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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Rotor für
eine Wechselstromlichtmaschine für Fahrzeuge
und insbesondere auf die Halterung und Befestigung von zwischen
klauenförmigen
Magnetpolen eines Rotors vom Randall-Typ angeordneten Permanentmagneten
sowie auf Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschinen, die diesen Rotor
aufweisen.
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Es ist wohl bekannt, die Erregungsstärke einer
Wechselstromlichtmaschine mit einem Rotor mit klauenförmigen Magnetpolen
vom Randall-Typ durch separates Anordnen von Permanentmagneten zwischen
den entgegengesetzt zueinander liegenden klauenförmigen Magnetpolen zu erhöhen. Typische Beispiele
hierfür
sind in den japanischen Offenlegungsschriften Hei 07-298585 und
Hei 11-98787 beschrieben. Die erstgenannte Druckschrift beschreibt Permanentmagnete,
die mit einem Kleber an den Aufnahmestellen für Permanentmagnete auf den
Innenseiten von Flanschvorsprüngen
und an den Seiten von klauenförmigen
Magnetpolen befestigt sind. Die letztgenannte Druckschrift beschreibt
Schutzabdeckungen aus nicht magnetischem rostfreiem Stahl auf der
Außenseite
der Permanentmagnete zum Schutz gegen die schnelle Drehung des Rotors.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu
lösende
Aufgaben
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Herkömmlicherweise müssen die
Permanentmagnete nach dem Positionieren zwischen den Klauen befestigt
werden. Nach der Magnetisierung sind die Magnete nur schwer handzuhaben,
so dass die Magnete zur Erleichterung der Montage und zur Verringerung
von Beschädigungen
bei der Montage allgemein erst am Rotor montiert werden, bevor sie magnetisiert
werden. Insbesondere, wenn die Magnete nach der Magnetisierung am
Rotor angebracht werden, erfordert die anschließende spanabhebende Bearbeitung
des Rotors zur Zurichtung des Außendurchmessers oder zum Auswuchten
das Entfernen von Spänen,
die von der Bearbeitung herrühren
und an den Magneten haften, was die Durchführbarkeit signifikant verringert.
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Wenn die Magnete vor dem Magnetisieren am
Rotor angebracht werden, haften die Magnete nicht an den Magnetpolen,
so dass ein spezielles Werkzeug erforderlich ist, um die Magnete
in einem bestimmten Abstand zur Feldwicklung zu positionieren, was
die Produktivität
verringert. Ein Kleber befestigt die Magnete lediglich am Rotor,
so dass leicht ein Zwischenraum in der Verbindung mit den klauenförmigen Magnetpolen
auftreten kann, wodurch der Verlust an magnetischem Fluss erhöht und damit
die Ausgangsleistung verringert wird.
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Mit den herkömmlichen Techniken ist das weitere
Problem verbunden, dass die zwischen den klauenförmigen Magnetpolen angeordneten
Permanentmagnete das Aufbringen des Klebers um den axialen Mittel punkt
der Feldwicklung herum zur Befestigung und Isolierung der Feldwicklung
erschweren.
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Mittel zur Lösung der
Probleme
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Die obigen Probleme werden gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Konzepts der
vorliegenden Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung gibt eine
Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschine und einen Rotor dafür an, wobei
die Permanentmagnete zwischen den klauenförmigen Magnetpolen sicher befestigt werden
können,
was zu verbesserter Produktivität führt. Die
vorliegende Erfindung gibt ferner eine Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschine
und einen Rotor dafür
an, der Permanentmagnete zwischen den klauenförmigen Magnetpolen aufweist,
wobei der Kleber zur Isolierung der Feldwicklung zuverlässig um
den axialen Mittelpunkt der Permanentmagnete herum aufgebracht werden
kann.
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Der oben genannte Rotor für eine Wechselstromlichtmaschine
kann realisiert werden durch einen Eisenkern vom Randall-Typ mit
klauenförmigen Magnetpolen,
die abwechselnd und entgegengesetzt zueinander angeordnet sind und
in denen eine zentrierte Feldwicklung liegt, und/oder mit einem
Permanentmagneten, der zwischen den klauenförmigen Magnetpolen angeordnet
ist und zur Verstärkung
des Magnetfeldes dient, wobei der Permanentmagnet durch radiale
elastische Kraft gehalten ist. Die obige Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschine
kann mit einem Stator und einem Rotor realisiert werden, der drehbar
dem Stator gegenüberliegend
und von ihm durch einen Spalt beabstandet vorgesehen ist und einen
Permanentmagneten aufweist, der durch radiale Kraft gehalten ist.
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Bei der obigen Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschine
und ihrem Rotor ist der Permanentmagnet in einem Halter eingefasst
und durch einen zwischen dem Halter und der Feldwicklung angeordneten
elastischen Körper
unter Druck gesetzt und/oder gehalten, der eine radiale elastische
Kraft ausübt.
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Der Halter kann aus einem Metallstreifen
bestehen und/oder mit dem elastischen Körper integriert sein. Der elastische
Körper
kann über
ein Isolierelement mit der Feldwicklung in Kontakt stehen. Der Halter
kann den Permanentmagneten in Längsrichtung
umfassen und/oder ein zungenartiges Stück eines elastischen Abschnitts
auf seiner Oberfläche aufweisen,
das der Feldwicklung gegenüberliegt. Das
zungenartige Stück
ist ein ausgeschnittener Teil des Halters und besitzt eine zur Feldwicklung
hin konvexe Bogenform. Der elastische Abschnitt kann mit einem Isoliermaterial
in Kontakt stehen, das auf die Feldwicklung aufgewickelt ist. Das
Isoliermaterial kann ein Gewebe sein, das sich für das Auftropfen von Klebern
eignet. Der Halter kann einen schleifenförmigen Streifen aufweisen,
der den Permanentmagneten in Längsrichtung
umfasst, wobei das vordere Ende an einem Längsende des Streifens einen
Vorsprung aufweist, der sich über
die Breite des Permanentmagneten hinaus erstreckt, das hintere Ende des
Streifen mit dem vorderen Ende verbindbar ist und/oder der Vorsprung
an einem Ende der Feldwicklungsspule endet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Beispiel einer Wechselstromlichtmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Beispiel eines Rotors gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
ein weiteres Beispiel eines Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht längs der
Linie A-A von 3.
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5 erläutert das
Auftropfen von flüssigen Klebern
auf den Rotor von 2.
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6 zeigt
eine radiale Ansicht eines Beispiels eines Rotors gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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7 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Beispiels eines Rotors gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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8 zeigt
ein Beispiel eines Permanentmagneten 9 in einem Halter 8 gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei sich der gekreuzt schraffierte Bereich auf den Permanentmagneten
bezieht.
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9 zeigt
ein Beispiel für
den allein dargestellten Halter 8 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt
eine Querschnittsdarstellung eines Beispiels der vorliegenden Erfindung.
Eine Riemenscheibe 1 erhält die Antriebskraft vom Fahrzeug über einen
(nicht dargestellten) Antriebsriemen. Dadurch rotiert ein von Lagern 3, 4 gehaltener
Rotor 2 innerhalb eines Stators 5. Der Rotor 2 weist
einen Halter 8 und einen Permanentmagneten 9 zwischen den
Klauen von zwei klauenförmigen
Magnetpolen 6, 7 auf, wobei eine Vielzahl von
Klauen vorgesehen sind. Der Rotor 2 weist Schleifringe 12, 13 auf,
die elektrische Leistung von Bürsten 10, 11 abnehmen und
eine Feldwicklung 14 im Rotor 2 erregen.
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In die Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschine wird
ein Kühlmittel
von der Brennkraftmaschine über einen
Kühlmitteleinlass 15 eingeführt. Das
Kühlmittel zirkuliert
durch Durchlässe
wie etwa den Durchlass 16 in der Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschine,
um erhitzte Bauteile wie den Stator 5 und den Gleichrichter 18 zu
kühlen,
wenn die Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschine
elektrische Leistung erzeugt. Nach dem Kühlen gelangt das Kühlmittel
durch den Kühlmittelauslass 17 in
die Brennkraftmaschine zurück. Das
Kühlmittel
wird dann in einem Kühler
der Brennkraftmaschine abgekühlt
und rückgeführt. Ein
Spannungsregler 19 regelt die erzeugte Spannung. Ein Anschluss 20 dient
zum Anschließen
des Gleichrichters 18 (Anschluss nicht dargestellt) und
verbindet die Fahrzeugschaltkreise elektrisch mit der Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschine,
um den gleichgerichteten Ausgangsstrom dem Fahrzeug zuzuführen.
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2 zeigt
lediglich den Rotor 2. Der obere Teil von 2 zeigt den zusammengebauten Rotor und
den Permanentmagneten im Halter vor dem Einsetzen in die klauenförmigen Magnetpole.
Der untere Teil von 2 zeigt
den Halter und den Permanentmagneten in eingesetztem und in einer
vorgegebenen Position im Rotor befestigtem Zustand. Die Feldwicklung 14 ist
um eine Spule 21 gewickelt, welche die Feldwicklung 14 von
den klauenförmigen
Magnetpolen 6, 7 isolieren kann. Ein Isolator 22 ist
am äußersten
Teil der Wicklung auf der Feldwicklung Isolator 22 kann
einen direkten Kontakt eines zungenartiges Stücks 23 eines elastischen
Abschnitts des Halters 8 mit den Drähten der Feldwicklung 14 verhindern.
Das zungenartige Stück 23 ist
auf der Oberfläche
des Halters 8 vorgesehen, die der Feldwicklung 14 gegenüberliegt,
wenn sich der Halter in seiner Position befindet. Der Isolator 22 kann
auch entbehrlich sein, wenn der Halter 8 aus isolierenden
Materialien wie etwa Kunststoff und Kautschuk besteht, die den Isolierfilm
auf den Drähten
der Feldwicklung 14 nicht beschädigen oder einen Ausfall der
Isolierung verursachen, wenn der Halter 8 längs der
Drehachse des Rotors in die klauenförmigen Magnetpole eingesetzt wird.
Im Gegensatz dazu ist der Isolator 22 wesentlich, wenn
der Halter 8 aus Metallen, wie etwa aus Federstahl und
rostfreiem Stahl, besteht.
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Wenn der Halter 8 und der
Permanentmagnet 9, die im oberen Teil von 2 dargestellt sind, in der Pfeilrichtung
bewegt und zwischen die klauenförmigen
Magnetpole 6, 7 eingeführt werden, wird der federnde
Abschnitt 23 des Halters 8 deformiert und übt eine
Federwirkung auf die klauenförmigen
Magnetpole 6, 7 und den äußersten Isolator 22 der
Feldwicklung 14 aus. Auf diese Weise kann der Halter 8 in
engen Kontakt mit den Innenseiten der Vorsprünge 24 der klauenförmigen Magnetpole 6, 7 gelangen
und die radiale Position des Permanentmagneten 9 sichern.
Die Vorsprünge 24 können verhindern,
dass der Halter 8 und der Permanentmagnet 9 auf
den Seiten der Klauen der klauenförmigen Magnetpole 6, 7 radial
aus dem Bereich zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 6, 7 aufgrund
der durch die Drehung des Rotors 2 hervorgerufenen Zentrifugalkraft herausspringen.
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3 zeigt
den Halter 8 und den Permanentmagneten 9, die
im Rotor 2 in Position gehalten sind. 4 zeigt eine Querschnittsansicht längs der
Linie A-A von 3. Wie
in den 3 und 4 dargestellt ist, kann der
Halter 8, wenn das zungenartige Stück 23 des elastischen kann
der Halter 8, wenn das zungenartige Stück 23 des elastischen
Abschnitts des Halters 8 deformiert wird, in engen Kontakt
mit den Innenflächen 25 der
Vorsprünge 24 kommen,
die auf den Seiten der klauenförmigen
Magnetpole 6, 7 vorgesehen sind. Wie oben erwähnt, ist
das zungenartige Stück 23 auf
der Oberfläche
des Halters 8 vorgesehen, die der Feldwicklung 14 gegenüberliegt,
wenn sich der Halter 8 in seiner Position befindet. Die
Vorsprünge 24 können verhindern,
dass der Halter 8 und der Permanentmagnet 9 aufgrund
der Zentrifugalkraft durch die Rotation des Rotors 8 radial
aus einer vorgegebenen Position herausspringen.
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Der Isolator 22 kann ein
beliebiges Isoliermaterial sein, wenn lediglich angestrebt ist,
die Feldwicklung 14 gegenüber dem zungenartigen Stück 23 des
elastischen Abschnitts des Halters 8 zu isolieren, der
den Permanentmagneten 9 hält. Zur Isolierung und zur
Haftung zwischen den Drähten
der Feldwicklung 14, zwischen der Feldwicklung 14 und
der Spule 21 sowie zwischen der Spule 21 und den
klauenförmigen
Magnetenpolen 6, 7 muss der Isolator 22 allerdings
aus Materialien bestehen, die es erlauben, einen Kleber durch Tränken zwischen
die oben beschriebenen Bauteile einzubringen.
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Insbesondere, wenn beim Herstellungsverfahren
ein flüssiger
Kleber auf den Rotor 2 aufgetropft wird, können der
Halter 8 und der Permanentmagnet 9 zwischen den
klauenförmigen
Magnetpolen das Aufbringen des Klebers um das axiale Zentrum der
Feldwicklung 14 herum verhindern.
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Zur Lösung des obigen Problems kann
der Isolator 22 aus Materialien bestehen, die ein Tränken mit
einem flüssigen
Kleber erlauben, wie etwa Bänder
aus Baumwolle, und kann um die radiale Außenseite der Feldwicklung 14 herumgewickelt
sein, wie in 5 dargestellt
ist. Daher kann, wenn der flüssige Kleber
beim Herstellungsverfahren auf die Außenseite des Rotors aufgebracht
wird, der an den axialen Enden des Isolators 22 aufgebrachte
Kleber axial zum axialen Mittelpunkt des Rotors 2 und auch
in die Windungszwischenräume
der Feldwicklung 14 eindringen. Daher können die Rotoren zuverlässig in
der gleichen Weise hergestellt werden wie Rotoren ohne Permanentmagnete
zwischen den klauenförmigen Magnetpolen.
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Wie in den 6 und 7 dargestellt,
weist der Halter 8 in seiner axialen Endfläche einen
Vorsprung 26 auf. Wenn der Permanentmagnet 9 im
Halter 8 zwischen die klauenförmigen Magnetpole 6, 7 des Rotors 2 eingeführt wird,
kann der Vorsprung 26 mit der Wand 27 am axialen
Ende der Spule 21 in Kontakt kommen. So kann der Permanentmagnet 9 axial im
Rotor 2 angeordnet werden, und das axiale magnetische Zentrum
des Rotors 2 kann festgelegt werden. Ferner kann zwischen
dem Halter 8, der aus einem leitenden Material besteht,
und dem Ende 29 der Feldwicklung, das auf den Vorsprung 28 aufgewickelt
ist, der zur Befestigung des Endes der um die Spule 21 gewickelten
Feldwicklung dient, ein isolierender Raum sichergestellt werden.
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8 zeigt
ein Beispiel des Permanentmagneten im Halter. Der Halter 8 umfasst
den Permanentmagneten 9 in Längsrichtung. Daher kann der
im Halter 8 eingefasste Permanentmagnet 9, wenn
er sich zwischen den klauenförmigen
Magnetpolen 6, 7 des Eisenkerns vom Randall-Typ
in Position befindet, mit den Magnetpolen 6, 7 in
engen Kontakt kommen. Der Halter 8 besteht aus nichtmagnetischen
Materialien, so dass kein Leck des magnetischen Flusses zwischen
den ein ander gegenüberliegenden
Magnetpolen vom Randall-Typ auftreten kann.
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9 zeigt
ein Beispiel des Halters allein. Der Halter 8 weist ein
zungenartiges Stück 23 eines elastischen
Abschnitts auf seiner Oberfläche
auf, die der Feldwicklung 14 gegenüberliegt, wenn sich der Halter 8 in
seiner Position befindet. Der Halter 8 hält den Permanentmagneten 9 mit
einem schleifenförmigen
Streifen, dessen Längsende
mit dem anderen Ende verbunden ist. Der Halter 8 besitzt
an einer längsseitigen
Endfläche
den Vorsprung 26, der an einem Ende der Spule 21 zum
Anschlag kommen kann.
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In dem obigen Beispiel sind für jeden
Permanentmagneten 9 separate Halter 8 verwendet.
Nach dem Zusammenbau der Feldwicklung 14, einer Rotorwelle
und der klauenförmigen
Magnetpole wird der Permanentmagnet 9 im Halter 8 längs der
Drehachse des Rotors 2 eingeführt. Für die radiale Positionierung
des Permanentmagneten 9 können die Flanschvorsprünge 24 am
Umfang der Oberfläche
der klauenförmigen
Magnetpole, mit denen der Permanentmagnet 9 in Kontakt
steht, verhindern, dass der Permanentmagnet 9 radial aus
der vorgegebenen Position herausfällt und aufgrund der durch
die Drehung des Rotors 2 hervorgerufenen Zentrifugalkraft,
die auf den Halter 8 und den Permanentmagneten 9 wirkt,
mit dem Stator in Kontakt kommt. Der Halter 8 kann auf
die äußere Oberfläche der
Feldwicklung 14 die Federwirkung ausüben. Die Federwirkung kann den
Permanentmagneten 9 im Halter 8 so weit wie möglich in
radialer Richtung der klauenförmigen
Magnetpole 6, 7 nach außen drücken und den Halter 8 mit
der inneren Oberfläche
des Flanschvorsprungs 24 der klauenförmigen Magnetpole 6, 7 in
Kontakt bringen. Daher kann die Federwirkung den Permanentmagneten 9 so
weit wie möglich
in radialer Richtung nach auswärts
drücken,
ohne dass er mit dem Stator in Kontakt kommt.
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Wie oben beschrieben, ist es möglich, den Verlust
an magnetischem Fluss zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 6, 7 so
weit wie möglich
zu verringern, der die eigentliche Bestimmung des Permanentmagneten 9 zwischen
den klauenförmigen Magnetpolen 6, 7 ist.
Es ist ferner auch möglich,
die radiale Position jedes Permanentmagneten 9 zu sichern.
Daher kann eine große
Anzahl von zuverlässig
funktionierenden Rotoren hergestellt werden. Zusätzlich kann die axiale Position
des Permanentmagneten 9 wie folgt gesichert werden: der
Permanentmagnet 9 im Halter 8 wird zwischen die
klauenförmigen
Magnetpole 6, 7 eingeführt, bis der Vorsprung 26 an
der axialen Endfläche
des Halters 8 mit der Spule in Kontakt kommt, welche die
Feldwicklung 14 vom Eisenkern und den klauenförmigen Magnetpolen 6, 7 isolieren
kann.
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Der Isolator 22 an der Außenseite
der Feldwicklung 14 kann einen elektrischen Kurzschluss zwischen
der Feldwicklung und dem aus Metall bestehenden Halter verhindern.
Insbesondere dann, wenn der Isolator 22 aus Materialien
besteht, die leicht mit Kleber getränkt werden können, um
die Feldwicklung 14 zu isolieren und zu befestigen, kann das
Herstellungsproblem gelöst
werden, dass der Halter 8 zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 6, 7 ein
Aufbringen des Klebers um den axialen Mittelpunkt der Feldwicklung 14 verhindert.
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Wirkungen der Erfindung
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Wie oben beschrieben, gibt die vorliegende Erfindung
Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschinen und Rotoren dafür an, bei
denen die Permanentmagnete zwischen den klauenförmigen Magnetpolen sicher befestigt
sind, was zu einer verbesserten Produktivität führt. Die vorlie gende Erfindung
gibt ferner Fahrzeug-Wechselstromlichtmaschinen und Rotoren dafür an, die
Permanentmagnete zwischen den klauenförmigen Magnetpolen aufweisen,
bei denen es möglich
ist, den Kleber zur Isolierung der Feldwicklung um das axiale Zentrum
der Permanentmagnete herum aufzubringen.