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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 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
JP H07-298585 A und
JP H11-98787 A 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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Die gattungsgemäße
DE 298 01 184 U1 zeigt einen Rotor für eine Wechselstromlichtmaschine für den Einsatz in Fahrzeugen, der einen Eisenkern vom Randall-Typ mit klauenförmigen Magnetpolen, die abwechselnd und entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, eine Feldwicklung, die um den Eisenkern gewickelt ist, Permanentmagnete, die zwischen den klauenförmigen Magnetpolen angeordnet sind, und Halter für jeden der Permanentmagnete aufweist, welche die Permanentmagnete zumindest teilweise umschließen.
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Die
JP 2000-175 388 A zeigt federnde Magnetbefestigungen in einem IPM-Rotor.
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Einen Magnethalter, der durch elastische Kräfte das Einsinken eines Magneten in ein Loch verhindert, zeigt die
JP H08-124 740 A .
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Keine dieser Druckschriften lehrt eine elastische Festlegung der Permanentmagnete in Radialrichtung.
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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 Mittelpunkt der Feldwicklung herum zur Befestigung und Isolierung der Feldwicklung erschweren.
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Herkömmlicherweise müssen die Permanentmagnete nach dem Positionieren zwischen den Klauen befestigt werden. Nach der Magnetisierung sind die Magnete nur schwer zu handhaben, 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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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor mit einem Eisenkern vom Randall-Typ mit klauenförmigen Magnetpolen für eine Wechselstromlichtmaschine für Fahrzeuge und eine mit diesem Rotor ausgerüstete Wechselstromlichtmaschine anzugeben, bei der die Permanentmagnete des Rotors zwischen den klauenförmigen Magnetpolen sicher befestigt werden können.
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Die obige Aufgabe wird werden gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Konzepts der vorliegenden Erfindung.
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Der erfindungsgemäße Rotor für Wechselstromlichtmaschinen für Fahrzeuge weist auf:
- – einen Eisenkern vom Randall-Typ mit klauenförmigen Magnetpolen, die abwechselnd und entgegengesetzt zueinander angeordnet sind,
- – eine Feldwicklung, die um den Eisenkern gewickelt ist,
- – Permanentmagnete, die zwischen den klauenförmigen Magnetpolen angeordnet sind,
und
- – Halter für jeden der Permanentmagnete, welche die Permanentmagnete zumindest teilweise umschließen;
er ist dadurch gekennzeichnet, dass - – die Halter einen elastischen Körper aufweisen, der auf der Oberfläche der Halter angeordnet ist, die der Feldwicklung gegenüberliegt, und der den Permanentmagneten radial nach außen unter Druck setzt,
- – die Magnetpole an ihren Seiten am Umfang Vorsprünge aufweisen,
und
- – die Halter unter dem Druck der elastischen Körper an den Innenflächen der Vorsprünge benachbarter Magnetpole anliegen.
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Die erfindungsgemäße Wechselstromlichtmaschine weist einen so ausgebildeten Rotor auf.
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Der erfindungsgemäße Rotor führt in der Produktion zu verbesserter Produktivität. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner der Kleber zur Isolierung der Feldwicklung zuverlässig um den axialen Mittelpunkt der Permanentmagnete herum aufgebracht werden.
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Bei dem obigen Rotor ist der Permanentmagnet im Halter eingefasst und durch den 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 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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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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1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Beispiels einer Wechselstromlichtmaschine mit einem Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Riemenscheibe 1 erhält die Antriebskraft vom Fahrzeug über einen (nicht dargestellten) Antriebsriemen. Dadurch rotiert ein von Lager 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 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 vorgesehen. Der Isolator 22 kann einen direkten Kontakt eines zungenartigen 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 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 2 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 halt. 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 Tranken 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 einander 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.
