DE102014104199A1 - Rotor pole configuration of rotating electrical machine - Google Patents

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Michael D. Bradfield
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02Details
    • H02K21/04Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
    • H02K21/044Rotor of the claw pole type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Rotor (56') für eine rotierende elektrische Maschine (20'), wobei der Rotor (56') ein erstes Polstück (44') und ein zweites Polstück (48') aufweist, die jeweils eine magnetische Nabe (92, 96) haben, die zur Rotation um eine Achse (60) angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Polstücknaben (44', 48') in einem Abstand voneinander entlang der Achse (60) angeordnet sind. Mehrere magnetische erste und zweite Polfinger (100', 104') sind in einem Abstand voneinander angeordnet und erstrecken sich zwischen der ersten und der zweiten Polstücknabe (92, 96). Jeder Polfinger (100', 104') hat ein proximales Ende (148'), das an der zugehörigen Nabe (92, 96) angebracht ist, und ein axial entgegen gesetztes distales Ende (152'). Die ersten und die zweiten Polfinger (100', 104') alternieren in Umfangsrichtung um die Achse (6). Jeder Polfinger (100', 104') hat eine radial innere Fläche (184', 192'), die eine Aushöhlung definiert, welche sich axial von dem distalen Ende (152') zu einem Ende der Aushöhlung erstreckt. Bei jedem Polfinger (100', 104') ist der radiale Abstand zwischen der Achse (60) und der radial inneren Fläche (184', 192') an einer axialen Stelle zwischen dem distalen Ende (152') und dem Ende der Aushöhlung (224) wesentlich größer innerhalb der Aushöhlung als außerhalb der Aushöhlung.A rotor (56 ') for a rotating electrical machine (20') is described, the rotor (56 ') having a first pole piece (44') and a second pole piece (48 '), each of which has a magnetic hub (92, 96) arranged for rotation about an axis (60) with the first and second pole piece hubs (44 ', 48') spaced from one another along the axis (60). A plurality of magnetic first and second pole fingers (100 ', 104') are spaced apart and extend between the first and second pole piece hubs (92, 96). Each pole finger (100 ', 104') has a proximal end (148 ') attached to the associated hub (92, 96) and an axially opposite distal end (152'). The first and the second pole fingers (100 ', 104') alternate in the circumferential direction around the axis (6). Each pole finger (100 ', 104') has a radially inner surface (184 ', 192') defining a cavity which extends axially from the distal end (152 ') to one end of the cavity. For each pole finger (100 ', 104') the radial distance between the axis (60) and the radially inner surface (184 ', 192') is at an axial location between the distal end (152 ') and the end of the cavity ( 224) much larger inside the cavity than outside the cavity.

Description

PRIORITÄTSBEANSPRUCHUNG ZUGEORDNETER ANMELDUNGENPRIORITY CLAIM FOR ASSOCIATED APPLICATIONS

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der folgenden Patentanmeldungen: US provisorische Patentanmeldung Nr. 61/808,991 mit dem Titel Rotorpolkonfiguration rotierender elektrischer Maschine eingereicht am 05.04.2013, und US Patentanmeldung Nr. 14/085,241 mit dem Titel Rotorpolkonfiguration rotierender elektrischer Maschine eingereicht am 20.11.2013.The present application claims priority from the following patent applications: US Provisional Patent Application No. 61 / 808,991 entitled Rotor Pole Configuration of Rotary Electric Machine filed on Apr. 5, 2013; and US Patent Application No. 14 / 085,241 titled Rotor Pole Configuration of Rotary Electrical Machine filed Nov. 20, 2013. , 2013.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die vorliegende Offenbarung betrifft rotierende elektrische Maschinen, insbesondere Rotoren hierfür, genauer gesagt Rotortypen, die Permanentmagnete enthalten.The present disclosure relates to rotating electrical machines, in particular rotors therefor, more particularly rotor types containing permanent magnets.

Ein Beispiel einer bekannten rotierenden elektrischen Maschine, bei welcher die Lehre der vorliegenden Offenbarung angewandt werden kann, nämlich ein Generator zum Gebrauch in einem Fahrzeug, ist in 1 dargestellt. Der Generator 20 hat ein Gehäuse 24 und eine Welle 28, die in dem Gehäuse 24 mit vorderen und hinteren Drehelementlagern 32 und 36 gelagert ist. Eine riemengetriebene Scheibe 40 ist an einem vorstehenden Vorderende der Welle 28 befestigt. Der Rotor 56 der dargestellten rotierenden elektrischen Maschine 20 weist vordere und hintere Generatorpolstücke 44 und 48 auf, die an der Welle 28 montiert sind und sich mit dieser drehen. Der Generator 20 weist im Allgemeinen einen Stator 52 auf, der den Rotor 56 umgibt und an dem Gehäuse 24 befestigt ist. Drehung des Rotors 56 um seine Drehachse, der zentralen Achse 60 der Maschine, führt dazu, dass in der Statorwicklung 68 ein Wechselstrom induziert wird.An example of a known rotary electric machine to which the teaching of the present disclosure can be applied, namely, a generator for use in a vehicle, is shown in FIG 1 shown. The generator 20 has a housing 24 and a wave 28 in the case 24 with front and rear rotary element bearings 32 and 36 is stored. A belt driven pulley 40 is at a protruding front end of the shaft 28 attached. The rotor 56 the illustrated rotating electric machine 20 has front and rear generator poles 44 and 48 on that on the shaft 28 are mounted and rotate with this. The generator 20 generally has a stator 52 on, the rotor 56 surrounds and on the housing 24 is attached. Rotation of the rotor 56 around its axis of rotation, the central axis 60 The machine causes that in the stator winding 68 an alternating current is induced.

Der Stator 52 enthält üblicherweise einen Statorkern 64, um welchen die Statorwicklung 68 gewickelt ist. Wie im Stand der Technik bekannt ist, weist der Statorkern 64 üblicherweise einen Blechstapel 72 auf, der aus mehreren Blechen gebildet ist, die in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse 60 der Welle 28 gestapelt sind. Jedes Blech kann aus elektrischem Stahl oder anderem elektrischen ferromagnetischen Material bestehen. Wie 2 zeigt, enthält die Statorwicklung 68 üblicherweise mehrere Leiter 76 und der Statorkern 64 definiert mehrere Schlitze 80, die zwischen sich mehrere Statorzähne 84 bilden. Die Statorschlitze 80 und Zähne 84 sind auch in 10 dargestellt. Die Leiter 76 erstrecken sich axial durch die Schlitze 80 und sind in herkömmlicher Weise so gewunden, dass die Windungen um den Umfang des Stators 52 gewickelt sind. Wie 2 zeigt, sind die Statorwicklungsleiter 76 ein erster Leiter 76a, ein zweiter Leiter 76b und ein dritter Leiter 76c. Diese Leiter definieren 3 Phasen des elektrischen Stroms, der von dem Generator erzeugt wird.The stator 52 usually contains a stator core 64 around which the stator winding 68 is wound. As is known in the art, the stator core 64 usually a sheet stack 72 on, which is formed of a plurality of sheets, in the axial direction with respect to the axis of rotation 60 the wave 28 are stacked. Each sheet can be made of electrical steel or other electrical ferromagnetic material. As 2 shows contains the stator winding 68 usually several conductors 76 and the stator core 64 defines several slots 80 between them several stator teeth 84 form. The stator slots 80 and teeth 84 are also in 10 shown. The ladder 76 extend axially through the slots 80 and are conventionally wound such that the turns around the circumference of the stator 52 are wound. As 2 shows are the Statorwicklungsleiter 76 a first leader 76a , a second leader 76b and a third conductor 76c , These conductors define 3 phases of the electrical current generated by the generator.

Der Rotor 56 ist ein Typ, der als Klauenpolrotor bekannt ist und ein Paar von sich gegenüberliegenden Klauenpolstücken 44, 48 und eine Erregerfeldspule 88, die um eine zentrale Achse 60 herum angeordnet ist, aufweist. Die Polstücke 44 und 48 bestehen aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Stahl, sind im Wesentlichen identisch, haben jeweils Nabenabschnitte 92, 96 und mehrere jeweils längliche Polsegmente oder Finger 100, 104. Die Polfinger jedes Polstücks 44, 48 sind um den Umfang des jeweiligen Nabenabschnitts 92, 96 verteilt und durch Hohlräume 108 in dem jeweiligen Nabenabschnitt voneinander getrennt. Die Polfinger 100, 104 von jedem Polstück 44, 48 erstrecken sich in axialer Richtung weg von ihrem jeweiligen Nabenabschnitt und axial in Richtung auf den Nabenabschnitt 92, 96, des jeweils anderen Polstücks. Zudem sind die Polfinger 100, 104 von jedem Polstück 44, 48 symmetrisch entlang des Umfangs des jeweiligen Nabenabschnitts 92, 96 angeordnet und greifen – bei aufgebautem Rotor wie auf der Welle 28 angeordnet – in einer nicht berührenden, Abstand haltenden Anordnung jeweils mit den Polfingern des anderen Polstücks ineinander, wie in 2 dargestellt. Luftspalten oder Kanäle werden so zwischen benachbarten Polfingern 100, 104 definiert und sind in Umfangsrichtung um den Rotor 56 verteilt.The rotor 56 is a type known as a claw pole rotor and a pair of opposing claw pole pieces 44 . 48 and a field coil 88 around a central axis 60 is arranged around. The pole pieces 44 and 48 are made of a magnetic material such as steel, are substantially identical, have each hub sections 92 . 96 and a plurality of respective elongated pole segments or fingers 100 . 104 , The pole fingers of each pole piece 44 . 48 are around the circumference of the respective hub section 92 . 96 distributed and through cavities 108 separated in the respective hub portion. The Polfinger 100 . 104 from every pole piece 44 . 48 extend axially away from their respective hub portion and axially toward the hub portion 92 . 96 , the other pole piece. In addition, the Polfinger 100 . 104 from every pole piece 44 . 48 symmetrically along the circumference of the respective hub portion 92 . 96 arranged and gripping - with the rotor built up as on the shaft 28 arranged - in a non-contact, spaced-holding arrangement each with the Polfingern of the other pole piece into each other, as in 2 shown. Air gaps or channels thus become between adjacent pole fingers 100 . 104 defined and are circumferentially around the rotor 56 distributed.

Wie 3 zeigt, ist die Erregerfeldspule 88 des Rotors 56 auf einen elektrisch isolierenden Spulenkörper 112 gewickelt. Die Spule 88 und der Spulenkörper 112 sind zwischen dem Paar der sich axial gegenüberliegenden einwärts gewandten Flächen 116 und 120 der Polstücknabenabschnitte 92, 96 angeordnet. Polstücke 44, 48 können Abschnitte 121 aufweisen, die sich axial erstrecken und um welche die Feldspule 88 und ihr Spulenkörper 112 herum angeordnet sind, wie in 1 dargestellt, oder die Feldspule 88 und ihr Spulenkörper 112 können um ein zylindrisches Rotorkernglied 122 angeordnet sein, das um die zentrale Achse 60 herum zwischen den Polstücken 44, 48 angeordnet ist, wie in 3 dargestellt. Gemäß 1 wird Anregungsgleichstrom durch die Erregerwicklung 88 über ein Paar Schleifringe 124 und zugeordnete Kontaktbürsten 128 geleitet. Die Schleifringe 124 sind an der Welle 28 befestigt und koppeln im Betrieb die Feldspule 88 über die Kontaktbürsten 128 an eine geregelte Gleichspannungsquelle. Ein Steuersystem, das als Spannungsregler (nicht gezeigt) bezeichnet wird, wird verwendet, um eine Gleichspannung geeigneter Stärke an die Erregerwicklung 88 anzulegen.As 3 shows is the exciter field coil 88 of the rotor 56 on an electrically insulating bobbin 112 wound. The sink 88 and the bobbin 112 are between the pair of axially opposed inwardly facing surfaces 116 and 120 the pole piece hub sections 92 . 96 arranged. pole pieces 44 . 48 can sections 121 have, which extend axially and around which the field coil 88 and her bobbin 112 are arranged around, as in 1 shown, or the field coil 88 and her bobbin 112 can around a cylindrical rotor core member 122 disposed about the central axis 60 between the pole pieces 44 . 48 is arranged as in 3 shown. According to 1 becomes excitation DC through the excitation winding 88 over a pair of slip rings 124 and associated contact brushes 128 directed. The slip rings 124 are at the shaft 28 attached and coupled during operation, the field coil 88 over the contact brushes 128 to a regulated DC voltage source. A control system, referred to as a voltage regulator (not shown), is used to apply a DC voltage of appropriate magnitude to the excitation winding 88 to apply.

Die Polstücke 44, 48 und die bestromte Feldwicklung 88 erzeugen ein Magnetfeld wechselnder Polarität, das sich mit dem Rotor 56 um die zentrale Achse 60 dreht. Obwohl ein erregender Gleichstrom in die Feldwicklung 88 geleitet wird, erzeugt das Verschränken der alternierende Polfinger 100, 104 eine alternierende Kopplung mit dem magnetischen Fluss. Diese Kopplung mit dem magnetischen Fluss wird durch die Wicklungsleiter 76 des stationären Stators 52 erzeugt, der den Rotor 56 umgibt. Die Bewegung der alternierenden Kopplung des magnetischen Flusses, welche durch den Rotor 56 über die Statorwicklungsleiter 76a, 76b, 76c erfolgt, generiert in bekannter Weise einen dreiphasigen Wechselstrom.The pole pieces 44 . 48 and the energized field winding 88 generate a magnetic field of alternating polarity, which coincides with the rotor 56 around the central axis 60 rotates. Although an exciting DC in the field winding 88 is passed, the interweaving creates the alternating pole fingers 100 . 104 an alternating coupling with the magnetic flux. This coupling with the magnetic flux is through the winding conductors 76 of the stationary stator 52 generates the rotor 56 surrounds. The movement of the alternating coupling of the magnetic flux passing through the rotor 56 over the stator winding conductors 76a . 76b . 76c takes place, generates in a known manner a three-phase alternating current.

Üblicher Weise wird der vom Generator 20 erzeugte Wechselstrom in einen Gleichrichter 132 gespeist, der an der Rückseite des Gehäuses 24 angeordnet sein kann, wie in 1 gezeigt. Der Generator kann zusätzlich Filter und spannungsaufbereitende Geräte enthalten, durch welche die erzeugte elektrische Spannung geleitet wird, bevor sie als elektrische Gleichspannung in den positiven Anschluss der Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) oder eines elektrischen Verteilerbusses (nicht gezeigt) eingespeist wird. Der gewünschte Effektivwert des vom Generator 20 erzeugten Wechselstroms hängt von der Stärke der Gleichspannung ab, die von dem Spannungsregler an die Erregerwicklung 88 angelegt wird. Zusätzlich sind vordere und hintere Umluftventilatoren 136 und 140 sich gegenüberliegend auf den axial auswärtigen Seiten der Polstücke 44, 48 angeordnet. Die Ventilatoren 136, 140 sind an den Rotor 56 gekoppelt und drehen sich zusammen mit diesem. Ein kühlender Luftstrom wird von den Ventilatoren 136, 140 üblicherweise axial einwärts in das Gehäuse gezogen und radial auswärts aus dem Gehäuse ausgestoßen. Der hintere Ventilator 140 leitet in der Regel einen kühlenden Luftstrom über den Gleichtrichter 132 und andere elektrische Komponenten des Generators 20. Wenn ein Luftstrompfad zur Verfügung gestellt ist, können die Ventilatoren 136, 140 auch einen Teil des kühlenden Luftstroms um die Polfinger 100, 104 und die Erregerspule 88 leiten.The usual way is the generator 20 generated alternating current in a rectifier 132 fed to the back of the case 24 can be arranged as in 1 shown. The generator may additionally include filters and voltage conditioning devices through which the generated electrical voltage is conducted before being fed as a DC electrical voltage into the positive terminal of the vehicle battery (not shown) or an electric distribution bus (not shown). The desired RMS value of the generator 20 AC voltage generated depends on the magnitude of the DC voltage applied by the voltage regulator to the excitation winding 88 is created. In addition, front and rear circulating air fans are 136 and 140 Opposite on the axially outward sides of the pole pieces 44 . 48 arranged. The fans 136 . 140 are to the rotor 56 coupled and rotate together with this. A cooling airflow is provided by the fans 136 . 140 Usually pulled axially inwards into the housing and ejected radially outwardly from the housing. The rear fan 140 usually directs a cooling air flow through the rectifier 132 and other electrical components of the generator 20 , If an airflow path is provided, the fans can 136 . 140 also part of the cooling air flow around the Polfinger 100 . 104 and the exciter coil 88 conduct.

Die Drehrichtung des Rotors 56 relativ zu dem Stator 52 und somit die Drehrichtung der Rotorpolfinger 100, 104 relativ zu den Statorzähnen 84 ist durch den Pfeil 144 dargestellt. Bei Bestromung der Feldspule 88 mit geregeltem Gleichstrom wird der Rotor 56 magnetisiert, wobei benachbarte Polfinger 100, 104 in Umfangsrichtung zwischen Nord (N) und Süd (S) magnetischer Polarität abwechseln. Mit anderen Worten haben alle Polfinger 100 magnetische Polarität N und alle Polfinger 104 magnetische Polarität S. Man sieht also, dass bei Drehung des Rotors 56 die alternierenden magnetischen Polaritäten der Polfinger 100, 104 hintereinander um den Stator 52 umlaufen und dadurch einen Ausgangsstrom in der Statorwicklung 68 induzieren. Fachleute erkennen, dass die entsprechenden magnetischen Polaritäten N und S der vorderen und hinteren Polstücke 44, 48 als eine Funktion der gewählten Richtung des Gleichstroms bestimmt sind, der durch die Erregerfeldspule 88 fließt.The direction of rotation of the rotor 56 relative to the stator 52 and thus the direction of rotation of Rotorpolfinger 100 . 104 relative to the stator teeth 84 is by the arrow 144 shown. When the field coil is energized 88 with regulated direct current becomes the rotor 56 magnetized, with adjacent pole fingers 100 . 104 alternate in the circumferential direction between north (N) and south (S) of magnetic polarity. In other words, all Polfinger have 100 magnetic polarity N and all pole fingers 104 magnetic polarity S. It can therefore be seen that when the rotor rotates 56 the alternating magnetic polarities of the pole fingers 100 . 104 one behind the other around the stator 52 revolve and thereby an output current in the stator winding 68 induce. Those skilled in the art will recognize that the respective magnetic polarities N and S of the front and rear pole pieces 44 . 48 are determined as a function of the selected direction of the DC current passing through the field coil 88 flows.

Die 5A bis 5H zeigen ein Beispiel eines bekannten Klauenpolstücks 44 oder 48 mit mehreren Polfinger oder Segmenten 100, 104, die jeweils eine Basis oder ein proximales Ende 148 haben, das an den entsprechenden Polstücknabenabschnitt 92, 26 an Stellen zwischen den Hohlräumen 108 angeschlossen sind. Jeder Polfinger 100, 104 hat zudem eine Spitze oder distales Ende 152, das der entsprechenden Basis 148 gegenüber liegt. Die Spitzen 152 der Polfinger 100, 104 des einen Polstücks 44, 48 sind in der Nähe der Basis 148 des Polfingers 100, 104 des anderen Polstücks 44, 48 angeordnet, wie in 3 gezeigt.The 5A to 5H show an example of a known Klauenpolstücks 44 or 48 with several pole fingers or segments 100 . 104 each having a base or a proximal end 148 have that to the corresponding pole piece hub section 92 . 26 in places between the cavities 108 are connected. Every Polfinger 100 . 104 also has a tip or distal end 152 that of the corresponding base 148 is opposite. The tips 152 the Polfinger 100 . 104 one pole piece 44 . 48 are near the base 148 of the pole finger 100 . 104 the other pole piece 44 . 48 arranged as in 3 shown.

Jeder Polfinger 100, 104 hat zudem eine führende Flanke 156 und gegenüber eine folgenden Flanke 160, die sich jeweils zwischen der Basis 148 und der Spitze 152 des Polfingers erstrecken. Die Bezeichnung einer Flanke 156, 156 als führend oder folgend bezieht sich auf die Bewegungsrichtung des Polfingers relativ zu den Statorkernzähnen 84, wie durch den Pfeil 144 dargestellt. Die führenden und die folgenden Flanken 156, 160 von jedem Polfinger 100 des vorderen Polstücks 44 definieren jeweils eine führende Flankenfläche 164 und eine folgende Flankenfläche 168. Die führenden und folgenden Flanken 156, 160 von jedem Polfinger 104 des hinteren Polstücks 48 definieren entsprechend führende Flankenflächen 172 und folgende Flankenflächen 176.Every Polfinger 100 . 104 also has a leading edge 156 and opposite a flank 160 , each one between the base 148 and the top 152 of the pole finger extend. The name of a flank 156 . 156 as leading or following refers to the direction of movement of the pole finger relative to the stator core teeth 84 as by the arrow 144 shown. The leading and the following flanks 156 . 160 from every Polfinger 100 of the front pole piece 44 each define a leading edge surface 164 and a following flank surface 168 , The leading and following flanks 156 . 160 from every Polfinger 104 the rear pole piece 48 define leading edge surfaces accordingly 172 and following flank surfaces 176 ,

eder Polfinger 100 definiert zudem eine radiale Außenfläche 180 und eine radiale Innenfläche 184, die sich jeweils in Umfangsrichtung zwischen gegenüberliegenden führenden und folgenden Flankenflächen 164, 168 erstrecken. Jeder Polfinger 104 definiert auch eine radial äußere Fläche 188 und eine radial innere Fläche 192, die sich jeweils in Umfangsrichtung zwischen seinen gegenüberliegenden führenden und folgenden Flankenflächen 172, 176 erstreckt. Wie in den 2 und 5A gezeigt, liegt jede radial äußere Fläche 180, 188 entlang einer entsprechenden Oberflächenlinie 196, die im Wesentlichen parallel zur zentralen Achse 60 ist, sodass ein Zylinder durch die Vielzahl der zusammengefügten Oberflächenlinien 196 definiert werden kann. Die radial äußeren Flächen 180, 188 der alternierenden Polfinger 100, 104 definieren die im Wesentlichen zylindrische äußere Umfangsfläche des Rotors 56.Eder Polfinger 100 also defines a radial outer surface 180 and a radial inner surface 184 , each in the circumferential direction between opposite leading and following flank surfaces 164 . 168 extend. Every Polfinger 104 also defines a radially outer surface 188 and a radially inner surface 192 , each in the circumferential direction between its opposite leading and following flank surfaces 172 . 176 extends. As in the 2 and 5A As shown, each radially outer surface lies 180 . 188 along a corresponding surface line 196 which are essentially parallel to the central axis 60 is, so that a cylinder by the multiplicity of the assembled surface lines 196 can be defined. The radially outer surfaces 180 . 188 the alternating pole finger 100 . 104 define the substantially cylindrical outer peripheral surface of the rotor 56 ,

Bezüglich jedes Polfingers 100, 104, der in den 1 bis 8 und 10 dargestellt ist, welche sie als im Wesentlichen pyramidenförmig zeigen, ist die entsprechende radiale Innenfläche 184, 192 in der Nähe seiner Basis oder seines proximalen Endes 148 näher an der zentralen Achse 60 und in der Nähe seiner Spitze oder seines distalen Endes 152, das wie dargestellt abgeplattet sein kann, weiter weg von der zentralen Achse 60. Somit ist jeder pyramidenförmige Polfinger 100, 104 relativ zu der Achse 60 zwischen seiner radialen Außenfläche 180, 188 und seiner radialen Innenfläche 184, 192 an seinem proximalen Ende oder Basis 148 radial dicker als an seinem distalen Ende oder seiner Spitze 152. Bei Betrachtung in radialer Richtung verjüngt sich zudem jeder pyramidenförmige Polfinger 100, 104, während sich der Polfinger weg von seiner entsprechenden Nabenabschnitt 92, 96 erstreckt, und ist folglich in Umfangsrichtung zwischen seiner führenden und seiner folgenden Flanke 156, 160 an seinem proximalem Ende 148 breiter und enger an seinem distalen Ende 152. Man kann also verstehen, dass jeder Polfinger 100, 104 im Wesentlichen V-förmig sein kann sowohl bei Betrachtung in radialer Richtung relativ zu der zentralen Achse 60 als auch in einer Richtung senkrecht zu einer imaginären Ebene, in welcher sowohl die entsprechende Oberflächenlinie 196 also auch die zentrale Achse 60 liegen. Mit anderen Worten ist jeder der hauptsächlich pyramidenförmigen Polfinger 100, 104 im Wesentlichen hexaedrisch, wenn er an seiner Basis 148 von einer imaginären Ebene geschnitten wird, die senkrecht zur zentralen Achse 60 orientiert ist, und an seiner Spitze abgeflacht.Regarding each Polfingers 100 . 104 in the 1 to 8th and 10 which are shown as being substantially pyramidal is the corresponding radially inner surface 184 . 192 near its base or its proximal end 148 closer to the central axis 60 and near its tip or its distal end 152 which may be flattened as shown, farther away from the central axis 60 , Thus, each pyramidal Polfinger 100 . 104 relative to the axis 60 between its radial outer surface 180 . 188 and its radial inner surface 184 . 192 at its proximal end or base 148 radially thicker than at its distal end or tip 152 , When viewed in the radial direction, in addition, each pyramid-shaped Polfinger tapers 100 . 104 while the pole finger away from its corresponding hub section 92 . 96 extends, and is thus in the circumferential direction between its leading and its subsequent edge 156 . 160 at its proximal end 148 wider and narrower at its distal end 152 , So you can understand that every Polfinger 100 . 104 may be substantially V-shaped both when viewed in the radial direction relative to the central axis 60 as well as in a direction perpendicular to an imaginary plane in which both the corresponding surface line 196 So also the central axis 60 lie. In other words, each of the mainly pyramidal Polfinger 100 . 104 essentially hexahedral, when at its base 148 is cut by an imaginary plane perpendicular to the central axis 60 oriented, and flattened at its peak.

Wie anhand der verschiedenen 1 bis 8 klar verstanden werden kann, ist zudem die entsprechende Dicke jedes Polfingers zwischen seiner radial äußeren Fläche 180, 188 und seiner radial inneren Fläche 184, 192 im Wesentlichen gleichförmig zwischen seinen führenden und folgenden Flanken 156, 160 bei Betrachtung in imaginären Ebenen senkrecht zur zentralen Achse, in verschiedenen Abständen axial entlang jedes pyramidenförmigen Polfingers 100, 104 (d. h. an verschiedenen axialen Stellen in Richtungen, die im Wesentlichen parallel zur zentralen Achse 60 liegen). Abgesehen von leichten Krümmungen der radialen inneren und äußeren Flächen 180, 188, 184 und 192 um die zentrale Achse 60 gemäß der zylindrischen Form des Rotors 56 (konvex im Fall der radial äußeren Flächen 180, 188 und konkav im Fall der radial inneren Flächen 184, 192), sind diese Flächen 180, 188, 184 und 192 im Wesentlichen flach und strukturlos zwischen den führenden und folgenden Flanken 156, 160 ihres jeweiligen Polfingers.Like the different ones 1 to 8th can be clearly understood, is also the corresponding thickness of each Polfingers between its radially outer surface 180 . 188 and its radially inner surface 184 . 192 essentially uniform between its leading and trailing flanks 156 . 160 when viewed in imaginary planes perpendicular to the central axis, at different distances axially along each pyramidal pole finger 100 . 104 (ie at different axial locations in directions substantially parallel to the central axis 60 lie). Apart from slight curvatures of the radial inner and outer surfaces 180 . 188 . 184 and 192 around the central axis 60 according to the cylindrical shape of the rotor 56 (convex in the case of the radially outer surfaces 180 . 188 and concave in the case of the radially inner surfaces 184 . 192 ), these are areas 180 . 188 . 184 and 192 essentially flat and featureless between leading and trailing flanks 156 . 160 her respective pole finger.

Bei einigen bekannten Maschinen 20 haben die Polfinger 100, 104 statt der vorstehend diskutierten im Wesentlichen pyramidalen Form eine andere Geometrie. Beispielsweise können die Polstücke 44, 48 gemäß 9 stattdessen Polfinger oder Segmente 100, 104 definieren, die bei radialer Betrachtung relativ zur zentralen Achse 60 im Wesentlichen rechteckig geformt sind. Wie bei den vorstehend beschriebenen, im Wesentlichen pyramidenförmigen Polsegmenten haben die Polfinger oder Segmente 100, 104 der bekannten Klauenpolstücke 44 oder 48, die in 9 gezeigt sind, jeweils: Eine Basis oder ein proximales Ende 148, das an Stellen zwischen den Hohlräumen 108 mit dem entsprechenden Polstücknabenabschnitt 92, 96 verbunden ist, eine Spitze oder ein distales Ende 152 gegenüber seiner entsprechenden Basis 148, wobei die Spitze 152 des Polfingers des einen Polstücks 44, 48 nahe an der Basis 148 des Polfingers des jeweils anderen Polstücks 44, 48 angeordnet ist, eine führende Flanke 156, eine gegenüberliegende folgende Flanke 160, wobei die führenden und folgenden Flanken 156, 160 sich zwischen der Polfingerbasis 148 und der Spitze 152 erstrecken. Die im Wesentlichen parallelen führenden und folgenden Flanken 156, 160 jedes Polfingers 100 definieren die führende Flankenfläche 164 beziehungsweise die folgende Flankenfläche 168, wobei die führenden und folgenden Flanken 156, 160 jedes Polfingers 104 die führende Flankenfläche 172 beziehungsweise die folgende Flankenfläche 176 definieren. Wie vorstehend erläutert bezieht sich die Bezeichnung einer Flanke 156, 160 als führend oder folgend auf die Bewegungsrichtung der Polfinger relativ zu den Statorkernzähnen 84, wie durch den Pfeil 144 angegeben.In some known machines 20 have the Polfinger 100 . 104 another geometry rather than the substantially pyramidal shape discussed above. For example, the pole pieces 44 . 48 according to 9 instead Polfinger or segments 100 . 104 when viewed radially relative to the central axis 60 are substantially rectangular in shape. As with the substantially pyramidal pole segments described above, the pole fingers or segments 100 . 104 the well-known claw pole pieces 44 or 48 , in the 9 are shown, respectively: A base or a proximal end 148 in places between the cavities 108 with the corresponding pole piece hub section 92 . 96 connected, a tip or a distal end 152 towards its corresponding base 148 where the top 152 of the pole finger of the pole piece 44 . 48 close to the base 148 the Polfingers of the other pole piece 44 . 48 is arranged, a leading edge 156 , an opposite following flank 160 , where the leading and following flanks 156 . 160 yourself between the Polfingerbasis 148 and the top 152 extend. The substantially parallel leading and trailing edges 156 . 160 every Polfingers 100 define the leading edge surface 164 or the following flank surface 168 , where the leading and following flanks 156 . 160 every Polfingers 104 the leading flank surface 172 or the following flank surface 176 define. As explained above, the designation of an edge refers 156 . 160 as leading or following the direction of movement of the pole fingers relative to the stator core teeth 84 as by the arrow 144 specified.

Im Unterschied zu den im Wesentlichen pyramidenförmigen Polsegmenten, die vorstehenden beschrieben wurden, sind bei dem Beispiel der 9 jedoch die führenden und folgenden Flanken 156, 160 im Wesentlichen parallel zueinander und zu der zentralen Achse 60. Die dargestellten Polfingerspitzen oder distalen Enden 152 sind hier flach und jeder Polfinger 100, 104 kann im Wesentlichen hexaedrisch sein, wenn er an seiner Basis 148 von einer imaginären Ebene geschnitten wird, die senkrecht zur zentralen Achse 60 orientiert ist. Bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel definiert jeder Polfinger 100, 104 eine radial äußere Fläche 180, 188 und eine radial innere Fläche 184, 192 (in 9 nicht gezeigt). Wie bei den im Wesentlichen pyramidenförmigen Polfingern liegt jede radial äußere, rechteckige Fläche 180, 188 entlang einer entsprechenden Oberflächenlinie 196, die im Wesentlichen parallel zur der zentralen Achse 60 ist, wobei die zylindrische Rotorform durch die Anordnung der Oberflächenlinien 196 definiert werden kann. Bezüglich jedes Polfingers 100, 104 erstreckt sich seine entsprechende radial äußere Fläche 180, 188 über einen im Wesentlichen gleichen Abstand zwischen der führenden Flanke 156 und der folgenden Flanke 160, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegen. In ähnlicher Weise erstreckt sich seine entsprechende radial innere Fläche 184, 192 über eine im Wesentlichen gleiche Entfernung zwischen der führenden Flanke 156 und der gegenüberliegenden folgenden Flanke 160. Folglich hat jeder Polfinger 100, 104 eine im Wesentlichen rechteckige Form, wenn er in radialer Richtung betrachtet wird, wie vorstehend erwähnt.In contrast to the substantially pyramidal pole segments described above, in the example of FIG 9 however, the leading and following flanks 156 . 160 substantially parallel to one another and to the central axis 60 , The illustrated Polfingerspitzen or distal ends 152 here are flat and every Polfinger 100 . 104 can be essentially hexahedral if it is at its base 148 is cut by an imaginary plane perpendicular to the central axis 60 is oriented. At the in 9 illustrated embodiment defines each Polfinger 100 . 104 a radially outer surface 180 . 188 and a radially inner surface 184 . 192 (in 9 Not shown). As with the substantially pyramidal Polfingern lies each radially outer, rectangular surface 180 . 188 along a corresponding surface line 196 which are substantially parallel to the central axis 60 is, wherein the cylindrical rotor shape by the arrangement of the surface lines 196 can be defined. Regarding each Polfingers 100 . 104 extends its corresponding radially outer surface 180 . 188 over a substantially equal distance between the leading edge 156 and the next flank 160 that face each other in the circumferential direction. Similarly, its corresponding radially inner surface extends 184 . 192 over a substantially equal distance between the leading edge 156 and the opposite flank opposite 160 , Consequently, every Polfinger has 100 . 104 a substantially rectangular shape when viewed in the radial direction as mentioned above.

Die in 9 dargestellten Polfinger 100, 104 können zudem jeweils im Wesentlichen wie ein rechtwinkliges Parallelepiped oder ein Quader geformt sein, wobei bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu einer imaginären Ebene, in welcher die entsprechende Oberflächenlinie 196 und die zentrale Achse liegen, die Dicke jedes Polfingers 100, 104 zwischen seiner entsprechenden radial äußeren Fläche 180, 188 und radial inneren Fläche 184, 192 im Wesentlichen entlang seiner axialen Richtung konstant ist, d. h. in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Oberflächenlinie 196 ist. Folglich hat jeder Polfinger 100, 104 bei Betrachtung in einer tangentialen Richtung, senkrecht zur zentralen Achse 60 eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt. Abgesehen von den Flächen 180, 188, 184, 192, die leichte Krümmungen um die zentrale Achse 60 entsprechend der zylindrischen Form des Rotors 56 haben (konvex im Fall der radial äußeren Flächen 180, 188 und konkav im Fall der radial inneren Flächen 184, 192), sind die Flächen 180, 188, 184 und 192 der im Wesentlichen quaderförmigen Polfinger 100, 104 zwischen ihren entsprechenden führenden und folgenden Polfingerflanken 156, 160 im Wesentlichen flach. Zudem sind die sich gegenüberliegenden radialen äußeren Flächen 180, 188 und die radial inneren Flächen 184, 192 jedes im Wesentlichen quaderförmigen Polfingers 100, 104 im Wesentlichen parallel. Mit anderen Worten, ist die entsprechende Dicke jedes Polfingers zwischen seiner radial äußeren Fläche 180, 188 und radial inneren Fläche 184, 192 im Wesentlichen konstant in imaginären Ebenen senkrecht zur zentralen Achse 60 an unterschiedlichen Abständen entlang jedes pyramidenförmigen Polfingers 100, 104 (d. h. bei Abständen in Richtungen, die im Wesentlichen parallel zu den Oberflächenlinien 196 verlaufen). Eine bekannte elektrische Maschine mit Polfingern oder Polsegmenten, die führende und folgende Flanken aufweist, welche zueinander und zur zentralen Achse der Maschine im Wesentlichen parallel sind, ist im US-Patent Nr. 7,973,444 mit dem Titel „elektrische Maschine und Rotor für selbige” beschrieben, dessen Inhaberin die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung ist. In the 9 illustrated Polfinger 100 . 104 may also each be substantially shaped like a rectangular parallelepiped or a cuboid, when viewed in a direction perpendicular to an imaginary plane in which the corresponding surface line 196 and the central axis are the thickness of each pole finger 100 . 104 between its corresponding radially outer surface 180 . 188 and radially inner surface 184 . 192 is substantially constant along its axial direction, ie, in a direction substantially parallel to the surface line 196 is. Consequently, every Polfinger has 100 . 104 when viewed in a tangential direction, perpendicular to the central axis 60 a substantially rectangular shape. Apart from the surfaces 180 . 188 . 184 . 192 , the slight curvatures about the central axis 60 according to the cylindrical shape of the rotor 56 have (convex in the case of the radially outer surfaces 180 . 188 and concave in the case of the radially inner surfaces 184 . 192 ), are the surfaces 180 . 188 . 184 and 192 the substantially cuboid Polfinger 100 . 104 between their respective leading and trailing Polfinger flanks 156 . 160 essentially flat. In addition, the opposing radial outer surfaces 180 . 188 and the radially inner surfaces 184 . 192 each substantially cuboidal Polfingers 100 . 104 essentially parallel. In other words, the corresponding thickness of each pole finger is between its radially outer surface 180 . 188 and radially inner surface 184 . 192 essentially constant in imaginary planes perpendicular to the central axis 60 at different distances along each pyramidal Polfingers 100 . 104 (ie at distances in directions that are substantially parallel to the surface lines 196 run). A known electric machine with pole fingers or pole segments having leading and trailing edges which are substantially parallel to one another and to the central axis of the machine is disclosed in US Pat U.S. Patent No. 7,973,444 entitled "Electric machine and rotor for same", owned by the assignee of the present application.

Wie vorstehend erwähnt, sind bei bekannten rotierenden elektrischen Maschinen wie einem Generator 20 die radialen inneren Flächen 184, 192 der Polfinger unabhängig davon, ob ihre Polfinger 100, 104 im Wesentlichen pyramidenförmig oder im Wesentlichen quaderförmig sind, im Wesentlichen flach oder haben nur eine sehr kleine konkave Krümmung um die zentrale Achse 60 zwischen ihren entsprechenden führenden und folgenden Flanken 156, 160 an verschiedenen Stellen entlang der axialen Länge des Polfingers, d. h. in Richtungen parallel zu den Oberflächenlinien 196. Die Krümmung der radial inneren Flächen 184, 192, sofern vorhanden, ist in der Nähe der Polfingerbasis oder dem proximalen Ende 148 stärker ausgeprägt als in der Nähe der Polfingerspitze oder dem distalen Ende 152, wie durch Vergleich der 5F5H und 7B7E ersichtlich.As mentioned above, in known rotary electric machines, such as a generator 20 the radial inner surfaces 184 . 192 the Polfinger regardless of whether their Polfinger 100 . 104 are substantially pyramidal or substantially cuboidal, substantially flat or have only a very small concave curvature about the central axis 60 between their respective leading and trailing edges 156 . 160 at different locations along the axial length of the pole finger, ie in directions parallel to the surface lines 196 , The curvature of the radially inner surfaces 184 . 192 if present, is near the pole finger base or the proximal end 148 more pronounced than in the vicinity of the Polfingerspitze or the distal end 152 as by comparing the 5F - 5H and 7B - 7E seen.

Es ist auch bekannt, Permanentmagnete in den Rotoren von rotierenden elektrischen Maschinen wie zum Beispiel Generatoren zu verwenden. Bei einigen bekannten Generatoren sind sehr starke Permanentmagnete 200 zwischen benachbarten Klauenpolfingern 100, 104 angeordnet, um das von der Erregerspule 88 erzeugte Magnetfeld zu ergänzen. Solche Magnete 200, die optional sind, sind in den 69 dargestellt. Für die Permanentmagneten 200 kann jedes beliebige Permanentmaterial verwendet werden, beispielsweise Neodym-Eisen-Bor, Samarium-Kobalt oder Ferrit. Generatoren, die sowohl den Fluss einer Erregerspule als auch den Fluss von an eine Statorspule gekoppelten Permanentmagneten nutzen, werden als Hybridgeneratoren bezeichnet. Wie 10 zeigt, halten bei einem Hybridgenerator 20 Permanentmagnete 200 einen permanenten magnetischen Fluss über die Kanäle 204 aufrecht, die andernfalls Luftspalte zwischen den Klauenpolsegmenten 100, 104 wären. Die Klauenpolsegmente sind bei einem Hybridgenerator magnetisch an die Permanentmagnete 200, die in Kanälen 204 angeordnet sind und von dem Rotor 56 getragen werden, sowie an einen Abschnitt der Statorstruktur, gekoppelt, wodurch wesentlicher magnetischer Fluss durch die Statorstruktur gekoppelt wird. Der magnetische Flussverlauf 208 ist in 10 durch gestrichelte Linien angegeben. Wenn die Feldspule 88 nicht bestromt wird, wird der von den Permanentmagneten 200 erzeugte magnetische Fluss durch den Rotor 56 abgezweigt. Wenn jedoch die Feldspule 88 bestromt wird, trägt der von den Permanentmagneten 200 erzeugte magnetische Fluss zusätzlich zu dem elektromagnetisch erzeugten magnetischen Fluss, der aus der Anregung der Feldspule resultiert, über den Stator/Rotor Luftspalt 212 bei. In Abhängigkeit von dem gewünschten Ausstoß des Hybridgenerators 20 kann der Effekt der Permanentmagnete 200 auf den Fluss über den radialen Stator/Rotor Luftspalt 212 den elektromagnetischen Fluss ergänzen oder verstärken, der durch den Gleichstrom erzeugt wird, welcher in einer Richtung durch die Erregerfeldspule 88 geleitet wird. Der Effekt der Permanentmagnete auf den Fluss über den Stator/Rotor Luftspalt kann auch reduziert oder umgekehrt werden durch elektromagnetischen Fluss, der durch Gleichstrom erzeugt wird, der in entgegengesetzte Richtung durch die Erregerfeldspule 88 fließt. Dämpfungs-/Verstärkungs-Kontrollkreise für Generatoren sind im Stand der Technik bekannt und können unterschiedlich gestaltet sein. Einer dieser Kontrollkreise ist im oben genannten US-Patent Nr. 7,973,444 offenbart.It is also known to use permanent magnets in the rotors of rotating electrical machines such as generators. In some known generators are very strong permanent magnets 200 between adjacent claw-pole fingers 100 . 104 arranged to that of the exciting coil 88 supplemented magnetic field. Such magnets 200 which are optional are in the 6 - 9 shown. For the permanent magnets 200 Any permanent material can be used, for example neodymium-iron-boron, samarium-cobalt or ferrite. Generators utilizing both the flux of an excitation coil and the flux of permanent magnets coupled to a stator coil are referred to as hybrid generators. As 10 shows, stop at a hybrid generator 20 permanent magnets 200 a permanent magnetic flux across the channels 204 upright, the otherwise air gaps between the claw pole segments 100 . 104 would. The Klauenpolsegmente are magnetic in a hybrid generator to the permanent magnets 200 in channels 204 are arranged and from the rotor 56 and coupled to a portion of the stator structure, thereby coupling substantial magnetic flux through the stator structure. The magnetic flux course 208 is in 10 indicated by dashed lines. When the field coil 88 is not energized, that of the permanent magnets 200 generated magnetic flux through the rotor 56 diverted. However, if the field coil 88 is energized by the permanent magnets 200 In addition to the electromagnetically generated magnetic flux resulting from excitation of the field coil, magnetic flux generated across the stator / rotor air gap 212 at. Depending on the desired output of the hybrid generator 20 can the effect of permanent magnets 200 on the river via the radial stator / rotor air gap 212 supplement or amplify the electromagnetic flux generated by the direct current flowing in one direction through the field coil 88 is directed. The effect of permanent magnets on the flux across the stator / rotor air gap can also be reduced or reversed by electromagnetic flux generated by direct current flowing in the opposite direction through the field coil 88 flows. Damping / amplification control circuits for generators are known in the art and may be designed differently. One of these control circuits is in the above U.S. Patent No. 7,973,444 disclosed.

Die Kanäle 204 können wie vorstehend beschrieben orientiert sein. In der Regel ist die Orientierung und Form der Permanentmagnete 200 ähnlich. Folglich sind Permanentmagnete 200 im Wesentlichen prismenförmig mit sechs im Wesentlichen flachen Seiten. Indem die Permanentmagnete 200 im Wesentlichen prismenförmig sind, werden im Wesentlichen symmetrische Anlageflächen an ihren entsprechenden Berührungsflächen mit den führenden und folgenden Flankenflächen 164, 168, 172, 176 geschaffen. Der prismenförmige Permanentmagnet 200 ist hier in einer beispielhaften Form dargestellt, wobei zu verstehen ist, dass andere Formen der Permanentmagnete für den Fachmann ersichtlich sind. Wie hier dargestellt, hat jeder Permanentmagnet 200 ein Paar von sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Polseiten 216, wobei die polarisierten Seiten 216N und 216S den entsprechenden magnetischen Polaritäten N und S entsprechen. Die Polaritäten der Permanentmagnete alternieren, sodass benachbarte Magnete entgegensetzte Polarität haben. Deshalb kann erkannt werden, dass Klauenpolfinger 100 an Permanentpolseiten 216N anliegen und eine gemeinsame erste Polarität (d. h. N) haben und Klauenpolfinger 104 an magnetischen Polseiten 216S anliegen und eine zweite gemeinsame Polarität (d. h. S) haben. Die Polseiten 216N, 216S der Magnete 200 grenzen unmittelbar an die entsprechenden führenden und folgenden Flankenflächen 164, 168, 172, 176 der Polfinger 100 und 104 an. Wie vorstehend erwähnt, haben alle Polfinger 100 magnetische Polarität N und alle Polfinger 104 magnetische Polarität S. Alle Permanentmagnetpolflächen 216N grenzen an die Flankenflächen 164, 186 des jeweiligen N Polfingers 100 an. Dementsprechend grenzen alle Permanentmagnetpolflächen 216S an die Flankenflächen 172, 176 jedes S Polfingers 104 an. Die vorstehende Anordnung ist Fachleuten im Allgemeinen wohl bekannt.The channels 204 may be oriented as described above. As a rule, the orientation and shape of the permanent magnets 200 similar. Consequently, permanent magnets 200 essentially prismatic with six substantially flat sides. By the permanent magnets 200 are substantially prismatic, are substantially symmetrical contact surfaces at their respective contact surfaces with the leading and following flank surfaces 164 . 168 . 172 . 176 created. The prismatic permanent magnet 200 is shown here in an exemplary form, it being understood that other forms of permanent magnets will be apparent to those skilled in the art. As shown here, every permanent magnet has 200 a pair of circumferentially opposite pole faces 216 , where the polarized sides 216N and 216S correspond to the corresponding magnetic polarities N and S. The polarities of the permanent magnets alternate so that adjacent magnets have opposite polarity. Therefore, it can be seen that Klauenpolfinger 100 on permanent pole sides 216N abut and have a common first polarity (ie N) and Klauenpolfinger 104 on magnetic pole sides 216S and have a second common polarity (ie S). The pol pages 216N . 216S the magnets 200 immediately adjacent to the corresponding leading and trailing edge surfaces 164 . 168 . 172 . 176 the Polfinger 100 and 104 at. As mentioned above, all pole fingers have 100 magnetic polarity N and all pole fingers 104 magnetic polarity S. All permanent magnet pole faces 216N borders on the flank surfaces 164 . 186 of the respective N Polfingers 100 at. Accordingly, all permanent magnet pole faces are adjacent 216S to the flank surfaces 172 . 176 every S Polfingers 104 at. The above arrangement is generally well known to those skilled in the art.

Wenn Permanentmagnete 200 zur Erhöhung der Maschinenleistung zwischen die Klauenpole 100, 104 eines Generators 20 eingefügt werden, wird in der Regel der Luftspaltkanal 204 maschinell bearbeitet oder auf andere Weise angepasst, damit für das Aufnehmen der Magnete eine konstante Breite zwischen gegenüberliegenden führenden und folgenden Polfingerflankenflächen 164, 168, 172, 176 gegeben ist. Die Form der Klauenpolstücke 44, 48, die in bekannten Hybridgeneratoren verwendet wurden, ist jedoch nicht zur Maximierung des Nutzens der Permanentmagnete 200 optimiert. Stattdessen wurde die Gestaltung der Polstücke von solchen Hybridmaschinen und insbesondere die Gestaltung ihrer Polsegmente oder Finger 100, 104 von dem Design eines herkömmlichen Klauenpolrotors ohne Permanentmagnete übernommen, das zur Maximierung der Maschinenleistung ohne das Hinzufügen von Permanentmagneten zu dem Klauenpolrotor entstanden war. Dieser Praxis einfach zu folgen, nützt die möglichen Vorteile des Hinzufügens von Magneten zu Klauenpolrotoren nicht voll aus.If permanent magnets 200 to increase the machine power between the claw poles 100 . 104 a generator 20 are inserted, is usually the air gap channel 204 machined or otherwise adapted to provide a constant width between opposing leading and trailing Polfinger flank surfaces for receiving the magnets 164 . 168 . 172 . 176 given is. The shape of the claw pole pieces 44 . 48 however, used in known hybrid generators is not for maximizing the benefits of the permanent magnets 200 optimized. Instead, the design of the pole pieces of such hybrid machines and in particular the design of their pole segments or fingers 100 . 104 from the design of a conventional claw pole rotor without permanent magnets, designed to maximize machine performance without the addition of permanent magnets to the claw pole rotor. Simply following this practice does not fully exploit the potential benefits of adding magnets to claw pole rotors.

Eine rotierende elektrische Maschine, die ausgebildet ist, um die vorteilhaften Aspekte eines mit Permanentmagneten ausgerüsteten Rotors zu maximieren, wäre eine wünschenswerte Verbesserung des Standes der Technik.A rotary electric machine configured to maximize the advantageous aspects of a rotor equipped with permanent magnets would be a desirable improvement in the art.

KURZFASSUNGSHORT VERSION

Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, eine solche rotierende elektrische Maschine und einen Rotor zur Verfügung zu stellen. Die vorliegende Offenbarung lehrt eine Polstückkonfiguration, welche die Leistung ihrer Klauenpolsegmente bei Benutzung mit Permanentmagneten durch Modifizieren der Polgeometrie maximiert. Die Form der radial inneren Unterseite des Polfingers in der Nähe des Bereichs der Spitze ist so gestaltet, dass sie deutlich konkav ist. Dies minimiert den Flussverlust von der Spitze oder dem distalen Ende eines ersten Polfingers oder Segments zu der Basis oder dem proximalen Ende eines in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Polfingers oder Segments, wobei die erste Polsegmentspitze die zweite Polsegmentbasis überlappt. Dennoch kann der erste Polfinger oder das erste Polfingersegment seine volle radiale Dicke oder Stärke auch entlang der Seiten des Permanentmagneten haben, der zwischen dem ersten und dem zweiten Polfinger angeordnet ist, was die volle Nutzung der Flusserzeugung des Magneten erleichtert.The present disclosure aims to provide such a rotary electric machine and a rotor. The present disclosure teaches a pole piece configuration that maximizes the performance of its claw pole segments when used with permanent magnets by modifying the pole geometry. The shape of the radially inner bottom of the pole finger near the tip portion is designed to be significantly concave. This minimizes flow loss from the tip or distal end of a first pole finger or segment to the base or proximal end of a circumferentially adjacent second pole finger or segment, wherein the first pole segment tip overlaps the second pole segment base. Nevertheless, the first pole finger or first pole finger segment may also have its full radial thickness along the sides of the permanent magnet disposed between the first and second pole fingers, facilitating full utilization of flux generation of the magnet.

Die Seiten des Polfingers, an denen die Permanentmagnete anliegen, sind im Wesentlichen flach und haben eine konstante radiale Tiefe oder Dicke über die volle axiale Länge des Polfingers. Obwohl das Ausführungsbeispiel der verbesserten Polfingergeometrie mit einer im Wesentlichen quaderförmigen Begrenzungsfläche gezeigt ist, die einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat, ist zu verstehen, dass sich die Lehre der vorliegenden Offenbarung genauso gut auf herkömmliche im Wesentlichen pyramidenförmige Generatorklauenpolsegmente oder -finger anwenden lässt. Die Lehren der vorliegenden Offenbarung betreffen gleichermaßen Generatoren mit Bürsten und bürstenlose Generatoren.The sides of the pole finger against which the permanent magnets abut are substantially flat and have a constant radial depth or thickness over the full axial length of the pole finger. Although the embodiment of the improved pole finger geometry is shown as having a substantially cuboidal bounding surface having a substantially rectangular cross section, it will be understood that the teachings of the present disclosure are equally applicable to conventional substantially pyramidal generator claw pole segments or fingers. The teachings of the present disclosure equally apply to brushed and brushless generators.

Der Vorteil dieser Geometrie liegt darin, dass bei einer gegebenen magnetisch aktiven axialen Länge des Rotors der magnetische Nutzen eines Wesentlich längeren Permanentmagneten in dem Rotor möglich ist. Dies erhöht die Leistung der elektrischen Maschine wesentlich, indem viel höhere Grade der Flusskopplung zwischen dem Stator und dem Rotor bei einer gegebenen axialen Stapellänge des Rotors und/oder des Stators erzeugt werden als bei herkömmlichen Generatoren. Zweitens wird durch die konkave radial innere Flächenform des Polfingers ein natürlicher Luftdurchgang geschaffen, der axialen Luftstrom durch die Rotorbaugruppe zur verbesserten Kühlung ermöglicht.The advantage of this geometry is that for a given magnetically active axial length of the rotor, the magnetic benefit of a substantially longer permanent magnet in the rotor is possible. This significantly increases the performance of the electric machine by generating much higher levels of flux coupling between the stator and the rotor for a given axial stack length of the rotor and / or stator than conventional generators. Second, the concave radially inner surface shape of the pole finger provides a natural air passage that allows for axial air flow through the rotor assembly for improved cooling.

Die Polfingergeometrie gemäß der vorliegenden Offenbarung wurde durch Einsatz von dreidimensionaler Finite Elemente Analyse (3D FEA) magnetischer Modellierung und umfangsreichen Entwicklungsarbeiten gefunden. Gemessene Leistungen mit tatsächlichen Generatorprototypen ergaben Ausgangsstromstärken, die doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Klauenpolgeneratoren vergleichbarer Größe waren, was eine signifikante Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellt. Polfinger geometry in accordance with the present disclosure has been found through the use of three-dimensional finite element analysis (3D FEA) magnetic modeling and extensive design work. Measured outputs with actual generator prototypes gave output currents twice that of conventional claw-pole generators of comparable size, a significant improvement over the prior art.

Die vorliegende Offenbarung liefert einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, wobei der Rotor ein erstes Polstück und zweites Polstück aufweist, die jeweils eine entsprechende magnetische Nabe haben, die zur Rotation um eine Achse angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Polstücknaben entlang dieser Achse in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Der Rotor weist zudem mehrere magnetische erste Polfinger und mehrere magnetische zweite Polfinger auf, die in einem Abstand von einander angeordnet sind und sich zwischen der ersten und der zweiten Polstücknabe erstrecken. Jeder Polfinger hat ein proximales Ende und ein axial gegenüberliegendes distales Ende, wobei die proximalen Enden der ersten und zweiten Polfinger jeweils mit der ersten bzw. der zweiten Polstücknabe verbunden sind. Die ersten und zweiten Polfinger alternieren in Umfangsrichtung um die Achse. Jeder Polfinger hat eine entsprechende radial innere Fläche, die eine Aushöhlung definiert, welche sich axial vom distalen Ende zu einem Ende der Aushöhlung erstreckt. Bezüglich jedes Polfingers ist der radiale Abstand zwischen der Achse und der radial inneren Fläche an einer entsprechenden axialen Stelle zwischen dem distalen Ende und dem Ende der Aushöhlung wesentlich größer innerhalb der Aushöhlung als außerhalb der Aushöhlung.The present disclosure provides a rotor for a rotary electric machine, the rotor having a first pole piece and second pole piece each having a corresponding magnetic hub arranged for rotation about an axis, the first and second pole piece hubs being disposed along this axis are arranged at a distance from each other. The rotor further includes a plurality of magnetic first pole fingers and a plurality of magnetic second pole fingers spaced from each other and extending between the first and second pole piece bosses. Each pole finger has a proximal end and an axially opposite distal end, wherein the proximal ends of the first and second pole fingers are respectively connected to the first and second pole piece hub. The first and second pole fingers alternate circumferentially about the axis. Each pole finger has a corresponding radially inner surface defining a cavity which extends axially from the distal end to an end of the cavity. With respect to each pole finger, the radial distance between the axis and the radially inner surface at a corresponding axial location between the distal end and the end of the cavity is substantially greater within the cavity than outside the cavity.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass bezüglich jedes Polfingers das Ende der Aushöhlung zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende angeordnet ist.Another aspect of the rotor is that with respect to each pole finger, the end of the cavity is located between the proximal end and the distal end.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass bezüglich jedes Polfingers der radiale Abstand zwischen der Achse und der radial inneren Fläche innerhalb der Aushöhlung an einer ersten axialen Stelle, die zwischen dem distale Ende und dem Ende der Aushöhlung liegt, größer ist als an einer zweiten axialen Stelle, die zwischen der ersten axialen Stelle und dem Ende der Aushöhlung ist.Another aspect of the rotor is that with respect to each pole finger, the radial distance between the axis and the radially inner surface within the cavity is greater at a first axial location lying between the distal end and the end of the cavity than at a second axial one Location that is between the first axial location and the end of the cavity.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass jeder Polfinger sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken hat und die entsprechende Aushöhlung zwischen den führenden und folgenden Flanken liegt.Another aspect of the rotor is that each pole finger has circumferentially opposed leading and trailing edges and the corresponding cavity lies between the leading and trailing edges.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass bezüglich jedes Polfingers die Aushöhlung eine Breite hat, die sich in einer Richtung senkrecht zur Achse ändert, wobei die Breite an einer ersten axialen Stelle, die zwischen dem distalen Ende und dem Ende der Aushöhlung liegt, größer ist als die Breite an einer zweiten axialen Stelle ist, die zwischen der ersten axialen Stelle und dem Ende der Aushöhlung liegt.Another aspect of the rotor is that with respect to each pole finger, the cavity has a width that varies in a direction perpendicular to the axis, the width being greater at a first axial location that is between the distal end and the end of the cavity as the width is at a second axial location lying between the first axial location and the end of the cavity.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass bezüglich jedes Polfingers die Aushöhlung in einer imaginären Ebene senkrecht zur Achse eine im Wesentlichen dreieckige Form hat.Another aspect of the rotor is that with respect to each pole finger, the cavity in an imaginary plane perpendicular to the axis has a substantially triangular shape.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass bezüglich jedes Polfingers die Aushöhlung in einer imaginären Ebene parallel zu der Achse eine im Wesentlichen dreieckige Form hat.Another aspect of the rotor is that with respect to each pole finger, the cavity in an imaginary plane parallel to the axis has a substantially triangular shape.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass das Ende der Aushöhlung jedes Polfingers einen Scheitelpunkt der Aushöhlung definiert.Another aspect of the rotor is that the end of the excavation of each pole finger defines a vertex of the cavity.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass bezüglich jedes Polfingers an dem entsprechenden Ende der Aushöhlung und dem distalen Ende die radial innere Fläche an Stellen außerhalb der Aushöhlung einen radial konstanten Abstand von der Achse hat.Another aspect of the rotor is that with respect to each pole finger at the corresponding end of the cavity and the distal end, the radially inner surface has a radially constant distance from the axis at locations outside the cavity.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass jeder Polfinger eine radial äußere Fläche definiert und der entsprechende Polfinger eine radiale Dicke zwischen der radial inneren Fläche und der radial äußeren Fläche hat. Die radiale Dicke an einer ersten Stelle außerhalb der Aushöhlung ist größer als die radiale Dicke an einer zweiten Stelle innerhalb der Aushöhlung.Another aspect of the rotor is that each pole finger defines a radially outer surface and the corresponding pole finger has a radial thickness between the radially inner surface and the radially outer surface. The radial thickness at a first location outside the cavity is greater than the radial thickness at a second location within the cavity.

Ein zusätzlicher Aspekt des Rotors ist, dass jeder Polfinger sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken hat, und die erste Stelle in Umfangsrichtung zwischen der Aushöhlung und entweder der führenden oder der folgenden Flanke des entsprechenden Polfingers liegt.An additional aspect of the rotor is that each pole finger has circumferentially opposed leading and trailing flanks, and the first location lies circumferentially between the cavity and either the leading or trailing edge of the corresponding pole finger.

Ein zusätzlicher Aspekt des Rotors ist, dass die erste Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem Ende der Aushöhlung des entsprechenden Polfingers liegt.An additional aspect of the rotor is that the first location lies between the proximal end and the end of the cavity of the corresponding pole finger.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass jeder Polfinger sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken hat. Die entsprechende radial innere Fläche erstreckt sich in Umfangsrichtung zwischen den führenden und folgenden Flanken, wobei die führenden und folgenden Flanken im Wesentlichen parallel zur Achse sind.Another aspect of the rotor is that each pole finger has circumferentially opposed leading and trailing edges. The corresponding radially inner surface extends circumferentially between the leading and trailing flanks, the leading and trailing flanks being substantially parallel to the axis.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass die ersten Polfinger magnetische N Polfinger und die zweiten Polfinger magnetische S Polfinger sind. Der Rotor weist zudem wenigstens einen Magneten auf, der zwischen einem in Umfangsrichtung benachbarten Paar von N und S Polfingern angeordnet ist. Der Magnet hat sich gegenüberliegende N und S Polseiten, wobei die magnetische N Polseite an den N Polfinger ankoppelt und die magnetische S Polseite an den S Polfinger ankoppelt.Another aspect of the rotor is that the first pole fingers are magnetic N pole fingers and the second pole fingers are magnetic S pole fingers. Of the Rotor also has at least one magnet which is arranged between a circumferentially adjacent pair of N and S Polfingern. The magnet has opposing N and S pole sides, with the magnetic N pole side coupling to the N pole fingers and the magnetic pole side coupling to the S pole finger.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass jeder Polfinger sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flankenflächen hat und sich die entsprechende radial innere Fläche in Umfangsrichtung zwischen den führenden und folgenden Flankenflächen erstreckt. Der Rotor weist zudem wenigstens einen Magneten auf, der zwischen den koppelnden führenden und folgenden Flankenflächen eines Paars von in Umfangsrichtung angrenzenden ersten und zweiten Polfingern angeordnet ist und magnetisch entgegengesetzte Polflächen hat. Jede magnetische entgegengesetzte Polfläche des oder der Magneten liegt entweder an der führenden oder der folgenden Flankenfläche des Polfingers im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des entsprechenden Polfingers zwischen dem proximalen und dem distalen Ende des Polfingers an.Another aspect of the rotor is that each pole finger has circumferentially opposed leading and trailing flank surfaces and the corresponding radially inner surface extends circumferentially between the leading and trailing flank surfaces. The rotor further includes at least one magnet disposed between the coupling leading and trailing edge surfaces of a pair of circumferentially adjacent first and second pole fingers and having magnetically opposite pole faces. Each magnetically opposite pole face of the magnet or magnets abuts either the leading or trailing edge surface of the pole finger substantially along the entire length of the corresponding pole finger between the proximal and distal ends of the pole finger.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass er auch eine Erregerspule aufweist, die um die Achse herum zwischen der ersten und zweiten Polstücknabe angeordnet ist. Die magnetischen Polaritätsbezeichnungen N und S der ersten und zweiten Polstücknabe werden gezielt bestimmt durch eine gewählte Flussrichtung des elektrischen Stroms durch die Erregerspule.Another aspect of the rotor is that it also includes an exciter coil disposed about the axis between the first and second pole piece hubs. The magnetic polarity designations N and S of the first and second pole piece hub are selectively determined by a selected flow direction of the electric current through the exciting coil.

Die vorliegende Offenbarung liefert auch eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor wie vorstehend beschrieben, einem den Rotor umgebenden Stator und einem mit dem Stator verbunden Gehäuse. Der Rotor wird durch das Gehäuse zur Rotation um den Stator gestützt.The present disclosure also provides a rotary electric machine having a rotor as described above, a stator surrounding the rotor, and a housing connected to the stator. The rotor is supported by the housing for rotation about the stator.

Die vorliegende Offenbarung liefert auch einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, wobei der Rotor ein Paar von magnetischen ersten und zweiten Polstücken aufweist, die jeweils eine entsprechende Nabe aufweisen. Die ersten und zweiten Polstücknaben sind entlang einer Achse in einem Abstand voneinander angeordnet und haben eine erste bzw. eine zweite Vielzahl Polfinger. Die ersten und zweiten Polfinger sind jeweils in einem Abstand voneinander angeordnet und um die Achse herum verteilt, um eine im Wesentlichen zylindrische äußere Rotorfläche zu definieren. Jeder Polfinger hat eine Basis, die an der ersten bzw. zweiten Polstücknabe befestigt ist, und erstreckt sich in Richtung zu der anderen Polstücknabe hin. Jeder Polfinger der ersten und der zweiten Vielzahl endet an einer Spitze, die den Basen eines Polfingerpaares benachbart angeordnet ist, die in der jeweils anderen der ersten und zweiten Polfingervielzahl enthalten sind. Jede Polfingerspitze ist mit einer radial einwärts offenen Aushöhlung versehen. Die Aushöhlung hat eine Länge, die sich in Richtung axial einwärts ausgehend von der Spitze hin zu der Basis des entsprechenden Polfingers bis zu einem Ende der Aushöhlung erstreckt. Die Aushöhlung hat eine Breite, die sich zwischen gegenüberliegenden Flanken des entsprechenden Polfingers in einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse ist, und eine Tiefe, die sich im Wesentlichen radial in den entsprechenden Polfinger hinein erstreckt. Zumindest eine dieser beiden Abmessungen der Aushöhlung, nämlich Breite oder Tiefe, reduziert sich entlang der Aushöhlungslänge in der Richtung axial einwärts.The present disclosure also provides a rotor for a rotary electric machine, wherein the rotor has a pair of magnetic first and second pole pieces, each having a corresponding hub. The first and second pole piece hubs are spaced apart along an axis and have first and second pluralities of pole fingers, respectively. The first and second pole fingers are each spaced apart and distributed about the axis to define a substantially cylindrical outer rotor surface. Each pole finger has a base attached to the first and second pole piece hub, respectively, and extends toward the other pole piece hub. Each pole finger of the first and second plurality terminates at a tip adjacent to the bases of a pair of pole fingers contained within the other of the first and second pole fingers. Each Polfingerspitze is provided with a radially inwardly open cavity. The cavity has a length extending axially inwardly from the tip toward the base of the corresponding pole finger to one end of the cavity. The cavity has a width extending between opposite flanks of the corresponding pole finger in a direction substantially perpendicular to the axis and a depth extending substantially radially into the corresponding pole finger. At least one of these two dimensions of the cavity, namely width or depth, reduces along the cavity length in the axial inward direction.

Ein weiterer Aspekt des Rotors ist, dass die ersten Polfinger magnetische N Polfinger und die zweiten Polfinger magnetische S Polfinger sind. Der Rotor enthält zudem wenigstens einen Magneten, der zwischen einem in Umfangsrichtung benachbarten Paar von N und S Polfingern angeordnet ist, wobei der Magnet sich gegenüber liegende N und S Polseiten hat. Der oder die magnetischen N Polseiten koppeln an den N Polfinger an und der oder die magnetischen S Polseiten koppeln an den S Polfinger an.Another aspect of the rotor is that the first pole fingers are magnetic N pole fingers and the second pole fingers are magnetic S pole fingers. The rotor also includes at least one magnet disposed between a circumferentially adjacent pair of N and S pole fingers, the magnet having opposing N and S pole sides. The one or more magnetic pole sides couple to the N pole finger and the magnetic pole side (s) couple to the pole finger.

Die vorliegende Offenbarung liefert auch eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor wie vorstehend beschrieben, einem den Rotor umgebenden Stator und einem mit dem Stator verbundenen Gehäuse. Der Rotor wird von dem Gehäuse zur Rotation relativ zu dem Stator gestützt.The present disclosure also provides a rotary electric machine having a rotor as described above, a stator surrounding the rotor, and a housing connected to the stator. The rotor is supported by the housing for rotation relative to the stator.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die verschiedenen Ziele, Merkmale und dazugehörenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich und lassen sich besser verstehen, wenn man sie in Verbindung mit den dazugehörenden Zeichnungen betrachtet. Es wird darauf hingewiesen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind oder im selben Maßstab sind, insbesondere kann der Maßstab von einigen Elementen der Zeichnungen übertrieben sein, um Merkmale dieser Elemente zu verdeutlichen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben, ähnliche oder einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten, wobei:The various objects, features and attendant advantages of the present invention will become more apparent and more readily understood when considered in connection with the accompanying drawings. It should be understood that the appended drawings are not necessarily to scale or to the same scale, in particular, the scale of some elements of the drawings may be exaggerated to clarify features of these elements. Like reference numerals designate the same, similar or corresponding parts throughout the several views, wherein:

1 zeigt eine Schnittansicht einer bekannten Generatorbaugruppe, bei welcher die Lehren der vorliegenden Offenbarung angewandt werden können; 1 FIG. 12 is a sectional view of a known generator assembly to which the teachings of the present disclosure may be applied; FIG.

2 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Frontansicht eines Stators und eines Rotors eines herkömmlichen Generators, auf den sich die Lehren der vorliegenden Offenbarung anwenden lassen; 2 Figure 11 is a partially cutaway front perspective view of a stator and rotor of a conventional generator to which the teachings of the present disclosure apply;

3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines herkömmlichen Generatorrotors entlang der Linie 3-3 der 4; 3 shows a sectional side view of a conventional generator rotor along the line 3-3 of 4 ;

4 zeigt einen Ausschnitt einer Vorderansicht eines herkömmlichen Generatorrotors; 4 shows a detail of a front view of a conventional generator rotor;

5A zeigt eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Polstücks mit Polfingern, die im Wesentlichen pyramidenförmig sind; 5A shows a perspective view of a conventional pole piece with Polfingern, which are substantially pyramid-shaped;

5B zeigt eine axiale Ansicht eines Endes des Polstücks der 5A; 5B shows an axial view of one end of the pole piece of 5A ;

5C zeigt eine axiale Ansicht des gegenüberliegenden Endes des Polstücks der 5B; 5C shows an axial view of the opposite end of the pole piece of 5B ;

5D zeigt eine Seitenansicht des Polstücks der 5C; 5D shows a side view of the pole piece of 5C ;

5E zeigt eine Schnittansicht des Polstücks der 5C entlang der Linie 5E-5E; 5E shows a sectional view of the pole piece of 5C along the line 5E-5E;

5F zeigt eine Schnittansicht eines Polfingers des Polstücks der 5D entlang der Linie 5F-5F; 5F shows a sectional view of a Polfingers the pole piece of 5D along the line 5F-5F;

5G zeigt eine Schnittansicht eines Polfingers des Polstücks der 5D entlang der Linie 5G-5G; 5G shows a sectional view of a Polfingers the pole piece of 5D along the line 5G-5G;

5H zeigt eine Schnittansicht eines Polfingers des Polstücks der 5D entlang der Schnittlinie 5H-5H; 5H shows a sectional view of a Polfingers the pole piece of 5D along the section line 5H-5H;

6 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Details eines herkömmlichen Rotors mit im Wesentlichen pyramidenförmigen Polfingern und optionalen Permanentmagneten; 6 shows an exploded view of a detail of a conventional rotor having substantially pyramidal Polfingern and optional permanent magnet;

7A zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines herkömmlichen Generatorrotors mit Permanentmagneten entlang der Linie 7A-7A der 8; 7A shows a sectional side view of a conventional generator rotor with permanent magnets along the line 7A-7A of 8th ;

7B ist eine axiale Endansicht des Rotors der 7A entlang der Linie 7B-7B und zeigt die Polfingerspitze; 7B is an axial end view of the rotor of 7A along the line 7B-7B and shows the Polfingerspitze;

7C ist eine geschnittene Ansicht des Rotors der 7A entlang der Linie 7C-7C und zeigt eine axiale Schnittansicht des Polfingers; 7C is a rotor cutaway view 7A along the line 7C-7C and shows an axial sectional view of the Polfingers;

7D ist eine Schnittansicht des Rotors der 7A entlang der Linie 7D-7D und zeigt einen axialen Querschnitt des Polfingers und der Permanentmagnete; 7D is a sectional view of the rotor of 7A along the line 7D-7D and shows an axial cross section of the Polfingers and the permanent magnets;

7E ist eine Schnittansicht des Rotors der 7A entlang der Linie 7E-7E und zeigt einen axialen Querschnitt des Polfingers und der Permanentmagnete; 7E is a sectional view of the rotor of 7A along the line 7E-7E and shows an axial cross section of the Polfingers and the permanent magnets;

8 zeigt einen Ausschnitt einer Vorderansicht eines herkömmlichen Generatorrotors mit Permanentmagneten; 8th shows a detail of a front view of a conventional generator rotor with permanent magnets;

9 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Teils eines herkömmlichen Rotors mit im Wesentlichen quaderförmigen Polfingern und optionalen Permanentmagneten; 9 shows an exploded view of a portion of a conventional rotor having substantially cuboidal Polfingern and optional permanent magnet;

10 zeigt eine vergrößerte geschnittene Teilansicht eines herkömmlichen Rotors mit Permanentmagneten und einem Statorkern (wobei die Erregerfeldspule und die Statorwicklungen entfernt wurden), die den magnetischen Flussverlauf zwischen diesen darstellt; 10 FIG. 12 is an enlarged partial cross-sectional view of a conventional permanent magnet rotor and a stator core (with the excitation field coil and the stator windings removed) illustrating the magnetic flux path therebetween; FIG.

11 zeigt eine geschnittene Explosionsdarstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels eines Rotors gemäß der vorliegenden Offenbarung; 11 FIG. 4 is a fragmentary exploded view of a portion of one embodiment of a rotor according to the present disclosure; FIG.

12 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Generatorrotors gemäß der vorliegenden Offenbarung entlang der Linie 12-12 der 13; 12 FIG. 12 is a cross-sectional side view of a generator rotor according to the present disclosure taken along line 12--12 of FIG 13 ;

13 zeigt einen Ausschnitt einer Vorderansicht eines Generatorrotors gemäß der vorliegenden Offenbarung; 13 FIG. 12 is a fragmentary front view of a generator rotor according to the present disclosure; FIG.

14A ist eine geschnittene Seitenansicht eines Generators gemäß der vorliegenden Offenbarung entlang der Linie 14A-14A der 15; 14A FIG. 4 is a sectional side view of a generator according to the present disclosure taken along line 14A-14A of FIG 15 ;

14B ist eine teilweise geschnittene Detailansicht des Rotors der 14A entlang der Linie 14B-14B und zeigt eine axiale Endansicht von einem Polfinger und Permanentmagneten; 14B is a partially sectioned detail view of the rotor of 14A along the line 14B-14B and shows an axial end view of a Polfinger and permanent magnets;

14C ist eine geschnittene Detailansicht des Rotors der 14A entlang der Linie 14C-14C und zeigt eine axiale Schnittansicht des Polfingers und der Magnete; 14C is a sectional detail view of the rotor of 14A along the line 14C-14C and shows an axial sectional view of the Polfingers and the magnets;

14D ist eine Schnittansicht eines Details des Rotors der 14A entlang der Linie 14D-14D und zeigt eine axiale Schnittansicht der Polfinger und Magnete; 14D is a sectional view of a detail of the rotor of 14A along the line 14D-14D and shows an axial sectional view of the pole fingers and magnets;

15 ist ein Ausschnitt einer Vorderansicht eines Generatorrotors gemäß der vorliegenden Offenbarung; 15 FIG. 12 is a fragmentary front view of a generator rotor according to the present disclosure; FIG.

16 zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines Ausführungsbeispiels einer Polfingerspitze und Permanentmagneten gemäß der vorliegenden Offenbarung; 16 shows an enlarged detail view of an embodiment of a Polfingerspitze and permanent magnets according to the present disclosure;

17 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Generatorrotors und Stators nach dem Stand der Technik zum Vergleich mit 1; 17 shows a sectional side view of a generator rotor and stator according to the prior art for comparison 1 ;

18 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Generatorrotors und Stators gemäß der vorlegenden Offenbarung zum Vergleich mit 17; und 18 FIG. 12 is a cross-sectional side view of a generator rotor and stator according to the present disclosure for comparison. FIG 17 ; and

19 ein Schaubild, das die Leistungsverbesserung eines Hybridgenerators gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu einem Nicht-Hybridgenerator nach dem Stand der Technik zeigt. 19 12 is a graph showing the performance improvement of a hybrid generator according to the present disclosure as compared with a prior art non-hybrid generator.

Sich entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Ansichten durchgängig entsprechende Teile. Obwohl die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der offenbarten Vorrichtung zeigen, sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu oder im selben Maßstab und gewisse Merkmale können übertrieben dargestellt sein, um die vorliegende Offenbarung besser darzustellen und zu erklären. In den beigefügten Zeichnungen, die Schnittansichten zeigen, wurde eine Schraffur von verschiedenen Schnittelementen zur Besserung der Klarheit weggelassen. Es ist zu verstehen, dass dieses Weglassen der Schraffur nur dem Zweck der Klarheit der Darstellung dient.Corresponding reference numerals designate corresponding parts throughout the several views. Although the drawings show embodiments of the disclosed apparatus, the drawings are not necessarily to scale or scale, and certain features may be exaggerated in order to better illustrate and explain the present disclosure. In the accompanying drawings, which show sectional views, hatching of various sectional elements has been omitted for clarity. It should be understood that this omission of hatching is for the purpose of clarity of illustration only.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIEL(EN)DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENT (S)

Die Erfindung ist für verschiedene Abwandlungen und alternative Ausgestaltungen geeignet. Ihr spezifisches Ausführungsbeispiel, das exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt ist, wird hier im Detail beschrieben. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist so gewählt und beschrieben, dass Fachleute die Prinzipien und Praktiken der vorliegenden Offenbarung schätzen und verstehen können. Man sollte jedoch verstehen, dass die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung nicht beabsichtigen, die Erfindung auf die spezielle offenbarte Form zu beschränken, sondern im Gegenteil soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen, die der Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, umfasst.The invention is suitable for various modifications and alternative embodiments. Her specific embodiment, which is illustrated by way of example in the drawings, will be described in detail here. The embodiment of the present disclosure is chosen and described so that those skilled in the art can appreciate and understand the principles and practices of the present disclosure. It should be understood, however, that the drawings and detailed description are not intended to limit the invention to the particular form disclosed, but on the contrary, the invention is intended to embrace all modifications, equivalents, and alternatives which the spirit and scope of the present invention, as well is defined in the appended claims.

Wenn nachstehend und in den Zeichnungen auf eine rotierende elektrische Maschine oder einen Rotor gemäß der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen wird, sind deren strukturelle Elemente, die vorstehend diskutierten strukturellen Elemente des Standes der Technik entsprechen, mit einer entsprechenden Bezugszahl versehen, die gestrichen ist. Somit wird beispielsweise ein Ausführungsbeispiel der vorstehend diskutierten rotierenden elektrischen Maschine 20 und des Rotors 56, das gemäß der vorliegenden Offenbarung modifiziert ist, als eine rotierende elektrische Maschine 20' und Rotor 56' bezeichnet. Sich entsprechende strukturelle Elemente der Maschine 20', die in Bezug auf den vorstehend diskutierten Stand der Technik im Wesentlichen unverändert sind, werden entsprechend mit einheitlichen Bezugszahlen bezeichnet. Der magnetische Flusspfad, obwohl er bei den Maschinen 20 und 20' unterschiedlich ist, ist nicht strukturell und deshalb einheitlich mit der Bezugszahl 208 bezeichnet.When reference is made below and in the drawings to a rotary electric machine or rotor according to the present disclosure, its structural elements corresponding to the prior art structural elements discussed above are provided with a corresponding reference numeral which is deleted. Thus, for example, an embodiment of the above-discussed rotating electric machine 20 and the rotor 56 , which is modified according to the present disclosure, as a rotary electric machine 20 ' and rotor 56 ' designated. Corresponding structural elements of the machine 20 ' , which are substantially unchanged with respect to the prior art discussed above, are accordingly designated by common reference numerals. The magnetic flux path, though he is at the machines 20 and 20 ' is not structural and therefore consistent with the reference number 208 designated.

11 zeigt einen Rotor 56' gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Rotors 56' ähnelt abgesehen von der Konfiguration seiner Polfinger 100' 104' und eventuell der axialen Länge seiner Permanentmagnete 200' weitgehend einem herkömmlichen Rotor 56, der im Wesentlichen quaderförmigen Polfinger 100, 104 und prismenförmige Magnete 200 hat. 11 shows a rotor 56 ' according to the present disclosure. The illustrated embodiment of the rotor 56 ' is similar apart from the configuration of his pole fingers 100 ' 104 ' and possibly the axial length of its permanent magnets 200 ' largely a conventional rotor 56 , which is essentially cuboid pole fingers 100 . 104 and prism-shaped magnets 200 Has.

Wie vorstehend erwähnt, sind bei herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschinen 20, unabhängig davon, ob ihre Polfinger 100, 104 im Wesentlichen pyramidenförmig oder im Wesentlichen quaderförmig sind, die radial inneren Polfingerflächen 184, 192 im Wesentlichen eben oder zwischen ihren führenden und folgenden Flanken 156 und 160 mit einer nur sehr kleinen konkaven Krümmung um die zentrale Achse 60 versehen. Diese Oberflächenkrümmung ist, sofern vorhanden, in der Nähe der Polfingerbasis oder dem proximalen Ende 148 stärker ausgeprägt als in der Nähe der Polfingerspitze oder dem distalen Ende 152, was ein Vergleich der 5F5H mit den 7B7E zeigt. Diese Eigenschaft der radial inneren Polfingerflächen 184, 192 ist sowohl bei Rotoren 56, die Permanentmagnete 200 aufweisen, als auch bei denen, die dies nicht tun, weit verbreitet. Wie vorstehend erläutert, hat es den Anschein, dass die Konfigurationen bekannter Polfinger 100, 104 zwar möglicherweise in gewissem Umfang für den Einsatz in Rotoren 56, die keine Permanentmagnete 200 enthalten, optimiert worden sind, die Polfingerkonfigurationen aber im Wesentlichen unverändert übernommen werden, wenn Magnete in diese Rotoren eingesetzt werden. Mit anderen Worten, obwohl das Hinzufügen der Magnete 200 in bekannten Rotoren 56 die Leistung der Maschine 20 (die beispielsweise ein Hybridgenerator sein mag) steigern kann, sind die Polsegmente oder Finger 100, 104 dieser bekannten Maschinen, zwischen denen die hinzugefügten Permanentmagnete 200 angeordnet werden, im Wesentlichen unverändert.As mentioned above, in conventional rotary electric machines 20 regardless of whether her pole fingers 100 . 104 are substantially pyramidal or substantially cuboid, the radially inner Polfingerflächen 184 . 192 essentially flat or between their leading and trailing flanks 156 and 160 with only a very small concave curvature about the central axis 60 Mistake. This surface curvature, if present, is near the pole finger base or proximal end 148 more pronounced than in the vicinity of the Polfingerspitze or the distal end 152 what a comparison of 5F - 5H with the 7B - 7E shows. This property of the radially inner Polfingerflächen 184 . 192 is both with rotors 56 , the permanent magnets 200 and those who do not. As explained above, it appears that the configurations of known pole fingers 100 . 104 Although possibly to some extent for use in rotors 56 that are not permanent magnets 200 have been optimized, but the pole finger configurations are adopted essentially unchanged when magnets are inserted into these rotors. In other words, though adding the magnets 200 in known rotors 56 the performance of the machine 20 (which may be, for example, a hybrid generator), are the pole segments or fingers 100 . 104 of these known machines, between which the added permanent magnets 200 to be arranged, essentially unchanged.

Die vorliegende Offenbarung liefert Polstücke 44', 48' mit modifizierten Polfingerkonfigurationen, die bei Verwendung mit Permanentmagneten 200' die Leistung des Rotors 56' und seiner Maschine 20' maximieren. Wie man am besten in den 12 bis 16 sieht, weist der Rotor 56' der Maschine 20' im Wesentlichen identische Polstücke 44' 48' auf. Die entsprechenden Polsegmente oder Finger 100', 104' der Polstücke 44', 48' haben eine deutlich andere Form als Polfinger 100', 104' herkömmlicher Polstücke 44', 48'. Insbesondere die Ausgestaltungen der radial inneren Flächen 184', 192' der Polfinger 100', 104' unterscheiden sich signifikant von denen der entsprechenden radialen inneren Flächen 184, 182 herkömmlicher Polfinger 100, 104. Ein Vergleich der 14B14D und 5F5H und/oder 7B7E veranschaulicht diesen Unterscheid am besten, obwohl die dargestellten Polfinger 100', 104' gemäß der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen quaderförmigen Typs sind und die dargestellten Polfinger 100, 104 nach dem Stand der Technik im Wesentlichen pyramidenförmigen Typs sind. Man muss verstehen, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung auch Polfinger 100', 104' anderer Ausführungen als die dargestellten Ausführungen betreffen, beispielsweise Polfinger, die im Wesentlichen pyramidenförmig sind. Der Vergleich zeigt, dass gemäß der vorliegenden Offenbarung die entsprechenden radial inneren Flächen 184', 192' von jedem Polfinger 100', 104' in der Nähe des Bereichs der Polfingerspitze oder des distalen Polfingerendes 152' deutlich konkav ausgebildet sind, was Flussableitungen von der Spitze oder dem distalen Ende 152' eines ersten Polfingers oder Segments 100' oder 104' zur Basis oder dem proximalen Ende 148' eines in Umfangsrichtung angrenzenden zweiten Polfingers oder Segments 100', 104' im Bereich des Rotors 56' minimiert, wo die erste Polsegmentspitze 152' die zweite Polsegmentbasis 148' überlappt. Die radial inneren Flächen 184, 192 herkömmlicher Polfinger 100, 104 sind im Wesentlichen ebene Flächen, wobei eventuell vorhandene kleine Innenwölbungen vernachlässigbar sind und lediglich dem Durchmesser des Rotors 56 entsprechen. Im Vergleich dazu ist jede Innenwölbung, die durch die radial einwärts offene Aushöhlung 220 definiert ist, welche in den radial inneren Flächen 184', 192' angeordnet ist, wesentlich größer. Wie dargestellt, ist die Aushöhlung 220 durch einen im Wesentlichen dreieckigen pyramidenförmigen Hohlraum definiert, der in dem distalen Ende 152' der Polfinger 100' 104' geformt ist. Die Basis dieses dreieckigen Hohlraums kann als bei der Polfingerspitze 152' angeordnet angesehen werden. Sein Scheitelpunkt, das Ende der Aushöhlung 220, kann als an einer Stelle 224 angeordnet angesehen werden, die axial zwischen den proximalen und distalen Enden 148', 152' der Polfinger liegt, wie man am besten in 12A, 14A und 16 sieht.The present disclosure provides pole pieces 44 ' . 48 ' with modified Polfingerkonfigurationen when using with permanent magnets 200 ' the power of the rotor 56 ' and his machine 20 ' maximize. How to best in the 12 to 16 sees, the rotor points 56 ' the machine 20 ' essentially identical pole pieces 44 ' 48 ' on. The corresponding pole segments or fingers 100 ' . 104 ' the pole pieces 44 ' . 48 ' have a clear other form than Polfinger 100 ' . 104 ' conventional pole pieces 44 ' . 48 ' , In particular, the embodiments of the radially inner surfaces 184 ' . 192 ' the Polfinger 100 ' . 104 ' differ significantly from those of the corresponding radial inner surfaces 184 . 182 conventional pole fingers 100 . 104 , A comparison of 14B - 14D and 5F - 5H and or 7B - 7E illustrates this distinction best, although the Polfinger shown 100 ' . 104 ' According to the present disclosure are substantially cuboidal type and the illustrated Polfinger 100 . 104 are of the prior art substantially pyramidal type. It must be understood that the teachings of the present disclosure also Polfinger 100 ' . 104 ' other embodiments than the illustrated embodiments relate, for example, Polfinger, which are substantially pyramidal. The comparison shows that according to the present disclosure, the corresponding radially inner surfaces 184 ' . 192 ' from every Polfinger 100 ' . 104 ' near the area of the pole finger tip or the distal pole finger end 152 ' are clearly concave, resulting in flow discharges from the tip or the distal end 152 ' a first pole finger or segment 100 ' or 104 ' to the base or the proximal end 148 ' a circumferentially adjacent second pole finger or segment 100 ' . 104 ' in the area of the rotor 56 ' minimized where the first pole segment tip 152 ' the second pole segment base 148 ' overlaps. The radially inner surfaces 184 . 192 conventional pole fingers 100 . 104 are essentially flat surfaces, wherein any small internal cambers are negligible and only the diameter of the rotor 56 correspond. In comparison, every inside arch is defined by the radially inward open cavity 220 is defined, which in the radially inner surfaces 184 ' . 192 ' is arranged, much larger. As shown, the excavation is 220 defined by a substantially triangular pyramidal cavity formed in the distal end 152 ' the Polfinger 100 ' 104 ' is shaped. The base of this triangular cavity can be as at the Polfingerspitze 152 ' be viewed arranged. Its vertex, the end of the excavation 220 , as in one place 224 can be viewed arranged axially between the proximal and distal ends 148 ' . 152 ' the Polfinger lies, as best in 12A . 14A and 16 sees.

Zudem kann jeder Polfinger oder Segment 100', 104' auch seine volle radiale Dicke oder Tiefe zwischen der radial äußeren Fläche 180, 188 und der radial inneren Fläche 184', 192' entlang den führenden und folgenden Flanken 156, 160 haben, wobei jeweils die entsprechende Umfangsseite 216 der Magnete 200' zur Gänze an einer entsprechenden führenden oder folgenden Flankenfläche 164', 168', 172', 176' anliegen kann. Die Möglichkeit, beidseitig die volle Fläche jeder magnetischen Polseite 216N, 216S und ihre zugehörige, mit ihr zusammenwirkende führende oder folgende Polfingerflankenfläche 164', 168', 172', 176' zu koppeln, erleichtert die volle Ausnutzung der magnetischen Flusserzeugung. Insbesondere sind die führenden oder folgenden Flankenflächen 164', 168', 172', 176' im Wesentlichen eben und haben konstante radiale Tiefe oder Dicke über die axiale volle Länge des Polfingers 100', 104', d. h. in ihrer vollen Länge in einer Oberflächenlinie 196 parallelen Richtung. Obwohl das Ausführungsbeispiel der verbesserten Polfingergeometrie mit einer im Wesentlichen quaderförmigen Begrenzungsfläche dargestellt ist, die einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt hat, dargestellt ist, muss man verstehen, dass sich die Lehren der vorliegenden Offenbarung ebenso gut auf herkömmliche, im Wesentlichen pyramidenförmige Generatorklauenpolsegmente oder Klauenpolfinger bezieht. Die Lehren der vorliegenden Offenbarung betreffen ebenso gut bürstenlose Generatoren wie Generatoren mit Bürsten.In addition, every Polfinger or segment 100 ' . 104 ' also its full radial thickness or depth between the radially outer surface 180 . 188 and the radially inner surface 184 ' . 192 ' along the leading and following flanks 156 . 160 have, where in each case the corresponding peripheral side 216 the magnets 200 ' entirely on a corresponding leading or trailing edge surface 164 ' . 168 ' . 172 ' . 176 ' can be present. The possibility of both sides the full area of each magnetic pole side 216N . 216S and its associated, cooperating leading or following Polfinger flank surface 164 ' . 168 ' . 172 ' . 176 ' Coupling facilitates the full utilization of magnetic flux generation. In particular, the leading or following flank surfaces 164 ' . 168 ' . 172 ' . 176 ' substantially planar and have constant radial depth or thickness over the axial full length of the pole finger 100 ' . 104 ' ie in its full length in a surface line 196 parallel direction. Although the embodiment of the improved pole finger geometry is illustrated as having a substantially cuboidal boundary surface having a substantially square cross section, it is to be understood that the teachings of the present disclosure equally well refer to conventional, substantially pyramidal generator claw pole segments or claw pole fingers. The teachings of the present disclosure as well relate to brushless generators as brushed generators.

Wie die 17 und 18 zeigen, besteht ein Vorteil der Polfingergeometrie der Maschine 20' gegenüber einer herkömmliche Maschine 20 darin, dass für eine gegebene magnetisch aktive Achsenlänge (L1 = L1) des Rotors 56, 56' die magnetische Nutzung eines wesentlich längeren Permanentmagneten 200' (L3 >> L2) in dem Rotor 56' ermöglicht wird, was nützlicher Weise eine größere axiale Blechstapellänge des Stators ermöglicht (L5 > L4). Dies erhöht wesentlich die Leistung der elektrischen Maschine 20' im Vergleich zu der Maschine 20, indem in der Maschine 20' ein viel höherer Grad der Flusskopplung zwischen dem Stator 52' und dem Rotor 56' für eine gegebene axiale Stapellänge des Rotors (L1 = L1) und/oder eine gegebene axiale Blechstapellänge des Stators (L4 = L5) erzeugt wird.As the 17 and 18 show an advantage of the Polfingergeometrie the machine 20 ' compared to a conventional machine 20 in that for a given magnetically active axis length (L1 = L1) of the rotor 56 . 56 ' the magnetic use of a much longer permanent magnet 200 ' (L3 >> L2) in the rotor 56 ' which allows, in a practical way, a larger axial stacking length of the stator (L5> L4). This significantly increases the performance of the electric machine 20 ' compared to the machine 20 by putting in the machine 20 ' a much higher degree of flux coupling between the stator 52 ' and the rotor 56 ' for a given axial staple length of the rotor (L1 = L1) and / or a given axial plate stack length of the stator (L4 = L5) is generated.

Ein zweiter Vorteil der Polfingergeometrie der Maschine 20' gegenüber der Maschine 20 ist, dass durch die Aushöhlung 220 in der radial inneren Fläche 184', 192' des Polfingers 100', 104' ein natürlicher Luftdurchgang gebildet wird, der einen vergleichsweise größeren axialen Luftstrom durch die Rotorbaugruppe 56' für eine vergleichsweise verbesserte Kühlung ermöglicht.A second advantage of the Polfinger geometry of the machine 20 ' opposite the machine 20 is that through the excavation 220 in the radially inner surface 184 ' . 192 ' of the pole finger 100 ' . 104 ' a natural air passage is formed, which has a comparatively larger axial air flow through the rotor assembly 56 ' for a comparatively improved cooling.

Wie vorstehend erwähnt, wurde die Polfingergeometrie gemäß der vorliegenden Offenbarung durch Einsatz von dreidimensionaler Finite Elemente Analyse (3D FEA) magnetischer Modellierung und umfangreichen Entwicklungsarbeiten gefunden. Derzeitige Generatorprototypen gemäß der vorliegenden Erfindung (d. h. Prototypen der Maschinen 20') haben gemessene Ausgangsstromwerte ergeben, die 200% dessen betragen, was herkömmliche Klauenpolgeneratoren vergleichbarer Größe ohne Magnete liefern. Diese Leistungsverbesserung, wie mit vorhandenen 14 Voltgeneratoren im Betrieb bei 25°C gezeigt, ist in 19 dargestellt. In 19 gibt die Kurve 228 die Leistung eines Prototyps eines Hybridgenerators 20' gemäß der vorliegenden Offenbarung an, der im Wesentlichen quaderförmige Klauenpolfinger hat. Die Kurve 232 gibt die Leistung eines serienmäßigen Nicht-Hybridgenerators 20 (ohne Permanentmagnete des Rotors) nach dem Stand der Technik an, der im Wesentlichen pyramidenförmige Klauenpolfinger hat.As mentioned above, the pole finger geometry according to the present disclosure has been found through the use of three-dimensional finite element analysis (3D FEA) magnetic modeling and extensive development work. Current generator prototypes according to the present invention (ie prototypes of the machines 20 ' ) have yielded measured output current values that are 200% of what conventional claw pole generators of comparable size provide without magnets. This performance improvement, as with existing 14 volt generators in operation at 25 ° C shown is in 19 shown. In 19 gives the curve 228 the performance of a prototype hybrid generator 20 ' according to the present disclosure having substantially parallelepiped claw-pole fingers. The curve 232 gives the performance of a standard non-hybrid generator 20 (without permanent magnets of the rotor) according to the prior art, which has substantially pyramid-shaped claw pole fingers.

Das Folgende ist eine Liste bevorzugter Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden Offenbarung:

  • 1. Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, der Rotor enthaltend: ein erstes Polstück und ein zweites Polstück, die jeweils eine entsprechende magnetische Nabe haben, die zur Rotation um eine Achse angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Polstücknaben in einen Abstand entlang der Achse angeordnet sind, eine Vielzahl von magnetischen ersten Polfinger und eine Vielzahl von magnetischen zweiten Polfingern, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind und sich zwischen der ersten und der zweiten Polstücknabe erstrecken, wobei jeder Polfinger ein proximales Ende und ein axial gegenüberliegendes distales Ende hat, die proximalen Enden der ersten und zweiten Polfinger mit der ersten bzw. der zweiten Polstücknabe verbunden sind, die ersten und zweiten Polfinger in Umfangsrichtung alternierend um die Achse angeordnet sind, jeder Polfinger eine entsprechende radial innere Fläche hat, die eine Aushöhlung definiert, welche sich axial von dem distalen Ende zu einem Ende der Aushöhlung erstreckt, und bezüglich jedes Polfingers der radiale Abstand zwischen der Achse und der radial inneren Fläche an einer entsprechenden axiale Stelle zwischen dem distalen Ende und dem Ende der Aushöhlung innerhalb der Aushöhlung wesentlich größer als außerhalb der Aushöhlung ist.
  • 2. Der Rotor der bevorzugten Ausgestaltung 1, wobei das Ende der Aushöhlung bei jedem Polfinger zwischen dem proximalen und dem distalen Ende angeordnet ist.
  • 3. Der Rotor der bevorzugten Ausgestaltung 1 oder 2, wobei bei jedem Polfinger der radiale Abstand zwischen der Achse und der radial inneren Fläche innerhalb der Aushöhlung an einer ersten axialen Stelle, die zwischen dem distalen Ende und dem Ende der Aushöhlung liegt, größer ist als an einer zweiten axialen Stelle, die zwischen der ersten axialen Stelle und dem Ende der Aushöhlung ist.
  • 4. Der Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei jeder Polfinger sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken hat und die dazugehörende Aushöhlung zwischen den führenden und folgenden Flanken angeordnet ist.
  • 5. Der Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei bei jedem Polfinger die Aushöhlung eine Breite hat, die sich in einer Richtung senkrecht zu der Achse ändert, und die Breite an einer ersten axialen Stelle, die zwischen dem distalen Ende und dem Ende der Aushöhlung liegt, größer ist als die Breite an einer zweiten axialen Stelle, die zwischen der ersten axialen Stelle und dem Ende der Aushöhlung ist.
  • 6. Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei bei jedem Polfinger die Aushöhlung eine im Wesentlichen dreieckige Form in einer imaginären Ebene hat, die senkrecht zu der Achse ist.
  • 7. Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei bei jedem Polfinger die Aushöhlung eine im Wesentlichen dreieckige Form in einer imaginären Ebene hat, die parallel zu der Achse ist.
  • 8. Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei das Ende der Aushöhlung jedes Polfingers einen Scheitelpunkt der Aushöhlung definiert.
  • 9. Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei bei jedem Finger an dem dazugehörenden Ende der Aushöhlung und dem distalen Ende die radial innere Fläche an Stellen außerhalb der Aushöhlung von der Achse radial gleichen Abstand hat.
  • 10. Rotor einer der bevorzugten Ausgestaltungen 1 bis 3, wobei jeder Polfinger eine radial äußere Fläche definiert, der einzelne Polfinger eine radiale Dicke zwischen der radial inneren Fläche und der radial äußeren Fläche hat, und die radiale Dicke an einer ersten Stelle außerhalb der Aushöhlung größer als an einer zweiten Stelle innerhalb der Aushöhlung ist.
  • 11. Rotor der bevorzugten Ausgestaltung 10, wobei jeder Polfinger sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken hat, und die erste Stelle in Umfangsrichtung zwischen der Aushöhlung und entweder der führenden oder der folgenden Flanke des entsprechenden Polfingers ist.
  • 12. Rotor der bevorzugten Ausgestaltung 10 oder 11, wobei die erste Stelle zwischen dem proximalen Ende und dem Ende der Aushöhlung des entsprechenden Polfingers ist.
  • 13. Rotor einer der bevorzugten Ausgestaltungen, wobei jeder Polfinger sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken hat, die entsprechende radial innere Fläche sich in Umfangsrichtung zwischen den führenden und folgenden Flanken erstreckt, und die führenden und folgenden Flanken im Wesentlichen parallel zur Achse sind.
  • 14. Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei magnetisch die ersten Polfinger N Polfinger und die zweiten Polfinger S Polfinger sind, wobei der Rotor zudem wenigstens einen Magneten enthält, der zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Paaren von N und S Polfingern angeordnet ist, der Magnet sich gegenüberliegende N und S Polseiten hat, die magnetische N Polseite an den N Polfinger ankoppelt und die magnetische S Polseite an den S Polfinger ankoppelt.
  • 15. Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, wobei jeder Polfinger sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flankenflächen hat und die jeweilige radial innere Fläche sich in Umfangsrichtung zwischen den führenden und folgenden Flankenfläche erstreckt, und der Rotor zudem wenigstens einen Magneten enthält, der zwischen den koppelnden führenden und folgenden Flankenflächen eines Paares von in Umfangsrichtung benachbarten ersten und zweiten Polfingern angeordnet ist und magnetisch entgegengesetzte Polseitenfläche aufweist, wobei jede magnetisch entgegengesetzte Polseitenfläche entweder an der führenden oder der folgenden Polfingerflankenfläche im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des entsprechenden Polfingers zwischen dessen proximalen und distalen Ende anliegt.
  • 16. Rotor einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, zusätzlich enthaltend eine Erregerspule, die um die Achse herum zwischen der ersten und der zweiten Polstücknabe angeordnet ist, wobei N und S magnetische Polaritätsbenennungen der ersten und der zweiten Polstücknabe selektiv durch eine gewählte Stromflussrichtung in der Erregerspule bestimmt sind.
  • 17. Rotierende elektrische Maschine mit: einem Rotor nach einer der vorstehenden bevorzugten Ausgestaltungen, einem Stator, der den Rotor umgibt, und einem Gehäuse, das mit dem Stator verbunden ist, wobei der Rotor von dem Gehäuse zur Rotation relativ zu dem Stator gestützt wird.
  • 18. Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, mit: einem Paar magnetischer erster und zweiter Polstücke, die jeweils eine Nabe aufweisen, wobei die erste und zweite Polstücknabe in einem Abstand voneinander entlang einer Achse angeordnet sind und erste bzw. zweite Vielzahlen von Polfingern aufweisen, jede der ersten und der zweiten Vielzahlen der Polfinger in einem Abstand voneinander um die Achse herum verteilt sind, um eine im Wesentlichen zylindrische äußere Rotorfläche zu definieren, jeder Polfinger eine Basis aufweist, die an seiner ersten bzw. zweiten Polstücknabe angebracht ist und sich in Richtung zu der jeweils anderen Polstücknabe hin erstreckt, jeder Polfinger der ersten oder der zweiten Vielzahl von Polfingern in einer Spitze endet, die in der Nähe der Basen eines Paares von Polfingern der jeweils anderen Vielzahl der ersten und zweiten Polfingervielzahl angeordnet ist, wobei jede Polfingerspitze mit einer radial einwärts offenen Aushöhlung versehen ist, die eine Länge hat, welche sich axial einwärts von der Spitze in einer Richtung hin zu der Basis des zugehörigen Polfingers bis zu einem Ende der Aushöhlung erstreckt, und die Aushöhlung eine Breite, die sich zwischen gegenüberliegenden Flanken des entsprechenden Polfingers in einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse ist, und eine Tiefe, die sich im Wesentlichen radial in den entsprechenden Polfinger hinein erstreckt, hat, wobei zumindest eine dieser beiden Aushöhlungsabmessungen, nämlich Breite und/oder Tiefe, entlang der Aushöhlungslänge in der Richtung axial einwärts abnimmt.
  • 19. Rotor der bevorzugten Ausgestaltung 18, wobei magnetisch die ersten Polfinger N Polfinger und die zweiten Polfinger S Polfinger sind, und wobei der Rotor zudem wenigstens einen Magneten enthält, der zwischen einem in Umfangsrichtung benachbarten Paar von N und S Polfingern angeordnet ist, der Magnet gegenüberliegende N und S Polseiten aufweist, die magnetische N Polseite an den N Polfinger gekoppelt ist und die magnetische S Polseite an den S Polfinger gekoppelt ist.
  • 20. Rotierende elektrische Maschine mit dem Rotor der bevorzugten Ausgestaltung 18 oder 19, einem den Rotor umgebenden Stator, und einem mit dem Stator verbundenen Gehäuse, wobei der Rotor von dem Gehäuse zur Rotation relativ zu dem Stator gestützt wird.
The following is a list of preferred embodiments according to the present disclosure:
  • A rotor for a rotary electric machine, the rotor comprising: a first pole piece and a second pole piece each having a respective magnetic hub arranged for rotation about an axis, the first and second pole piece hubs being spaced along the axis a plurality of magnetic first pole fingers and a plurality of magnetic second pole fingers spaced apart and extending between the first and second pole piece bosses, each pole finger having a proximal end and an axially opposite distal end proximal ends of the first and second pole fingers are connected to the first and second pole piece hub respectively, the first and second pole fingers are circumferentially arranged alternately about the axis, each pole finger has a corresponding radially inner surface defining a cavity extending axially from the distal end to one end of the Hollow extends, and with respect to each Polfingers the radial distance between the axis and the radially inner surface at a corresponding axial location between the distal end and the end of the cavity within the cavity is substantially greater than outside the cavity.
  • 2. The rotor of Preferred Embodiment 1, wherein the end of the cavity in each pole finger is disposed between the proximal and distal ends.
  • 3. The rotor of Preferred Embodiment 1 or 2, wherein in each pole finger, the radial distance between the axis and the radially inner surface within the cavity is greater at a first axial location located between the distal end and the end of the cavity at a second axial location that is between the first axial location and the end of the cavity.
  • 4. The rotor of any of the foregoing preferred embodiments, wherein each pole finger has circumferentially opposed leading and trailing edges, and the associated cavity is located between the leading and trailing edges.
  • 5. The rotor of any one of the above preferred embodiments, wherein in each pole finger the cavity has a width that varies in a direction perpendicular to the axis and the width at a first axial location between the distal end and the end of the cavity is greater than the width at a second axial location that is between the first axial location and the end of the cavity.
  • A rotor of any one of the above preferred embodiments, wherein in each pole finger the cavity has a substantially triangular shape in an imaginary plane which is perpendicular to the axis.
  • A rotor of any one of the foregoing preferred embodiments, wherein in each pole finger the cavity has a substantially triangular shape in an imaginary plane parallel to the axis.
  • A rotor of any of the foregoing preferred embodiments, wherein the end of the cavity of each pole finger defines a vertex of the cavity.
  • A rotor of any of the foregoing preferred embodiments, wherein each finger at the mating end of the cavity and the distal end has the radially inner surface at locations outwardly of the cavity radially equidistant from the axis.
  • 10. A rotor of one of the preferred embodiments 1 to 3, wherein each pole finger defines a radially outer surface, the individual pole fingers have a radial thickness between the radially inner surface and the radially outer surface, and the radial thickness at a first location outside the cavity is larger as being at a second location within the excavation.
  • 11. A rotor of preferred embodiment 10, wherein each pole finger has circumferentially opposed leading and trailing flanks, and is the first circumferential location between the cavity and either the leading or trailing edge of the corresponding pole finger.
  • 12. Rotor of the preferred embodiment 10 or 11, wherein the first location between the proximal end and the end of the cavity of the corresponding Polfingers is.
  • A rotor of one of the preferred embodiments, wherein each pole finger has circumferentially opposed leading and trailing flanks, the respective radially inner surface extending circumferentially between the leading and trailing flanks, and the leading and trailing flanks being substantially parallel to the axis.
  • 14. Rotor of one of the above preferred embodiments, wherein magnetically, the first pole fingers N Polfinger and the second Polfinger S Polfinger, wherein the rotor also at least a magnet disposed between two circumferentially adjacent pairs of N and S pole fingers, the magnet having opposite N and S pole sides, coupling the magnetic N pole side to the N pole finger, and coupling the magnetic pole side to the S pole finger.
  • A rotor of any of the foregoing preferred embodiments, wherein each pole finger has circumferentially opposed leading and trailing flank surfaces and the respective radially inner surface extends circumferentially between the leading and trailing flank surfaces, and the rotor further includes at least one magnet interposed between the two coupling and leading edge surfaces of a pair of circumferentially adjacent first and second pole fingers and having magnetically opposite pole side surfaces, each magnetically opposite pole side surface on either the leading or following pole finger edge surface substantially along the entire length of the corresponding pole finger between the proximal and distal thereof End is present.
  • 16. A rotor of any of the foregoing preferred embodiments, further including an exciter coil disposed about the axis between the first and second pole piece bosses, wherein N and S selectively determine magnetic polarity designations of the first and second pole piece bosses through a selected current flow direction in the excitation coil are.
  • 17. A rotary electric machine comprising: a rotor according to one of the preceding preferred embodiments, a stator surrounding the rotor and a housing connected to the stator, the rotor being supported by the housing for rotation relative to the stator.
  • 18. A rotor for a rotary electric machine, comprising: a pair of magnetic first and second pole pieces each having a hub, the first and second pole piece bosses being spaced apart along an axis and having first and second pluralities of pole fingers, respectively; each of the first and second pluralities of pole fingers are spaced apart around the axis to define a substantially cylindrical outer rotor surface, each pole finger having a base mounted on its first and second pole piece hubs and extending in the direction extending to the respective other pole piece hub, each pole finger of the first or the second plurality of Polfingern terminates in a tip, which is arranged in the vicinity of the bases of a pair of Polfingern the respective other plurality of the first and second Polfingervielzahl, each Polfingerspitze with a is provided radially inwardly open cavity, di e has a length which extends axially inwardly from the tip in a direction toward the base of the associated pole finger to an end of the cavity, and the cavity has a width extending between opposite flanks of the corresponding pole finger in a direction is substantially perpendicular to the axis, and has a depth that extends substantially radially into the corresponding pole finger, with at least one of these two cavity dimensions, namely width and / or depth, decreasing axially inwardly along the cavity length in the direction.
  • 19. Rotor of the preferred embodiment 18, wherein magnetically the first pole fingers N are Polfinger and the second pole fingers are S Polfinger, and wherein the rotor further comprises at least one magnet disposed between a circumferentially adjacent pair of N and S pole fingers, the magnet opposing N and S pole sides, the magnetic N pole side is coupled to the N Polfinger and the magnetic S Polseite is coupled to the S Polfinger.
  • 20. A rotary electric machine with the rotor of the preferred embodiment 18 or 19, a stator surrounding the rotor, and a stator connected to the housing, wherein the rotor is supported by the housing for rotation relative to the stator.

Obwohl vorstehend Ausgestaltungen offenbart wurden, ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausgestaltungen beschränkt. Stattdessen soll die Anmeldung beliebige Variationen, Anwendungen oder Modifikationen der vorliegenden Offenbarung nach deren allgemeinen Prinzipien abdecken. Zudem soll die Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, die in der bekannten oder üblichen Praxis des Fachgebiets vorkommen, auf welche sich die Erfindung bezieht, und die im Umfang der beigefügten Patentansprüche liegen. Obwohl also die offenbarte rotierende elektrische Maschine ein Generator mit Bürsten ist, muss man verstehen, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung auch mit Rotoren von elektrischen Maschinen anderen Typs eingesetzt werden können, beispielsweise Elektromotoren oder bürstenlosen Generatoren mit Rotoren, die Permanentmagnete enthalten.While embodiments have been disclosed above, the invention is not limited to the disclosed embodiments. Instead, the application is intended to cover any variations, applications, or modifications of the present disclosure in accordance with the general principles thereof. In addition, the application is intended to cover such deviations from the present disclosure which appear in the well-known or ordinary practice of the art to which the invention pertains and which are within the scope of the appended claims. Thus, although the disclosed rotary electric machine is a brushed generator, it is to be understood that the teachings of the present disclosure may be practiced with rotors of other types of electric machines, such as electric motors or brushless generators with rotors containing permanent magnets.

Für eine weitere Diskussion der Art des Gebrauchs und Einsatzes der Erfindung soll selbiges aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein. In Bezug auf die vorstehende Beschreibung ist dabei zu realisieren, dass die optimalen maßstäblichen Beziehungen für die Teile der Erfindung einschließlich Variationen hinsichtlich Größe, Materialien, Gestalt, Form, Funktion und Betriebsart, Zusammenbau und Gebrauch für Fachleute unmittelbar ersichtlich und naheliegend sind und alle äquivalenten Beziehungen, in Bezug auf die Darstellungen in den Zeichnungen und die Beschreibung von der vorliegenden Erfindung befasst sein sollen.For a further discussion of the nature of the use and operation of the invention, the same should be apparent from the foregoing description. With regard to the above description to realize that the optimal scale relationships for the parts of the invention, including variations in size, materials, shape, shape, function and mode of operation, assembly and use, will be readily apparent and obvious to those skilled in the art, and all equivalent relationships, with respect to the illustrations in FIG The drawings and the description of the present invention should be considered.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (20)

Rotor (56') für eine rotierende elektrische Maschine (20'), wobei der Rotor (56') aufweist: ein erstes Polstück (44') und ein zweites Polstück (48'), die jeweils eine magnetische Nabe (92, 96) aufweisen, die zur Rotation um eine Achse (60) angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Polstücknaben (44', 48') in einem Abstand voneinander entlang der Achse (60) angeordnet sind; mehrere magnetische erste Polfinger (100') und mehrere magnetische zweite Polfinger (104'), die in einem Abstand voneinander angeordnet sind und sich zwischen der ersten und der zweiten Polstücknabe (92, 96) erstrecken, wobei jeder Polfinger (100', 104') ein proximales Ende (148') und ein axial entgegengesetztes distales Ende (152') aufweist, die proximalen Enden (148') der ersten und zweiten Polfinger mit der ersten bzw. der zweiten Polstücknabe (92, 96) verbunden sind, die ersten und zweiten Polfinger (100', 104') in Umfangsrichtung alternierend um die Achse (60) angeordnet sind, jeder Polfinger (100', 104') eine entsprechende radial innere Fläche (184', 192') aufweist, die eine Aushöhlung (220) definiert, die sich axial von dem distalen Ende (152') zu einem Ende der Aushöhlung (224) erstreckt, und bei jedem Polfinger (100', 104') an einer zugehörigen axialen Stelle zwischen dem distalen Ende (152') und dem Ende der Aushöhlung (224) der radiale Abstand zwischen der Achse (60) und der radial inneren Fläche (184', 192') in der Aushöhlung (220) wesentlich größer ist als außerhalb der Aushöhlung (220).Rotor ( 56 ' ) for a rotating electrical machine ( 20 ' ), wherein the rotor ( 56 ' ): a first pole piece ( 44 ' ) and a second pole piece ( 48 ' ), each one magnetic hub ( 92 . 96 ) for rotation about an axis ( 60 ), the first and second pole piece hubs ( 44 ' . 48 ' ) at a distance from each other along the axis ( 60 ) are arranged; several magnetic first pole fingers ( 100 ' ) and a plurality of magnetic second pole fingers ( 104 ' ), which are spaced apart from each other and between the first and the second pole piece hub ( 92 . 96 ), each Polfinger ( 100 ' . 104 ' ) a proximal end ( 148 ' ) and an axially opposite distal end ( 152 ' ), the proximal ends ( 148 ' ) of the first and second pole fingers with the first and the second pole piece hub ( 92 . 96 ), the first and second pole fingers ( 100 ' . 104 ' ) in the circumferential direction alternately about the axis ( 60 ) are arranged, each Polfinger ( 100 ' . 104 ' ) has a corresponding radially inner surface ( 184 ' . 192 ' ) having a cavity ( 220 ) defined axially from the distal end ( 152 ' ) to an end of the excavation ( 224 ), and at each Polfinger ( 100 ' . 104 ' ) at an associated axial location between the distal end ( 152 ' ) and the end of the excavation ( 224 ) the radial distance between the axis ( 60 ) and the radially inner surface ( 184 ' . 192 ' ) in the excavation ( 220 ) is much larger than outside the cavity ( 220 ). Rotor (56') nach Anspruch 1, wobei bei jedem Polfinger (100', 104') das Ende der Aushöhlung (224) zwischen dem proximalen Ende (148') und dem distalen Ende (152') liegt.Rotor ( 56 ' ) according to claim 1, wherein at each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) the end of the excavation ( 224 ) between the proximal end ( 148 ' ) and the distal end ( 152 ' ) lies. Rotor (56') nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei jedem Polfinger (100', 104') der radiale Abstand zwischen der Achse (60) und der radial inneren Fläche (184', 192') innerhalb der Aushöhlung (220) an einer ersten axialen Stelle, die zwischen dem distalen Ende (152') und dem Ende der Aushöhlung (224) liegt, größer ist, als an einer zweiten axialen Stelle, die zwischen der ersten axialen Stelle und dem Ende der Aushöhlung (224) ist.Rotor ( 56 ' ) according to claim 1 or 2, wherein at each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) the radial distance between the axis ( 60 ) and the radially inner surface ( 184 ' . 192 ' ) within the excavation ( 220 ) at a first axial location between the distal end ( 152 ' ) and the end of the excavation ( 224 ) is greater than at a second axial location between the first axial location and the end of the cavity (FIG. 224 ). Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Polfinger (100', 104') sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken (156, 160) hat und die dazu gehörende Aushöhlung (220) zwischen den führenden und folgenden Flanken (156, 160) angeordnet ist.Rotor ( 56 ' ) according to any one of the preceding claims, wherein each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) circumferentially opposed leading and trailing edges ( 156 . 160 ) and the associated excavation ( 220 ) between the leading and trailing edges ( 156 . 160 ) is arranged. Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei jedem Polfinger (100', 104') die Aushöhlung (220) eine Breite hat, die sich in einer Richtung senkrecht zu der Achse (60) ändert, wobei die Breite an einer ersten axialen Stelle, die zwischen dem distalen Ende (152') und dem Ende der Aushöhlung (224) liegt, größer ist als die Breite an einer zweiten axialen Stelle, die zwischen der ersten axialen Stelle und dem Ende der Aushöhlung (224) ist.Rotor ( 56 ' ) according to any one of the preceding claims, wherein at each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) the excavation ( 220 ) has a width which is in a direction perpendicular to the axis ( 60 ), wherein the width at a first axial location between the distal end ( 152 ' ) and the end of the excavation ( 224 ) is greater than the width at a second axial location defined between the first axial location and the end of the cavity (FIG. 224 ). Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei jedem Polfinger (100', 104') die Aushöhlung (220) in einer imaginären Ebene senkrecht zu der Achse (60) eine im Wesentlichen dreieckige Form hat.Rotor ( 56 ' ) according to any one of the preceding claims, wherein at each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) the excavation ( 220 ) in an imaginary plane perpendicular to the axis ( 60 ) has a substantially triangular shape. Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei jedem Polfinger (100', 104') die Aushöhlung (220) in einer imaginären Ebene parallel zu der Achse (60) eine im Wesentlichen dreieckige Form hat.Rotor ( 56 ' ) according to any one of the preceding claims, wherein at each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) the excavation ( 220 ) in an imaginary plane parallel to the axis ( 60 ) has a substantially triangular shape. Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ende der Aushöhlung (224) jedes Polfingers (100', 104') einen Scheitelpunkt der Aushöhlung definiert.Rotor ( 56 ' ) according to any one of the preceding claims, wherein the end of the cavity ( 224 ) of each Polfingers ( 100 ' . 104 ' ) defines a vertex of the cavity. Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei jedem Polfinger (100', 104') an dem dazu gehörenden Ende der Aushöhlung (224) und dem distalen Ende (152') die radial inneren Flächen (184', 192') an Stellen außerhalb der Aushöhlung (220) radial gleichen Abstand zu der Achse (60) haben.Rotor ( 56 ' ) according to any one of the preceding claims, wherein at each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) at the associated end of the excavation ( 224 ) and the distal end ( 152 ' ) the radially inner surfaces ( 184 ' . 192 ' ) in places outside the excavation ( 220 ) Radially equal distance to the axis ( 60 ) to have. Rotor (56') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder Polfinger (100', 104') eine radial äußere Fläche (180, 188) definiert, der entsprechende Polfinger (100', 104') eine radiale Dicke zwischen der radial inneren Fläche (184', 192') und der radial äußeren Fläche (180, 188) hat, und die radiale Dicke an einer ersten Stelle außerhalb der Aushöhlung (220) größer als an einer zweiten Stelle innerhalb der Aushöhlung (220) ist.Rotor ( 56 ' ) according to one of claims 1 to 3, wherein each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) a radially outer surface ( 180 . 188 ), the corresponding Polfinger ( 100 ' . 104 ' ) has a radial thickness between the radially inner surface ( 184 ' . 192 ' ) and the radially outer surface ( 180 . 188 ) and the radial thickness at a first location outside the cavity (FIG. 220 ) greater than at a second location within the cavity ( 220 ). Rotor (56') nach Anspruch 10, wobei jeder Polfinger (100', 104') sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken (156, 160) hat und die erste Stelle in Umfangsrichtung zwischen der Aushöhlung (220) und entweder der führenden oder der folgenden Flanke (156, 160) des entsprechenden Polfingers (100', 104') ist.Rotor ( 56 ' ) according to claim 10, wherein each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) circumferentially opposed leading and trailing edges ( 156 . 160 ) and the first point in the circumferential direction between the cavity ( 220 ) and either the leading or the following edge ( 156 . 160 ) of the corresponding Polfingers ( 100 ' . 104 ' ). Rotor (56') nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste Stelle zwischen dem proximalen Ende (148') und dem Ende der Aushöhlung (224) des entsprechenden Polfingers (100', 104') ist.Rotor ( 56 ' ) according to claim 10 or 11, wherein the first location between the proximal end ( 148 ' ) and the end of the excavation ( 224 ) of the corresponding Polfingers ( 100 ' . 104 ' ). Rotor (56') nach einem Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder Polfinger (100', 104') sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flanken (156, 160) hat, die entsprechende radial innere Fläche (184', 192') sich in Umfangsrichtung zwischen der führenden und der folgenden Flanke (156', 160) erstreckt, und die führenden und folgenden Flanken (156, 160') im Wesentlichen parallel zur Achse (60) sind.Rotor ( 56 ' ) according to any of claims 1 to 3, wherein each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) circumferentially opposed leading and trailing edges ( 156 . 160 ) has the corresponding radially inner surface ( 184 ' . 192 ' ) in the circumferential direction between the leading edge and the following edge ( 156 ' . 160 ), and the leading and trailing edges ( 156 . 160 ' ) substantially parallel to the axis ( 60 ) are. Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei magnetisch die ersten Polfinger (100') N Polfinger sind und die zweiten Polfinger (104') S Polfinger sind, und der Rotor zudem wenigstens einen Magneten (200') enthält, der zwischen einem in Umfangsrichtung benachbarten Paar von N und S Polfingern (100', 104') angeordnet ist, der Magnet (200') gegenüberliegende N und S Polseiten (216) hat, und die magnetische N Polseite (216N) an den N-Polfinger (100') koppelt und die magnetische S Polseite (216S) an den S Polfinger (104') koppelt.Rotor ( 56 ' ) according to one of the preceding claims, wherein magnetically the first pole fingers ( 100 ' ) N are Polfinger and the second Polfinger ( 104 ' ) S Polfinger, and the rotor also at least one magnet ( 200 ' ) between a circumferentially adjacent pair of N and S pole fingers ( 100 ' . 104 ' ), the magnet ( 200 ' ) opposite N and S pole sides ( 216 ), and the magnetic N pole side ( 216N ) to the N-Polfinger ( 100 ' ) and the magnetic pole side ( 216S ) to the S Polfinger ( 104 ' ) couples. Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Polfinger (100', 104') sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende führende und folgende Flankenflächen (164', 168'; 172', 176') hat und sich die dazu gehörende radial innere Fläche (184', 192') in Umfangsrichtung zwischen den führenden und folgenden Flankenflächen (164', 168'; 172', 176') erstreckt, und wobei der Rotor zudem wenigstens einen Magnet (200') aufweist, der zwischen den koppelnden führenden und folgenden Flankenflächen (164', 168'; 172', 176') eines Paares von in Umfangsrichtung benachbarten ersten und zweiten Polfingern (100', 104') angeordnet ist und magnetisch entgegen gesetzte Polseitenflächen (216) aufweist, wobei jede magnetisch entgegen gesetzte Polseitenfläche (216) entweder an der führenden oder der folgenden Polfingerflankenfläche (164', 168'; 172', 176') im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des entsprechenden Polfingers (100', 104') zwischen dessen proximalem und distalem Ende (148', 152') anliegt.Rotor ( 56 ' ) according to any one of the preceding claims, wherein each pole finger ( 100 ' . 104 ' ) circumferentially opposed leading and trailing flank surfaces ( 164 ' . 168 '; 172 ' . 176 ' ) and the associated radially inner surface ( 184 ' . 192 ' ) in the circumferential direction between the leading and following flank surfaces ( 164 ' . 168 '; 172 ' . 176 ' ), and wherein the rotor further comprises at least one magnet ( 200 ' ) between the coupling leading and trailing edge surfaces ( 164 ' . 168 '; 172 ' . 176 ' ) of a pair of circumferentially adjacent first and second pole fingers (FIG. 100 ' . 104 ' ) is arranged and magnetically opposite Polseitenflächen ( 216 ), each magnetically opposite polar side surface ( 216 ) at either the leading or the following Polfinger flank surface ( 164 ' . 168 '; 172 ' . 176 ' ) substantially along the entire length of the corresponding Polfingers ( 100 ' . 104 ' ) between its proximal and distal ends ( 148 ' . 152 ' ) is present. Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, zudem enthaltend eine Erregerspule (88), die um die Achse (60) herum zwischen der ersten und der zweiten Polstücknabe (92, 96) angeordnet ist, wobei die N und S magnetischen Polbezeichnungen der ersten und der zweiten Polstücknabe (92, 96) selektiv durch eine gewählte Flussrichtung des elektrischen Stroms in der Erregerspule (88) ist.Rotor ( 56 ' ) according to one of the preceding claims, additionally comprising an exciting coil ( 88 ) around the axis ( 60 ) around between the first and the second pole piece hub ( 92 . 96 ), wherein the N and S magnetic pole denominations of the first and second pole piece hub ( 92 . 96 ) selectively by a selected flow direction of the electrical current in the exciter coil ( 88 ). Rotierende elektrische Maschine (20') mit: einem Rotor (56') nach einem der vorstehenden Ansprüche, einem Stator (52'), der den Rotor (56') umgibt, und einem Gehäuse (24), das mit dem Stator (52') verbunden ist, wobei der Rotor (56') von dem Gehäuse (24) zur Rotation relativ zu dem Stator (52') gestützt wird.Rotating electrical machine ( 20 ' ) with: a rotor ( 56 ' ) according to one of the preceding claims, a stator ( 52 ' ), the rotor ( 56 ' ) and a housing ( 24 ) connected to the stator ( 52 ' ), wherein the rotor ( 56 ' ) of the housing ( 24 ) for rotation relative to the stator ( 52 ' ). Rotor (56') für eine rotierende elektrische Maschine (20'), der Rotor (56') enthaltend: ein Paar magnetischer erster und zweiten Polstücke (44', 48'), die jeweils eine Nabe (92, 96) haben, wobei die ersten und zweiten Polstücknaben (92, 96) in einem Abstand voneinander entlang einer Achse (60) angeordnet sind und eine erste bzw. eine zweite Vielzahl Polfinger (100', 104') aufweisen, die erste und die zweite Vielzahl Polfinger (100', 104') in einem Abstand voneinander um die Achse (60) verteilt angeordnet sind, um eine im Wesentlichen zylindrische äußere Rotorfläche zu definieren, jeder Polfinger (100', 104') eine Basis (148') hat, die an der ersten bzw. der zweiten Polstücknabe (92, 96) angebracht ist und sich in Richtung zu der jeweils anderen Polstücknabe (92, 96) hin erstreckt, jeder Polfinger (100', 104') der ersten und der zweiten Vielzahl Polfinger (100', 104') in einer Spitze (192') endet, die zwischen den Basen (148') eines Paares von Polfingern (100', 104') der jeweils anderen Polfingervielzahl (100', 104') angeordnet ist, wobei jede Polfingerspitze (152') mit einer radial einwärts offenen Aushöhlung (220) versehen ist, die eine Länge hat, welche sich einer Richtung axial einwärts von der Spitze (152') hin zu der Basis (148') des entsprechenden Polfingers (100', 104') bis zu einem Ende der Aushöhlung (224) erstreckt, wobei die Aushöhlung (220) eine Breite, die sich zwischen gegenüberliegenden Flanken (156, 160) des entsprechenden Polfingers (100', 104') in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse (60) ist, erstreckt, und eine Tiefe, die sich im Wesentlichen radial in den entsprechenden Polfinger (100', 104') hinein erstreckt, hat, wobei wenigstens eine dieser beiden Abmessung der Aushöhlung, nämlich Breite und Tiefe, abnimmt entlang der Aushöhlungslänge in der Richtung axial einwärts.Rotor ( 56 ' ) for a rotating electrical machine ( 20 ' ), the rotor ( 56 ' ) comprising: a pair of magnetic first and second pole pieces ( 44 ' . 48 ' ), each one hub ( 92 . 96 ), the first and second pole piece hubs ( 92 . 96 ) at a distance from each other along an axis ( 60 ) are arranged and a first and a second plurality Polfinger ( 100 ' . 104 ' ), the first and the second plurality of pole fingers ( 100 ' . 104 ' ) at a distance from each other about the axis ( 60 ) are arranged to define a substantially cylindrical outer rotor surface, each Polfinger ( 100 ' . 104 ' ) One Base ( 148 ' ), which on the first and the second pole piece hub ( 92 . 96 ) is mounted and towards the other pole piece hub ( 92 . 96 ), each Polfinger ( 100 ' . 104 ' ) of the first and second plurality of pole fingers ( 100 ' . 104 ' ) in a tip ( 192 ' ) ending between the bases ( 148 ' ) of a pair of pole fingers ( 100 ' . 104 ' ) of the other Polfingervielzahl ( 100 ' . 104 ' ), each Polfingerspitze ( 152 ' ) with a radially inwardly open cavity ( 220 ), which has a length which is in a direction axially inwardly of the tip ( 152 ' ) to the base ( 148 ' ) of the corresponding Polfingers ( 100 ' . 104 ' ) to the end of the excavation ( 224 ), wherein the cavity ( 220 ) a width extending between opposite flanks ( 156 . 160 ) of the corresponding Polfingers ( 100 ' . 104 ' ) in a direction substantially perpendicular to the axis ( 60 ), and a depth that extends substantially radially into the corresponding pole finger (FIG. 100 ' . 104 ' ), wherein at least one of these two dimensions of the cavity, namely width and depth, decreases along the cavity length in the direction axially inward. Rotor (56') nach Anspruch 18, wobei die ersten Polfinger (100') magnetisch N Polfinger und die zweiten Polfinger (104') S Polfinger sind, wobei der Rotor zudem wenigstens einen Magneten (200') aufweist, der zwischen einem in Umfangsrichtung benachbarten Paar von N und S Polfingern (100', 104') angeordnet ist, der Magnet (200') gegenüberliegende N und S Polseiten (216) hat, die magnetische N Polseite (216N) an den N Polfinger (100') koppelt und die magnetische S Polseite (216S) an den S Polfinger (104') koppelt.Rotor ( 56 ' ) according to claim 18, wherein the first pole fingers ( 100 ' ) magnetically N Polfinger and the second Polfinger ( 104 ' ) S Polfinger, wherein the rotor also has at least one magnet ( 200 ' ) between a circumferentially adjacent pair of N and S pole fingers (FIG. 100 ' . 104 ' ), the magnet ( 200 ' ) opposite N and S pole sides ( 216 ), the magnetic N pole side ( 216N ) to the N Polfinger ( 100 ' ) and the magnetic pole side ( 216S ) to the S Polfinger ( 104 ' ) couples. Rotierende elektrische Maschine (20') mit: einem Rotor (56') nach Anspruch 18 oder 19, einem Stator (52'), der den Rotor (56') umgibt, und einem Gehäuse (24), das mit dem Stator (52) verbunden ist, wobei der Rotor (56') von dem Gehäuse (24) zur Rotation relativ zu dem Stator (52') gestützt ist.Rotating electrical machine ( 20 ' ) with: a rotor ( 56 ' ) according to claim 18 or 19, a stator ( 52 ' ), the rotor ( 56 ' ) and a housing ( 24 ) connected to the stator ( 52 ), wherein the rotor ( 56 ' ) of the housing ( 24 ) for rotation relative to the stator ( 52 ' ) is supported.
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