 24 and 25 be arranged. In addition, it is envisaged that the example in 1 visible side surfaces 127 and 128 - preferably from the tips 123 and 124 up to the claw pole roots 130 and 131 the claw poles 24 and 25 for receiving one or more permanent magnets either without cutting or machining, in particular in the longitudinal direction 86 of the gap 21 continuously, are processed. To accommodate one or more permanent magnets is as a mechanical intermediate piece between a permanent magnet and a claw pole 24 and 25 a holding element provided that the claw pole 24 and or 25 is attached and each itself serves to hold a permanent magnet. The holding element can be individually in grooves in one piece between two claw poles 24 and or 25 be arranged or a collecting holder, the more permanent magnets in different spaces 21 holds. As a collection holder this can be shaped annular or meandering in the radial and / or axial direction. The permanent magnets themselves can be less - for example, only half and here z. B. only in every second space 21 - but also twice as many as the number of claw poles 24 and 25 be. The permanent magnets can be made of ferrites or of rare earths.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 910155 A1 [0001] EP 910155 A1 [0001]
