-
Die Erfindung betrifft eine elektrische
Maschine, insbesondere einen Drehstromgenerator nach der Gattung
des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Bei derartigen elektrischen Maschinen
ist es beispielsweise aus der
DE 298 11 436 U1 bekannt, den einen der beiden
Klauenpole des Leitstückläufers pilzförmig bzw.
glockenförmig
auszubilden und mit der Läuferwelle
der Maschine drehfest zu verbinden. Der zweite Klauenpol ist als
Ring ausgebildet, dessen axial vorstehende Klauenpolfinger zwischen die
Klauenpolfinger des ersten Klauenpols ragen. Dieser zweite Klauenpol
wird am ersten Klauenpol über
einen magnetisch neutralen Haltering aus Messing befestigt, welcher
an der Unterseite der Klauenpolfinger angeordnet ist. Zur Abstützung des
relativ schweren Leitstückläufers sowie
zur Aufnahme der Zugkräfte
einer Riemenscheibe am antriebsseitigen Ende der Läuferwelle
ist der Leitstückläufer an
beiden Stirnseiten des Maschinengehäuses gelagert. Die Herstellung
der beiden Klauenpole sowie die Montage des Leitstückläufers im
Maschinengehäuse ist
dabei relativ aufwendig. Insbesondere gilt dies für die Herstellung
und Anbringung des Messingringes zur Befestigung und Positionierung
der Klauenpolfinger untereinander. Dafür sind mehrere spanabhebende
Arbeitsgänge
an den Klauenpolfingern erforderlich und der als Halter dienende
Messingring muß ferner
an den Klauenpolfingern festgelötet
werden.
-
Mit der vorliegenden Lösung wird
angestrebt, die Positionierung der ineinandergreifenden Klauen des
Leitstückläufers möglichst
einfach und kostengünstig
durchzuführen.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit
den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen hat
gegenüber
dem Stand der Technik den Vorteil, daß eine spanabhebende Bearbeitung
an den beiden Klauenpolen zur Anbringung eines Halteringes nicht
mehr erforderlich ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß auch der
aufwendige und umweltschädliche
Lötvorgang
für die
Anbringung des Halteringes an den beiden Klauenpolen entfällt. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß der Leitstückläufer in
einfacher Weise zusammengebaut und montiert werden kann, indem die
beiden Klauenpole nunmehr mit Hilfe des neuen Distanzhalters einfach axial
ineinandergeschoben werden.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. So wird der Distanzhalter
in vorteilhafter Weise als mäanderförmig ausgebildeter,
geschlossener Ring zwischen den Klauenpolfingern eingesetzt, um
diese sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung zueinander
zu fixieren. Um den Distanzhalter bezüglich Stabilität und zur
Vermeidung von Strömungsgeräuschen die optimale
Gestalt geben zu können,
wird dieser in vorteilhafter Weise als temperaturfestes Kunststoffteil hergestellt.
Alternativ dazu kann der Distanzhalter aber auch als Blechkranz
aus Aluminium hergestellt werden. Um den zweiten Klauenpol zur Vermeidung von
Versetzungen in Radialrichtung auch noch zentrisch zu fixieren,
wird dieser zweckmäßigerweise nochmals
separat vom ersten Klauenpol am Maschinengehäuse gelagert. Dafür ist in
einfacher Weise ein nach innen axial vorstehender Lagerzapfen des Gehäuses vorgesehen.
In einfachster Weise nimmt dabei die vordere, antriebsseitige Stirnseite
des Gehäuses
ein Wellenlager auf und die hintere Stirnseite des Gehäuses trägt den Lagerzapfen.
Da der Polkern mit der Erregerwicklung immer innerhalb des Leitstückläufers gehäusefest
angeordnet sein muß,
wird dazu zweckmäßigerweise
der Lagerzapfen mit dem Polkern der Erregerwicklung fest verbunden.
Um magnetische Streuflüsse
des im Polkern von der Erregerwicklung zu erzeugenden Magnetfeldes
möglichst gering
zu halten, wird der Lagerzapfen vorzugsweise aus magnetisch neutralem
Material hergestellt. In einfachster Weise ist dabei der Lagerzapfen
in einer zentrischen Bohrung des Polkernes befestigt. In einer besonders
stabilen Ausführungsform
wird der Polkern zusätzlich
an seinem antriebsseitigen Ende über
einen weiteren Lagerzapfen in einem hohlzylindrischen Abschnitt
der Läuferwelle
gelagert. In einfachster Weise ist dabei der Polkern mit einer zentrischen
Bohrung auf dem mittleren Abschnitt eines Bolzens aus magnetisch
neutralem Material befestigt, dessen Endabschnitte die beiden Lagerzapfen bilden.
Für eine
kompakte Bauform ist es dabei zweckmäßig, daß das Lager des zweiten Klauenpoles
in einer zentrischen Bohrung seines topfförmigen Bodens eingesetzt ist.
Um den Magnetfluß des
Polkernes vom Lager des zweiten Klauenpoles möglichst fernzuhalten, ist es
zweckmäßig, daß dieses Lager
im Bereich der hinteren Stirnseite des Gehäuses in einem nach außen gerichteten
Kragen des zweiten Klauenpoles eingesetzt ist. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn zusätzlich
das Lager über
einen Einpaßring
aus magnetisch neutralem Material an dem zweiten Klauenpol befestigt
ist. Zweckmäßigerweise erfolgt
die Lagerung des Leitstückläufers über Kugel-,
Rollen- und/oder Nadellager.
-
Zeichnung
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand
der Figuren beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
-
1 den
schematischen Aufbau eines Drehstromgenerators mit dem Klauenpol-Leitstückläufer im
Längsschnitt
als erstes Ausführungsbeispiel,
-
2 den
hinteren Abschnitt der Maschine mit einer alternativen Lagerung
als zweites Ausführungsbeispiel,
-
3 den
Längsschnitt
durch einen Drehstromgenerator als drittes Ausführungsbeispiel und
-
4 den
Klauenpol-Leitstückläufer aus 3 in raumbildlicher Darstellung.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
In 1 ist
ein Drehstromgenerator zur Versorgung eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes
im Längsschnitt
dargestellt und mit 10 bezeichnet. Am Innenumfang seines mehrteiligen
Gehäuses 11 ist
ein Stator 12 befestigt, dessen Blechpaket 13 eine
Drehstromwicklung 14 aufnimmt. Innerhalb des hohlzylindrischen
Blechpaketes ist ein Klauenpol-Leitstückläufer 15 angeordnet,
der zwei Klauenpole 16, 17 mit axial ineinandergreifenden
Klauenpolfingern 18 hat. Der erste Klauenpol 16 ist
topfförmig
ausgebildet und mit seinem Boden 19 am inneren Ende einer
Läuferwelle 20 befestigt.
Die Läuferwelle 20 ist
mittels eines Kugellagers 21 am vorderen Lagerflansch 11a des Gehäuses 11 aufgenommen.
Die beiden Klauenpole 16, 17 wirken einerseits über einen
konzentrischen Luftspalt 22 mit dem Stator 12 zusammen;
und andererseits fassen sie einen gehäusefesten Polkern 23 mit
einer Erregerwicklung 24 ein.
-
Die ineinandergreifenden Klauenpolfinger 18 der
beiden Klauenpole 16 und 17 sind über einen
magnetisch neutralen Distanzhalter 25 miteinander verbunden.
Der Distanzhalter ist dabei als mäanderförmig ausgebildeter, geschlossener Ring
zwischen den Klauenpolfingern 18 eingesetzt, um diese in
Umfangs- und Axialrichtung zueinander zu fixieren. Der Distanzhalter 25 wirkt
als formschlüssige
Kupplung zwischen den Klauenpolen 16 und 17. Über den
Distanzhalter 25 wird der Klauenpol 17 bzw. der
Leitstückläufer 15 durch
den Klauenpol 16 angetrieben bzw. geschleppt. Der Distanzhalter 25 ist
dabei aus temperaturbeständigem
Kunststoff hergestellt. Der zweite Klauenpol 17 ist separat
vom ersten Klauenpol 16 am Gehäuse 11 der Maschine
gelagert. Zu diesem Zweck ist an der hinteren Stirnseite 11b des Gehäuses 11 in
einer zentrischen Bohrung 26 ein nach innen axial vorstehender
Lagerzapfen 27 drehfest eingesetzt, auf dem der zweite
Klauenpol 17 gelagert ist. Der Lagerzapfen 27 ist
dabei aus einem magnetisch neutralen Material, beispielsweise aus Aluminium-Spritzguss
hergestellt. Außerdem
ist der Lagerzapfen 27 am vorderen Ende mit dem Polkern 23 der
Erregerwicklung 24 fest verbunden. Zur Lagerung des zweiten
Klauenpols 17 auf dem Lagerzapfen 27 ist ein weiteres
Kugellager 28 vorgesehen, welches im Bereich der hinteren
Stirnseite 11b des Gehäuses 11 in
einem nach außen
gerichteten Kragen 29 des zweiten Klauenpols 17 eingesetzt
ist. Das Kugellager 28 ist dabei über einen Einpaßring 30 aus magnetisch
unwirksamem Material, z.B. aus Kunststoff, an dem zweiten Klauenpol 17 befestigt.
Auch das vordere Kugellager 21 ist mit einem Einpaßring 31 in
eine Lagerbohrung 32 des antriebsseitigen Gehäuseflansches 11a eingesetzt,
um magnetische Streuflüsse
vom Lager fernzuhalten.
-
Die Erregerwicklung 24 wird über nicht
dargestellte, beispielsweise von der hinteren Gehäuseseite 11b über den
Lagerzapfen 27 zum Polkern 23 geführte, Anschlußleitungen
mit Gleichstrom versorgt. Dadurch wird ein in 1 gestrichelt angedeuteter Magnetfluß Φ erzeugt,
der vom Polkern 23 über den
ersten Klauenpol 16, dessen Klauenpolfinger 18, von
dort über
den Luftspalt 22 zum Blechpaket 13 des Stators 12 geführt wird
und von dort in Umfangsrichtung versetzt erneut den Luftspalt 22 durchsetzt und
in die benachbarten Klauenpolfinger 18 des zweiten Klauenpols 17 eintritt.
Von dort gelangt er im Bereich seiner zentrischen Bohrung 33 – ohne das
im Kragen 29 eingesetzte Kugellager 28 zu durchdringen – wieder
zurück
in den Polkern 23. Bei Drehung des schleifringlosen Leitstückläufers 15 wird
dabei im Stator 12 ein Drehfeld erzeugt, durch das in der
Drehstromwicklung 34 eine Drei-Phasen-Wechselspannung induziert wird.
-
2 zeigt
einen Längsschnitt
durch den hinteren Teil des Drehstromgenerators 10a mit
einer alternativen Ausführung
zur Halterung und Lagerung des zweiten Klauenpols 17a.
Dort ist der Distanzhalter 25a aus einem Aluminiumblech
ausgestanzt und derart geprägt,
daß er
einen mäanderförmigen Blechring
bildet, durch den die Klauenpolfinger 18 in Umfangs- und
Axialrichtung zueinander den erforderlichen Abstand halten. Des
weiteren ist hier das Kugellager 28 des zweiten Klauenpols 17a in
einer zentrischen Bohrung 33 seines topfförmigen Bodens
mittels eines entsprechenden Einpaßringes 30a aus Kunststoff
eingesetzt. Der Lagerzapfen 27a aus magnetisch unwirksamem
Material ist hier zum Polkern 23a hin mit einer Ringschulter 36 versehen
und trägt an
dem nach innen ragenden Ende ein Gewinde 37. Der Polkern 23 ist
hier mit einer zentrischen Gewindebohrung 38 auf dem Gewinde 37 des
Lagerzapfens 27a festgeschraubt, wobei dessen Ringschulter 36 in
eine entsprechende Ausnehmung 39 an der Stirnseite des
Polkerns 23a aufgenommen ist.
-
3 zeigt
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung die obere Hälfte
eines Drehstromgenerators 10b im Längsschnitt mit einem topfförmigen Gehäuse 11,
das antriebsseitig von dem Gehäuseflansch 11a mit
dem antriebsseitigen Kugellager 21 der Läuferwelle 20a abgeschlossen
ist. Dort ist der Polkern 23b zusätzlich an seinem antriebsseitigen
Ende über
einen weiteren Lagerzapfen 41a in einem hohlzylindrischen
Abschnitt 42 der Läuferwelle
20a in
einem Nadellager 43 aufgenommen. Dabei ist der Polkern 23b mit
einer zentrischen Bohrung 40 auf den mittleren Abschnitt
eines Bolzens 41 befestigt, dessen Endabschnitte die beiden
Lagerzapfen 41a und 41b bilden. Zur Vermeidung
unerwünschter Streuflüsse des
Magnetfeldes im Polkern 23b ist auch hier der Bolzen 41 aus
magnetisch neutralem Material hergestellt und in der zentrischen
Bohrung 26 in der hinteren Stirnseite 11b des
Gehäuses 11 starr
befestigt. Der Antrieb des bürstenlosen
Leitstückläufers 15a erfolgt über eine
am vorderen Wellenstumpf der Läuferwelle 20a befestigten
Riemenscheibe 44. Diese Lösung zeigt eine besonders stabile
Lagerung des Polkernes 23b mit der Erregerwicklung 24,
was insbesondere bei Maschinen mit größerer Erregerleistung von Bedeutung
ist. Anstelle der Hohlwelle 20a kann die vordere Lagerung
des Polkernes 23b auch in einer Sackbohrung am hinteren
Ende der Läuferwelle 20 erfolgen.
-
4 zeigt
in raumbildlicher Darstellung den Leitstückläufer 15a aus 3 mit einem die Hohlräume zwischen
den Klauenpolfingern 18 ausfüllenden Distanzhalter 25b aus
wärmebeständigem Kunststoff,
durch den die Klauenpolfinger 18 der beiden Klauenpole 16b, 17b sowohl
in Umfangs- als auch in Axialrichtung auf Abstand gehalten und fixiert
werden.