DE19502184A1

DE19502184A1 - Wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE19502184A1
Application number: DE1995102184
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr Groeter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1996-08-01

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist.

Solche Wechselstromgeneratoren werden z. B. bei der Bordnetzversorgung in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei der Weiterentwicklung von Generatoren dieser Art wird vor allem getrachtet, die auftretenden Leistungsverluste gering zu halten.

So beschreibt die DE-OS 39 34 411 einen Wechselstromgenerator, bei dem einerseits die Entstehung magnetischer Geräusche durch eine optimierte Formgebung der Klauenpole in selektiver Gestaltung entscheidend reduziert wird, andererseits aber die Leistungsabgabe des Generators nur minimal beeinflußt wird.

Einen wesentlichen Anteil an den Leistungsverlusten haben auch Wirbelströme, die in der Oberfläche des Klauenpolläufers aufgrund der Ständernutzung entstehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Wirbelstrombildung und damit die Leistungsverluste zu reduzieren.

Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Klauenpol an seiner dem Ständer zugewandten Oberfläche eine Schicht aufweist, deren elektrische Leitfähigkeit geringer als die elektrische Leitfähigkeit des Klauenpolmaterials ist. Durch die geringere elektrische Leitfähigkeit werden die Wirbelströme an der Klauenpoloberfläche reduziert.

Allerdings kann durch die Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit auch die magnetische Leitfähigkeit und damit die Sättigungsflußdichte reduziert werden. Deshalb besteht die Schicht vorzugsweise aus einer Eisenverbindung der Silizium und/oder Aluminium zugemischt wurde. Bereits eine geringe Menge, bis etwa 4%, an Aluminium oder Silizium reduziert die elektrische Leitfähigkeit beträchtlich, wohingegen nur eine geringe Schwächung der wichtigen magnetischen Leitfähigkeit bei diesen Zusatzstoffen auftritt. Da zusätzlich die Flußdichte am Luftspalt zwischen Klauenpolläufer und Ständer weit unterhalb des Sättigungswertes liegt, kann dieser Schwächungseffekt praktisch vernachlässigt werden.

Die Dicke der Schicht mit reduzierter Leitfähigkeit ist mindestens 0,5 mm und vorzugsweise 1 bis 1,5 mm oder am besten 2 bis 3×τ, wobei

die Eindringtiefe der Wirbelströme in die Oberfläche der Klauenpole, ω die Kreisfrequenz des Wechselfeldes mit der die jeweiligen Klauenpole an den Nuten im Ständer vorbeilaufen, die elektrische Leitfähigkeit und µ die magnetische Permeabilität des Schichtmaterials ist. Damit ist sichergestellt, daß Wirbelströme praktisch nur in der Schicht geringerer elektrischer Leitfähigkeit induziert werden.

Das für die Schicht geeignete Material kann, wie z. B. eine mit Silizium vermischte Eisenverbindung, wesentlich spröder sein als das für den Klauenpolkörper verwendete Material und kann in diesem Fall nicht durch herkömmliche Herstellungsart für Polränder geformt werden. Die Schicht wird daher erfindungsgemäß am Klauenpol entweder durch Anlöten oder durch Anschweißen von einzelnen Metallplättchen oder von einem oder mehreren Metallbändern gebildet, oder sie wird durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen auf den vorgefertigten Klauenpol aufgebracht.

Nach einer anderen Ausführungsart wird der Klauenpol gemeinsam mit der Schicht aus einem Eisenblech, das mit einer Beschichtung geringerer elektrischer Leitfähigkeit versehen ist, durch Ausstanzen und Kaltverformung gefertigt. Das Aufbringen der Schicht z. B. eines Trafoblechs oder eines Al-legierten Eisenblechs auf das Eisenblech kann z. B. durch Walzplattieren vor sich gehen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr anhand von Zeichnungen erläutert, wobei die Fig. 1 eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Klauenpoldrehstromgenerators ist, die Fig. 2 schematisch einen Klauenpol zeigt, der an seiner dem Ständer zugewandten Oberfläche beschichtet ist, und die Fig. 3 eine weitere Ausführungsmöglichkeit für einen beschichteten Klauenpol zeigt.

Die Fig. 1 zeigt einen herkömmlich aufgebauten Drehstromgenerator, wobei in einem Gehäuse 12 ein Ständerblechpaket 11 mit seiner Wicklung 11a vorgesehen ist. In der Ständerbohrung befindet sich ein aus zwei Polrädern 16a, 16b bestehender Klauenpolläufer 15, der von der Welle 14 getragen wird, die in Lagern 13 läuft, welche im Gehäuse 12 enthalten sind. Die beiden Polräder 16a, 16b weisen jeweils klauenartig ausgebildete, parallel zur Welle verlaufende Klauenpole 1 auf, die wechselseitig ineinander greifen. Die Polräder 16a 16b umgreifen einen Polkern mit Erregerwicklung 17, der über Schleifringe 18 der Erregerstrom zugeführt wird. Die Stromzuführung zu den beiden Schleifringen 18 erfolgt über federvorgespannte Kohlenbürsten 19. Die Klauenpole 1 weisen an ihrer dem Ständer 11 zugewandten Oberfläche 2 eine Schicht 3 auf, deren elektrische Leitfähigkeit geringer als die elektrische Leitfähigkeit des Klauenpolmaterials ist.

Die Schicht 3 kann z. B. aus einer Eisenverbindung bestehen, wie sie in herkömmlicher Weise zur Herstellung von Polrädern verwendet wird, wobei dieser Eisenverbindung eine bestimmte Menge Aluminium oder Silizium beigemischt wurde. Dabei führt bereits eine kleine Menge dieser Stoffe zu einer merklichen Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit. Enthält die Eisenverbindung 4 Gew.-% Silizium so reduziert sich die elektrische Leitfähigkeit um einen Faktor 5,5. Bei der gleichen Menge, d. h. 4 Gew.-%, Aluminium in der Eisenverbindung ergibt eine Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit um den Faktor 5. Aber auch die Beimischung von Zinn oder Mangan verschlechtert die elektrische Leitfähigkeit, und zwar bei 4 Gew.-% um den Faktor 4, bei Zinn und um den Faktor 3 bei Mangan. Um den gleichen Effekt bei der Unterbindung von Wirbelströmen zu erreichen, müßten entsprechend mehr Zinn oder Mangan beigegeben werden, wodurch allerdings die Sättigungsflußdichte geschwächt wird. Aluminium und Silizium sind daher vorzuziehen, obwohl Zinn und Mangan enthaltende Beschichtungen sicher auch eine Verbesserung gegenüber den unbeschichteten Klauenpolläufern liefern. Bei einem Gewichtsanteil von Aluminium oder Silizium von mehr als 4% beginnen sich auch für diese Zusatzstoffe, die Leistungsverluste aufgrund der Schwächung der magnetischen Leitfähigkeit - und damit der Sättigungsflußdichte - merkbar auszuwirken. Eine Beimischung von Aluminium oder Silizium in einer Menge bis zu 4 Gew.-% ist somit in der Anwendung dieser Erfindung am effektivsten.

In der Prinzipdarstellung der Fig. 2 ist ein herkömmlich hergestellter Klauenpol 1 dargestellt, dessen Oberfläche 2 dem Ständer 11 mit seiner Wicklung 11a zugewandt ist. An der Oberfläche 2 des Klauenpols 1 ist eine Schicht 3 vorgesehen, die auf den vorgefertigten Klauenpol durch Anlöten oder Anschweißen oder durch ein Beschichtungsverfahren, wie Flammspritzen oder Plasmaspritzen, aufgebracht wurde. Die Schicht 3 weist erfindungsgemäß eine geringere elektrische Leitfähigkeit auf als der Klauenpol 1 und die sich üblicherweise auf der Oberfläche des Klauenpols bildenden Wirbelströme können sich in der Schicht mit reduzierter elektrischer Leitfähigkeit nicht so gut ausbilden wie auf den Oberflächen der bisher unbeschichteten Klauenpole. Durch die reduzierte elektrische Leitfähigkeit der Schicht 3 wird die Sättigungsflußdichte im Bereich der Schicht 3 zwar herabgesetzt, doch fällt dies wegen der geringen Flußdichte am Luftspalt 4 nicht ins Gewicht. Die Dicke der Schicht 3 ist vorzugsweise 2 bis 3mal die Eindringtiefe τ der Wirbelströme in die Schicht 3. Bei 20 000 Umdrehungen des Klauenpolläufers in der Minute und 36 Nuten im Ständer ergibt sich eine Eindringtiefe von etwa 0,2 mm, bei 3000 Umdrehungen in der Minute ist τ 0,5 mm. Diese Werte für die Eindringtiefe gelten für eine Beimengung von Aluminium oder Silizium in einer Menge von 4 Gew.-% in eine für die Herstellung von Polräder übliche Eisenverbindung. Gute Dämpfungsergebnisse bei den Wirbelströmungen lassen sich also bei solchen Schichtmaterialien mit einer Schichtdicke von einem Millimeter erzielen. Da die Eindringtiefe τ mit zunehmender Drehzahl abnimmt, erzielt man bereits bei einer Schichtdicke von 0,5 mm eine deutliche Reduzierung der Verlustleistung.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit für einen beschichteten Klauenpol. In diesem Fall wird das zur Herstellung des Klauenpols 5 vorgesehene Eisenblech vor der Formung mit einer Schicht versehen, indem z. B. ein Trafoblech oder ein aluminiumlegiertes Eisenblech durch Walzplattieren auf das Eisenblech aufgebracht wird. Danach wird nach einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Klauenpolen durch Ausstanzen und Kaltverformung der beschichtete Klauenpol hergestellt, der einen Körper 5 und eine Beschichtung 6 aufweist. Der so hergestellte Läufer wird danach auf den Enddurchmesser abgedreht und die aufgebrachte Schichtdicke muß daher so bemessen sein, daß nach dem Abdrehen noch die erforderliche Schichtdicke verbleibt.

Claims

1. Wechselstromgenerator mit einem Ständer (11) und einem in der Ständerbohrung koaxial gelagerten und rotierenden Klauenpolläufer (15), der über seinen Umfang gleichmäßig verteilte, wechselseitig ineinandergreifende und von jeweils einem Polrad (16a, 16b) ausgehende Klauenpole (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Klauenpol (1) an seiner dem Ständer (11) zugewandten Oberfläche (2) eine Schicht (3) aufweist, deren elektrische Leitfähigkeit geringer als die elektrische Leitfähigkeit des Klauenpolmaterials ist.

2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer Eisenverbindung besteht, der Silizium und/oder Aluminium zugemischt wurde.

3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Silizium und/oder Aluminium der Eisenverbindung in einer Menge von bis zu 4 Gew.-% beigemischt wird.

4. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (3) mindestens 0,5 mm, vorzugsweise 1 bis 1,5 mm ist.

5. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (3) gleich 2 bis 3×τ ist, wobei die Eindringtiefe der Wirbelströme in die Oberfläche der Klauenpole, ω die Kreisfrequenz des Wechselfeldes mit der die jeweiligen Klauenpole an den Nuten im Ständer vorbeilaufen, die elektrische Leitfähigkeit und µ die magnetische Permeabilität des Schichtmaterials ist.

6. Wechselstromgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) aus am Klauenpol (1) angelöteten oder angeschweißten Metallplättchen oder einem oder mehreren angelöteten oder angeschweißten Metallbändern besteht.

7. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) auf den Klauenpol (1) durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen aufgebracht wird.

8. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klauenpol (5) mit der Schicht (6) aus einem Eisenblech, das mit einer Beschichtung geringerer elektrischer Leitfähigkeit versehen ist, durch Ausstanzen und Kaltverformung gefertigt ist.

9. Wechselstromgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (6), z. B. ein Trafoblech, durch Walzplattieren auf das Eisenblech aufgebracht ist.