DE102013217821A1

DE102013217821A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102013217821A1
Application number: DE102013217821.2A
Authority: DE
Inventors: Vassilios Sekertzis; Julia Bihlmaier; Thomas Bol; Martin Schulz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-12

Abstract

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (10), insbesondere ein Generator wie ein Wechselstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, mit einer zumindest in Richtung einer Drehachse (A) zwischen zwei Kühlkörpern (13.2, 53) einer Gleichrichtereinrichtung angeordneten Anschlussvorrichtung (56), welche an beiden in Richtung der Drehachse (A) zu den Kühlkörpern weisenden Seiten nutartige Ausformungen (210) aufweist, um so quer zu der Drehachse (A) verlaufende Mediumabflusskanäle (210a) zu bilden, wobei zumindest zwei auf unterschiedlichen Seiten der Anschlussvorrichtung (56) angeordnete Ausformungen (211, 213) zumindest teilweise in Richtung der Drehachse (A) übereinander angeordnet sind, sodass zwei in Richtung der Drehachse (A) übereinander angeordnete Mediumabflusskanäle (211a, 213a) ausgebildet sind, und ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Maschine (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Generator wie einen Wechselstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie zur Gleichspannungsversorgung von Bordnetzen in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators wie einem Wechselstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Aus dem Stand der Technik sind Generatoren zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie im Kraftfahrzeug bekannt. Üblich ist der Einsatz von Generatoren, die mit einer elektrischen Erregung ausgestattet sind. Diese Generatoren erzeugen Wechselströme, der über einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt werden, um diesen Strom in Gleichspannungsbordnetzen von Kraftfahrzeugen zu nutzen. In Kraftfahrzeugen werden dabei zur Energieerzeugung vor allem Wechselstromgeneratoren in Form von Klauenpolgeneratoren verwendet. Der Läufer umfasst die Läuferwelle, auf welcher ein Polkern und zwei Klauenpole angebracht sind. Bei einer Drehung der Läuferwelle bzw. des Läufers dreht sich dieser gegenüber einem Stator. Geführt ist der Läufer beidseitig in Lagerschildern mittels Wälzlagern. Fließt ein Gleichstrom durch eine Erregerwicklung in dem Läufer, entsteht ein Magnetfeld. Sobald sich der Läufer dreht, induziert das Magnetfeld in den Statorwicklungen eine Wechselspannung.
Die Gleichrichter weisen Plus- und Minusdioden auf, welche über eine entsprechende Verschaltungs- oder Anschlussvorrichtung, in der Regel über eine Anschlussplatte, kontaktiert werden. Zur Kühlung der Dioden sind entsprechende Kühlkörper vorgesehen.
Aus der EP 2 546 926 A1 ist ein Gleichrichter bekannt, der je einen Kühlkörper für die Plusdioden – einen Pluskühlkörper – und die Minusdioden – einen Minuskühlkörper – aufweist. Der Minuskühlkörper ist separat auf einem Lagerschild angeordnet, weshalb die elektrische Maschine gemäß der EP 2 546 926 A1 zumindest in axialer Richtung relativ groß baut.
Weitere Wechselstromgeneratoren gemäß dem Stand der Technik sind beispielsweise aus der DE 696 03 320 T2 oder der CN 201577035 U bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder nebengeordneten Anspruches haben dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Generator wie einem Wechselstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, mit einer zumindest in Richtung einer Drehachse zwischen zwei Kühlkörpern einer Gleichrichtereinrichtung angeordneten Anschlussvorrichtung, welche an beiden in Richtung der Drehachse zu den Kühlkörpern weisenden Seiten nutartige Ausformungen aufweist, um so quer zu der Drehachse verlaufende Mediumabflusskanäle zu bilden, wobei zumindest zwei auf unterschiedlichen Seiten der Anschlussvorrichtung angeordnete Ausformungen zumindest teilweise in Richtung der Drehachse übereinander angeordnet sind, sodass zwei in Richtung der Drehachse übereinander angeordnete Mediumabflusskanäle ausgebildet sind, eine verbesserte Wärmeabfuhr sowie eine leichtere Bauweise realisierbar ist. Durch die sich teilweise in Richtung der Drehachse oder in Axialrichtung teilweise überlappenden Kanäle ist ein Gesamtquerschnitt für eine Medienabfuhr erhöht. Die Anschlussvorrichtung lässt sich durch die flexibler gestaltbaren Kanäle dünner gestalten. Beispielsweise ist in einer Ausführung zwischen den sich in Axialrichtung überlappenden Kanälen ein schmaler Steg vorgesehen. An anderen Stellen ist die Materialstärke der Anschlussvorrichtung größer. Somit lässt sich die Anschlussvorrichtung entsprechend der Anforderungen materialtechnisch (Gewicht, Stabilität) und strömungstechnisch optimieren. Durch eine dünnere Materialstärke ist beispielsweise ein nachgiebigerer Bereich gegenüber Bereichen mit höherer Materialstärke realisierbar. Insgesamt ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Anschlussvorrichtung zumindest in Axialrichtung unterschiedliche Materialstärken und/oder Wandstärken aufweist. Bei der Drehachse handelt es sich in einer Ausführungsform um ein Drehachse eines Rotors der elektrischen Maschine.
Die Gleichrichtereinrichtung weist in einer Ausführungsform einen ersten Kühlkörper auf, der integriert als Lagerschild, insbesondere als Schleifringlagerschild ausgebildet ist. In dem ersten Kühlkörper, beispielsweise dem Minuskühlkörper, sind erste Dioden, beispielsweise Minusdioden angeordnet. Weiter sieht eine Ausführungsform vor, ein zweiter Kühlkörper umfasst ist. Der zweite Kühlkörper ist im Gegensatz zu dem ersten Kühlkörper, der in dem Lagerschild integriert ausgebildet ist, als separates Bauteil ausgeführt ist. In dem zweiten Kühlkörper, beispielsweise dem Pluskühlkörper, sind zweite Dioden, beispielsweise Plusdioden, angeordnet. Sandwichartig zwischen den Kühlkörpern ist die Anschlussvorrichtung angeordnet. In einer Ausführungsform liegt die bevorzugt als Anschlussplatte ausgeführte Anschlussvorrichtung zumindest auf dem Lagerschild bzw. dem Schleifringlagerschild abstandshalterfrei auf. Bevorzugt kontaktiert die Anschlussvorrichtung den ersten Kühlkörper zumindest teilweise. Weiter bevorzugt ist die Anschlussvorrichtung über Abstandshalter beabstandet zu und/oder mit dem zweiten Kühlkörper verbunden. Der Abstandshalter ist in einer Ausführungsform integriert, das heißt einteilig, in der Anschlussvorrichtung ausgebildet. Weiter weist die Anschlussvorrichtung von innen, nahe der Drehachse, nach außen, entfernt von der Drehachse, mindestens einen Medienabflusskanal oder eine Ausformung auf. Der Medienabflusskanal kann als Strömungskanal ausgebildet sein, der vollumfänglich von der Anschlussvorrichtung umgeben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Medienabflusskanal als Strömungskanal ausgebildet, der zumindest teilweise umfänglich unterbrochen oder offen ist, das heißt nicht vollumfänglich geschlossen ist, zumindest abschnittsweise in Richtung einer Strömungsrichtung. Durch die integrierte Ausbildung des Lagerschilds und des ersten Kühlkörpers sowie der Material sparenden Ausführung der Anschlussvorrichtung ist ein klein bauender und flexibler Aufbau bei einem gleichzeitig verbesserten Medienabfluss realisiert. Die Gleichrichtereinrichtung umfasst neben weiteren Bauteilen das Lageschild, insbesondere das Schleifringlagerschild. Das Schleifringlagerschild fungiert bevorzugt zugleich als Kühlkörper. Insbesondere fungiert das Schleifringlagerschild als Minuskühlkörper. Das Schleifringlagerschild weist Aufnahmen für Dioden, insbesondere für Minusdioden auf. Diese Dioden sind in die entsprechenden Aufnahmen eingepresst, sodass die Dioden sicher dort aufgenommen sind. Dabei ragen die Dioden in axialer Richtung von dem Schleifringlagerschild vor. In Umfangsrichtung sind die Dioden etwa gleich beabstandet zueinander angeordnet. Dabei ist die Anordnung so vorgesehen, dass die Dioden radial von einer Drehachse den gleichen Abstand aufweisen. In anderen Ausführungsformen sind die Dioden und damit auch die Aufnahmen zumindest teilweise unterschiedlich beabstandet, in Umfangsrichtung und/oder in radiale Richtung. In einem axialen Abstand zu dem Schleifringlager ist ein separater Kühlkörper angeordnet. Dieser ist für die Aufnahme von weiteren Dioden, insbesondere von Plusdioden, ausgebildet. Dazu weist der Kühlkörper, der hier als Pluskühlkörper fungiert, entsprechende Aufnahmen auf, in welche die dem separaten Kühlkörper zugeordneten Dioden aufgenommen sind. Vorzugsweise sind die Dioden in den separaten Kühlkörper eingepresst. Eine andere Verbindung ist möglich. In axialer Richtung zwischen den Kühlkörpern ist die Anschlussvorrichtung, beispielsweise in Form einer Anschlussplatte, angeordnet. Je eine Seite der Anschlussvorrichtung weist zu einem Kühlkörper. So liegt diese in einer Ausführungsform mit einer lagerschildseitigen Stirnseite auf dem Lagerschild auf. Das Lagerschild weist Ausnehmungen auf, in welche korrespondierende Vorsprünge der Anschlussvorrichtung oder der Anschlussplatte zur Lagesicherung hineinragen. Die Vorsprünge sind dabei korrespondierend zu den Ausnehmungen ausgebildet. Zur Anbindung des separaten Kühlkörpers sind Befestigungsbereiche an der Anschlussvorrichtung vorgesehen. Auf denen liegt der Kühlkörper mit entsprechenden komplementären Befestigungsbereichen auf. Bevorzugt ist der separate Kühlkörper mit der Anschlussvorrichtung über eine Schraubverbindung in den Befestigungsbereichen verbunden. Die Befestigungsbereiche fungieren in einer Ausführungsform als Abstandshalter, sodass die Befestigungsbereiche und die Abstandshalter integriert, das heißt einteilig, ausgeführt sind. Die dem separaten Kühlkörper zugeordneten Dioden ragen axial in Richtung des Lagerschilds ab. Dabei sind die Plusdioden bevorzugt radial und/oder umfänglich gleichbeabstandet zu der Drehachse bzw. zueinander angeordnet. In anderen Ausführungsformen sind die Plusdioden unterschiedlich in Umfangsrichtung und/oder radiale Richtung zueinander bzw. zu der Drehachse, auch als Längsachse bezeichnet, angeordnet. Die Anschlussvorrichtung liegt zumindest auf dem (Schleifring-)Lagerschild abstandshalterfrei auf. So bildet die Anschlussvorrichtung mit dem (Schleifring-)Lagerschild einen Kontaktbereich aus. Der Kontaktbereich, mit dem die Anschlussvorrichtung auf dem Schleifringlager aufliegt, das heißt die Stirnseite der Anschlussvorrichtung, weist mindestens eine Ausnehmung für einen radialen Medienabfluss auf. Bevorzugt weist die Anschlussvorrichtung mehrere Ausnehmungen auf. Um einen verbesserten Medienabfluss der zu kühlenden Dioden zu realisieren, ist die Ausnehmung in radialer Richtung sich über die gesamte Anschlussvorrichtung erstreckend ausgebildet.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf einer Seite der Anschlussvorrichtung mehr Ausformungen ausgebildet sind, als Ausformungen auf der anderen Seite der Anschlussvorrichtung, sodass mindestens zwei auf der einen Seite benachbarten Mediumabflusskanälen auf der anderen Seite mindestens ein Mediumabflusskanal weniger gegenübersteht. Auf diese Weise ist eine optimierte Strömung realisierbar, die insbesondere ein asymmetrisches Strömungsfeld durch die Asymmetrie in der Kanalverteilung aufweist. Somit sieht eine Ausführungsform eine asymmetrische Verteilung von Kanälen auf den unterschiedlichen Seiten der Anschlussvorrichtung vor.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass an dem ersten Kühlkörper erste Dioden angeordnet sind und an dem zweiten Kühlkörper zweite Dioden angeordnet sind und mindestens eine Ausformung zur Bildung eines Mediumabflusskanals ausgehend von der Drehachse in radialer Verlängerung in Richtung der ersten Dioden angeordnet ist. Hierdurch ist eine radialer Medienabfluss unmittelbar im Bereich der zu kühlenden Dioden realisiert.
Entsprechend sieht eine andere Ausführungsform vor, dass je erster Diode mindesten eine erste Ausformung zur Bildung eines ersten Mediumabflusskanals ausgebildet ist. Die Ausformung ist in einer Ausführungsform beispielsweise als Ausnehmung ausgebildet. Somit ist je erster Diode mindestens eine Ausnehmung, genauer eine erste Ausnehmung, vorgesehen. Damit wird je erster Diode oder Minusdiode ein optimierter Medienabfluss in unmittelbarer Nähe zu den ersten Dioden realisiert.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zwischen zwei ersten Ausformungen mindestens eine zweite Ausformung zur Ausbildung eines zweiten Mediumabflusskanals vorgesehen ist. Somit sind erste Ausformungen gebildet, welche in unmittelbarer Nähe zu den ersten Dioden angeordnet sind und zweite Ausformungen, die etwas weiter beabstandet zu den ersten Dioden ausgebildet sind, als die ersten Ausformungen. Die zweiten Ausformungen sind in Umfangsrichtung und/oder radial beabstandet zu den ersten Dioden bzw. zu den ersten Ausnehmungen angeordnet. Über diese zweiten Ausnehmungen wird ebenfalls ein radialer Medienabfluss realisiert.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass je erster Diode und/oder je erster Ausformung eine dritte Ausformung auf der anderen Seite der Anschlussvorrichtung vorgesehen ist, welche die erste Ausformung in Richtung der Drehachse zumindest teilweise überdeckt. In axialer Richtung betrachtet weisen die übereinander angeordneten Kanäle somit einen deckungsgleichen Kanalbereich auf. Die ersten und zweiten Ausformungen sind an einer lagerschildseitigen Stirnseite der Anschlussvorrichtung ausgebildet. Die weiteren – dritten Ausnehmungen – sind an der dem separaten Kühlkörper zugewandten Seite der Anschlussvorrichtung ausgebildet, das heißt, an einer gegenüberliegenden Stirnseite der Anschlussvorrichtung. Diese dritten Ausformungen dienen zum einen für einen optimierten Medienabfluss. Zum anderen sind diese dritten Ausformungen erforderlich, um eine Montage der Gleichrichtereinrichtung zu gewährleisten. Denn über diese dritten Ausformungen oder Ausnehmungen wird ein Platz oder Freiraum geschaffen, der für Werkzeuge unerlässlich ist. Auf diese Weise entsteht zwischen den ersten und dritten Ausformungen ein in axialer Richtung schmaler Steg. Der zwischen den zweiten Ausformungen und den dritten Ausformungen resultierende Steg ist demgegenüber in axialer Richtung stärker ausgebildet.
Zudem ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Anschlussvorrichtung im Wesentlichen ringförmig als Ringkörper ausgebildet ist und die Ausformungen und/oder die durch diese definierten Medienabflusskanäle als sich über eine radiale Breite des Ringkörpers erstreckendes Segment ausgebildet sind. Die Anschlussvorrichtung ist bevorzugt als Anschlussplatte ausgebildet. Die Anschlussplatte ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Die Ausformungen oder Ausnehmungen sind als sich über eine radiale Breite des Ringkörpers erstreckendes Kreisringsegment ausgebildet. Die Anschlussplatte ist bevorzugt als ein Ringkörper ausgebildet, beispielsweise auch als ein offener Ringkörper mit einer C-Form in einer Draufsicht. Der Ringkörper weist Anschlussbereiche auf. Um einen möglichst schmalen und somit leichten und kleinbauenden Ringkörper zu gewährleisten, sind die Anschlussbereiche als radial nach innen und/oder außen gerichtete Anformungen an den Ringkörper ausgebildet. Bevorzugt sind möglichst wenig Anschlussbereiche ausgebildet, insbesondere drei oder vier Anschlussbereiche. Dabei fungieren die Anschlussbereiche in einer Ausführungsform als Abstandshalter.
Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der radiale Abstand der zweiten Dioden zu der Drehachse kleiner ist als der radiale Abstand der ersten Dioden zu der Drehachse und/oder der radiale Abstand des Ringkörpers zu der Drehachse und/oder der radiale Abstand der ersten Dioden zu der Drehachse kleiner ist, als der radiale Abstand des Ringkörpers zu der Drehachse. Hierdurch wird eine versetzte Anordnung realisiert, welche einen klein bauenden Aufbau ermöglicht. Die Dioden sind entlang einer Kreislinie etwa ringförmig angeordnet. Das Lagerschild ist in radialer Richtung größer als der separate Kühlkörper. Die Anschlussvorrichtung liegt mit ihren Abmessungen in radialer Richtung zwischen den radialen Abmessungen des separaten Kühlkörpers und des Lagerschilds. Bevorzugt ist die radiale innere Abmessung der als Anschlussplatte ausgebildeten Anschlussvorrichtung größer als der radiale Abstand der zweiten Dioden und/oder der ersten Dioden zu der Drehachse, sodass die Anschlussplatte die ersten und/oder zweiten Dioden außenumfänglich umgibt. Die ersten Dioden korrespondieren in Umfangsrichtung zu den zweiten Dioden, das heißt, diese die ersten und zweiten Dioden liegen auf einer radialen Linie ausgehend von der Drehachse.
Zudem ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass mindestens eine der Ausformungen bzw. einer der Mediumabflusskanäle einen Abflussquerschnitt von mindestens 4 mm², bevorzugt von mindestens 9 mm² und am meisten bevorzugt von mindestens 16 mm² aufweist, um einen optimierten Mediumabfluss zu gewährleisten. Bevorzugt weist die Ausnehmung in Umfangsrichtung eine Länge von mindestens 2 mm, weiter bevorzugt von mindestens 3 mm und am meisten bevorzugt von mindestens 4 mm auf. In eine axiale Richtung weist die Ausnehmung bevorzugt eine Länge von mindestens 2 mm, weiter bevorzugt von mindestens 3 mm und am meisten bevorzugt von mindestens 4 mm auf. In radiale Richtung ist die Ausnehmung bevorzugt konstant breit ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Ausnehmung in radiale Richtung sich verjüngend oder anders variabel ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder nebengeordneten Anspruches hat dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators wie einem Wechselstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, wobei zumindest in Richtung einer Drehachse zwischen zwei Kühlkörpern einer Gleichrichtereinrichtung eine Anschlussvorrichtung angeordnet wird, an welcher an beiden in Richtung der Drehachse zu den Kühlkörpern weisenden Seiten nutartige Ausformungen vorgesehen werden, um so quer zu der Drehachse verlaufende Mediumabflusskanäle zu bilden, wobei zumindest zwei auf unterschiedlichen Seiten der Anschlussvorrichtung angeordnete Ausformungen zumindest in Richtung der Drehachse übereinander sich zumindest teilweise überdeckend angeordnet werden, sodass zwei in Richtung der Drehachse übereinander sich teilweise überdeckend angeordnete Mediumabflusskanäle ausgebildet sind, ein klein bauender, flexibler und strömungsoptimierter Aufbau realisierbar ist. Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen elektrischen Maschine geeignet.
In einer Ausführungsform ist der Generator als Klauenpolgenerator ausgebildet. In anderen Ausführungsformen ist der Generator allgemein als beliebiger Wechselstromgenerator ausgeführt. Die Abstände der Dioden in Umfangsrichtung sind in einer Ausführungsform gleich. In einer anderen Ausführungsform sind die Abstände zumindest teilweise unterschiedliche ausgebildet. In wiederum einer anderen Ausführungsform sind die radialen Abstände der Dioden zu der Drehachse gleich. In einer anderen Ausführungsform sind die Abstände zumindest teilweise unterschiedlich. Die Abstände der ersten Ausnehmungen zueinander, der zweiten Ausnehmungen zueinander und/oder der dritten Ausnehmungen zueinander, in Umfangsrichtung und/oder radial zur Drehachse sind in einer Ausführungsform gleich. In einer andern Ausführungsform sind die Abstände zumindest teilweise unterschiedliche. Die Abflussquerschnitte der Ausnehmungen sind in einer Ausführungsform gleich. In einer anderen Ausführungsform sind diese zumindest teilweise unterschiedlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer Querschnittsansicht eine als Wechselstrom-Generator ausgebildete elektrische Maschine mit einem Klauenpolrotor,
2 in einer Perspektivansicht die Gleichrichtereinrichtung in Alleinstellung,
3 in einer Draufsicht die Gleichrichtereinrichtung nach 2 und
4 in einer anderen Perspektivansicht einen Ausschnitt der Gleichrichtereinrichtung nach 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die 1 zeigt in einer Querschnittsansicht eine als Wechselstrom-Generator ausgebildete elektrische Maschine 10. Der Wechselstrom-Generator ist genauer als Klauenpolgenerator für Kraftfahrzeuge ausgebildet. Die elektrische Maschine 10 weist ein zweiteiliges Gehäuses 13 auf, welches ein erstes Lagerschild 13.1 und ein zweites, als Kühlkörper fungierendes Lagerschild 13.2 umfasst. Da der Kühlkörper integriert in, das heißt einteilig mit dem Lagerschild 13.2 ausgebildet ist, wird auch der Kühlkörper mit 13.2 bezeichnet. Die Lagerschilde 13.1 und 13.2 nehmen in sich einen sogenannten Stator 16 auf, der aus einem im Wesentlichen kreisringförmigen Ständereisen 17 besteht, und in dessen radial nach innen gerichteten, sich axial erstreckenden Nuten Ständerwicklungen 18 eingelegt bzw. eingezogen sind. Dieser ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten, genuteten Oberfläche einen Rotor oder Läufer 20. Der Läufer 20 umfasst einen ersten Klauenpol 22 und einen zweiten Klauenpol 23, auch als Gegenpol bezeichnet, die beide auch als Klauenpolplatinen bezeichnet werden, an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 und 25 (auch als Pole bezeichnet) angeordnet sind. Im montierten Zustand werden der erste Klauenpol 22 und der zweite Klauenpol 23 aneinander gepresst, sodass deren sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 bzw. 25 sich am Umfang des Läufers 20 abwechselnd angeordnet sind. Dadurch ergeben sich magnetisch erforderliche Zwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 24 und 25, die als Klauenpolzwischenräume bezeichnet werden. Die Klauenpolfinger weisen eine radial äußere, einer Statorinnenseite zugewandte Oberfläche auf. Der Läufer 20 ist mittels einer Läuferwelle 27 und je einem, auf je einer Seite der Läuferwelle befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 bzw. 13.2 drehbar gelagert.
Der Läufer 20 weist 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 ausgehen. Der Lüfter 30 dient 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 10 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 Lüfter 30 radial nach außen beschleunigt, sodass diese durch einen kühlluftdurchlässigen Wickelkopf 45 hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt wird zusätzlich der Wickelkopf 45 gekühlt. Die Kühlluft gelangt nach dem Hindurchtreten durch den Wickelkopf 45 bzw. nach dem Umströmen des Wickelkopf s 45 in radialer Richtung durch die Öffnungen nach außen.
Auf der rechten Seite ist in 1 eine Schutzkappe 47 dargestellt, die verschiedene Bauteile des Läufers 20 vor Umgebungseinflüssen und Schmutz schützt. Dabei deckt die Schutzklappe 47 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. Als sogenannter Minuskühlkörper wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 ist eine als Anschlussplatte ausgebildete Anschlussvorrichtung 56 (siehe 2) angeordnet, die dazu dient, im Lagerschild 13.2 angeordnete Dioden 58, genauer Minusdioden 58a (siehe 2–4), und Plusdioden 58b (siehe 2–4) im Kühlkörper 53 miteinander zu verbinden und somit eine an sich bekannte Brückenschaltung darzustellen. Die Kühlkörper 13.2 und 53, die Anschlussvorrichtung 56 sowie die Dioden 58 sind Teil einer Gleichrichtereinrichtung 200.
Ein Spulenträger ist radial außerhalb eines Polkerns angeordnet. Der Spulenträger hat die Aufgabe, die Erregerwicklung 51 sowohl gegenüber den Klauenpolplatinen 22 und 23 zu isolieren und andererseits im Rahmen einer Vorfertigung als formgebendes Element, ganz besonders nachdem der Spulvorgang bezüglich des Erregerwicklungsdrahts beendet ist, zu wirken. Der Spulenträger wird dabei mit zwei Anschlussleitern axial über den Polkern geschoben und im Anschluss daran zwischen den beiden Klauenpolplatinen 22 und 23 axial fixiert. Darüber hinaus übergreifen die Klauenpolfinger 24 und 25 die Erregerwicklung 51 und bilden somit nach radial außen eine Art Käfig, der eine unzulässige radiale Verlagerung der Erregerwicklung 51 verhindert. Der Polkern kann axial auch in zwei Abschnitte unterteilt werden, die an die Klauenpolplatinen 22 und 23 angeformt sind. Eine Polkernlänge berechnet sich hierbei aus der Summe der Einzelabschnitte der Polkerne.
Eine Gleichrichtereinrichtung 200 umfasst das als erster Kühlkörper fungierende Lagerschild 13.2, welches hier als Schleifringlagerschild ausgebildet ist. In das Schleifringlagerschild 13.2 sind stirnseitig in Richtung zu der Anschlussvorrichtung 56 weisend erste Dioden 58a, hier Minusdioden in entsprechende Aufnahmen eingepresst. In axialer Richtung A angrenzend an eine Stirnseite 13.2a des Lagerschilds 13.2 liegt die ringplattenförmige Anschlussvorrichtung 56 an dem als Minuskühlkörper fungierendem Schleifringlagerschild 13.2 an. Die Anschlussvorrichtung 56 liegt dabei mit einer dem Lagerschild 13.2 zugewandten Stirnseite 56a bündig auf dem Lagerschild 13.2 auf. Die Anschlussvorrichtung 56 ist etwa ringförmig ausgebildet mit einem Ringkörper 56b und davon radial nach innen abragenden Anschlussbereichen 56c. Der Ringkörper 56b weist verschiedene Ausformungen 210 oder Ausnehmungen auf. Im Bereich der ersten Dioden 58a, das heißt, in radialer Verlängerung von der Drehachse A zu den ersten Dioden 58a sind erste Ausformungen 211 vorgesehen. In Umfangsrichtung zwischen benachbarten ersten Ausformungen 211 sind zweite Ausformungen 212 vorgesehen. In Richtung der Drehachse oder auch in axialer Richtung A beabstandet zu den ersten Ausformungen 211 sind dritte Ausformungen 213 vorgesehen. Die dritten Ausformungen 213 sind an der dem Lagerschild 13.2 abgewandten Seite ausgebildet. Die ersten und zweiten Ausformungen 211, 212 sind lagerschildseitig ausgebildet. An dem Anschlussbereich 56c der Anschlussvorrichtung 56 liegt in axialer Richtung A der separat ausgebildete Kühlkörper 53 mit dessen Anschlussbereichen 53a auf. Über die Anschlussbereiche 53a, 56c sind der separate Kühlkörper 53 und die Anschlussvorrichtung 56 miteinander über eine Schraubverbindung 214 verbunden. In dem separaten Kühlkörper 53 sind korrespondierend zu den ersten Dioden 58a die zweite Dioden oder Plusdioden 58b eingepresst. Diese ragen in Richtung der ersten Dioden 58a axial von dem Kühlkörper 53 hervor. In radialer Richtung weist der Kühlkörper 53 ein kleineres Abmaß auf, als die Anschlussvorrichtung 56 und/oder das Lagerschild 13.2. Die Schutzkappe 47 sitzt axial außen an einer Stirnseite der elektrischen Maschine 10 auf dem Lagerschild 13.2. Dabei ist die Schutzkappe 47 ebenso wie das Lagerschild 13.2 topfförmig mit einem Boden und einem Mantelbereich ausgebildet. Die Schutzkappe 47, die aus einem isolierenden Material wie einem Kunststoff ausgebildet ist, ist mit dem in axialer Richtung A darunter befindlichen Gleichrichter verbunden. Das Lagerschild 13.2 ist bevorzugt aus Aluminium ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2546926 A1 [0006, 0006]
DE 69603320 T2 [0007]
CN 201577035 U [0007]

Claims

Elektrische Maschine (10), insbesondere ein Generator wie ein Wechselstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, mit einer zumindest in Richtung einer Drehachse (A) zwischen zwei Kühlkörpern (13.2, 53) einer Gleichrichtereinrichtung angeordneten Anschlussvorrichtung (56), welche an beiden in Richtung der Drehachse (A) zu den Kühlkörpern weisenden Seiten nutartige Ausformungen (210) aufweist, um so quer zu der Drehachse (A) verlaufende Mediumabflusskanäle (210a) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei auf unterschiedlichen Seiten der Anschlussvorrichtung (56) angeordnete Ausformungen (211, 213) zumindest teilweise in Richtung der Drehachse (A) übereinander angeordnet sind, sodass zwei in Richtung der Drehachse (A) übereinander angeordnete Mediumabflusskanäle (211a, 213a) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite der Anschlussvorrichtung (56) mehr Ausformungen (211, 212) ausgebildet sind, als Ausformungen (213) auf der anderen Seite der Anschlussvorrichtung (56), sodass mindestens zwei auf der einen Seite benachbarten Mediumabflusskanälen (211a, 212a) auf der anderen Seite mindestens ein Mediumabflusskanal (213a) weniger gegenübersteht.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Kühlkörper (13.2) erste Dioden (58a) angeordnet sind und an dem zweiten Kühlkörper (53) zweite Dioden (58b) angeordnet sind und mindestens eine Ausformung (210) zur Bildung eines Mediumabflusskanals (210a) ausgehend von der Drehachse (A) in radialer Verlängerung in Richtung der ersten Dioden (58a) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass je erster Diode (58a) mindesten eine erste Ausformung (211) zur Bildung eines ersten Mediumabflusskanals (211a) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei ersten Ausformungen (211) mindestens eine zweite Ausformung (212) zur Ausbildung eines zweiten Mediumabflusskanals (212a) vorgesehen ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass je erster Diode und/oder je erster Ausformung (211) eine dritte Ausformung (213) auf der anderen Seite der Anschlussvorrichtung vorgesehen ist, welche die erste Ausformung in Richtung der Drehachse (A) zumindest teilweise überdeckt.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussvorrichtung (56) im Wesentlichen ringförmig als Ringkörper (56a/b?) ausgebildet ist und die Ausformungen (210) und/oder die durch diese definierten Medienabflusskanäle (210a) als sich über eine radiale Breite des Ringkörpers (56b) erstreckendes Segment ausgebildet sind.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand der zweiten Dioden (58b) zu der Drehachse (A) kleiner ist als der radiale Abstand der ersten Dioden (58a) zu der Drehachse (A) und/oder der radiale Abstand des Ringkörpers (56b) zu der Drehachse (A) und/oder der radiale Abstand der ersten Dioden (58a) zu der Drehachse (A) kleiner ist, als der radiale Abstand des Ringkörpers (56b) zu der Drehachse (A).
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Ausformungen (210) bzw. einer der Mediumabflusskanäle (210a) einen Abflussquerschnitt von mindestens 4 mm², bevorzugt von mindestens 9 mm² und am meisten bevorzugt von mindestens 16 mm² aufweist, um einen optimierten Mediumabfluss zu gewährleisten.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (10), insbesondere eines Generators wie einem Wechselstromgenerator, zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, wobei zumindest in Richtung einer Drehachse (A) zwischen zwei Kühlkörpern (13.2, 53) einer Gleichrichtereinrichtung eine Anschlussvorrichtung (56) angeordnet wird, an welcher an beiden in Richtung der Drehachse (A) zu den Kühlkörpern weisenden Seiten nutartige Ausformungen (210) vorgesehen werden, um so quer zu der Drehachse (A) verlaufende Mediumabflusskanäle (210a) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei auf unterschiedlichen Seiten der Anschlussvorrichtung (56) angeordnete Ausformungen (211, 213) zumindest in Richtung der Drehachse (A) übereinander sich zumindest teilweise überdeckend angeordnet werden, sodass zwei in Richtung der Drehachse (A) übereinander sich teilweise überdeckend angeordnete Mediumabflusskanäle (211a, 213a) ausgebildet sind.