DE19632219A1 - Klauenpolgenerator - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Klauenpolgenerator ge­ mäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Klauenpolgeneratoren der angesprochenen Art sind allgemein bekannt. Wie beispielsweise in der Pa­ tentschrift 1 209 651 offenbart, umfaßt ein Klauen­ polgenerator eine Antriebswelle, auf der eine Erre­ gerwicklung aufgebracht ist. Benachbart zu jeder Längsseite der Erregerwicklung ist eine Polrad­ hälfte auf die Antriebswelle aufgeschoben. Jede Polradhälfte besteht aus einer Polradscheibe, auch als Platine bezeichnet, von deren Randbereich in Längsrichtung, also parallel zur Antriebswelle ver­ laufende klauenförmige Magnetpole, im folgenden auch als Klauen bezeichnet, ausgehen. Die beiden Polradhälften sind dabei so angeordnet, daß die Klauen einer Polradhälfte in die zwischen jeweils zwei benachbarten Klauen gebildeten Zwischenräume der anderen Polradhälfte eingreifen. Dabei umfassen sie die Erregerwicklung.

In einem geringen radialen Abstand zu den Klauen ist ein drehfest angebrachter Ständer vorgesehen, der aus gegeneinander isolierten, mit Nuten verse­ henen Blechen besteht, die zu einem festen Blechpa­ ket zusammengepreßt sind. In die Nuten sind die Windungen der Ständerwicklungen eingebettet. Die axiale Länge des Blechpakets wird als sogenannte Eisenlänge bezeichnet und entspricht bei den be­ kannten Generatoren im wesentlichen der Länge der Klauen.

Das Leistungsvermögen eines Klauenpolgenerators hängt unter anderem von der Eisenlänge des Blechpa­ kets ab. Zur Erhöhung der Leistung beziehungsweise zur Verkleinerung von Klauenpolgeneratoren unter Aufrechterhaltung der gleichen Leistung hat man Versuche angestellt, die Eisenlänge zu vergrößern. Damit nimmt jedoch der zwischen benachbarten Klauen auftretende magnetische Streufluß zu, der die ge­ wünschte Leistungserhöhung beeinträchtigt.

Die negativen Auswirkungen des zunehmenden Streuflusses konnte man zwar durch Einsatz soge­ nannter Dauermagnete im Bereich zwischen benachbar­ ten Klauen, wie in der genannten Patentschrift 1 209 651 gezeigt, verringern. Dennoch bleibt das Problem bestehen, daß sich die Klauenspitzen bei einer zu großen Länge - bedingt durch hohe Zentrifu­ galkräfte - radial nach außen aufweiten und im schlimmsten Fall mit dem Blechpaket des Ständers kollidieren.

Vorteile der Erfindung

Der Klauenpolgenerator mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Verlängerung der Eisenlänge um bis zu 170% gegen­ über herkömmlichen Klauenpolgeneratoren möglich wird, ohne eine Aufweitung der Klauenspitzen in Kauf nehmen zu müssen. Mit dem Einsatz von PM-Teilen permanentmagnetische Teile zwischen den Klauen und der Verlängerung des Stän­ dereisens lassen sich deutliche Leistungssteigerun­ gen der Generatoren bei gleicher Baugröße oder eine Verminderung der Baugröße bei gleicher Leistung er­ zielen.

Darüberhinaus lassen sich nachteilige Klauenschwin­ gungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung be­ seitigen.

Dadurch, daß an den verlängerten Klauen Befesti­ gungsvorrichtungen angebracht sind, die ihrerseits mit der benachbarten Platine verbunden sind, werden die Klauenspitzen sicher gegen eine radiale Auslen­ kung unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften ge­ halten. Auch auftretende Schwingungen an den Klauen lassen sich mit Hilfe der Befestigungsvorrichtung vermeiden.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Befestigungs­ vorrichtung um längliche, aus einem nicht magneti­ sierbaren Material bestehende Streifen, die jeweils mit ihrem einen Ende an einer Klauenspitze ange­ bracht, vorzugsweise angeschweißt, sind und deren anderes Ende an der Platine angebracht ist. Als Verfahren zur Befestigung der Metallstreifen hat sich das Punktschweißen oder das Laserschweißen als vorteilhaft herausgestellt. Selbstverständlich sind auch andere Anbringungsverfahren denkbar.

Als vorteilhaft hat sich eine als Befestigungsvor­ richtung dienende Haltescheibe herausgestellt, die einerseits an der äußeren Stirnfläche der Platine angebracht ist, und an deren Randbereich die Klau­ enspitzen festgelegt sind. Die Verwendung einer Haltescheibe bringt insbesondere Vorteile bei der Montage des Klauenpolgenerators.

Selbstverständlich sind auch anders ausgebildete Befestigungsvorrichtungen denkbar, solange gewähr­ leistet ist, daß die Klauenspitzen gegen eine ra­ diale Aufweitung gesichert sind.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung werden die Metallstreifen beziehungsweise die Haltescheiben mit Schaufeln versehen, die zur Belüftung des Gene­ rators dienen. Da diese Lüfterschaufeln direkt un­ ter den Wickelköpfen der Ständerwicklungen ange­ bracht sind, ist eine effektive Kühlung möglich.

Die entsprechenden Lüfterschaufeln lassen sich auf einfache Weise durch Stanzen und Biegen der Hal­ testreifen beziehungsweise der Haltescheibe ausbil­ den.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Aus­ führungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Klau­ enpolgenerators mit erfindungsgemäßen Klauen in der oberen Hälfte und zum Ver­ gleich in der herkömmlichen Bauart in der unteren Hälfte, und

Fig. 2 mehrere Ausführungsformen einer erfin­ dungsgemäßen Befestigungsvorrichtung.

Ein Fig. 1 dargestellter Klauenpolgenerator 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem eine Antriebswelle 5 gelagert ist. Am außerhalb des Gehäuses 3 liegen­ den Ende der Antriebswelle 5 ist eine Riemenscheibe 6 angebracht, über die die Antriebswelle 5, bei­ spielsweise über einen Keilriemen, angetrieben wird. Innerhalb des Gehäuses ist auf der Antriebs­ welle 5 eine Erregerwicklung 9 drehfest aufgebracht und über ebenfalls auf der Antriebswelle 5 aufge­ brachte Schleifringe 11 mit einem verhältnismäßig kleinen Erregerstrom bestromt. Die Erregerwicklung 9 ist seitlich umgeben von jeweils einer Polrad­ hälfte 13.1 beziehungsweise 13 .2, die sich jeweils aus einer senkrecht zur Antriebswelle 5 verlaufen­ den Polradscheibe 15, im folgenden auch als Platine bezeichnet, und längs zur Antriebswelle 5 verlau­ fenden klauenförmigen Magnetpole 17, im folgenden kurz Klauen genannt, zusammensetzt. Jede Polrad­ hälfte 13 weist eine Vielzahl dieser gleichmäßig zueinander beabstandeten Klauen 17 auf.

Die beiden Polradhälften 13 sind so zueinander aus­ gerichtet, daß die Klauen der sich gegenüberliegen­ den Polradhälften 13.1 und 13.2 ineinandergreifen, das heißt, daß jeweils eine Klaue einer Pol­ radhälfte in einem von zwei nebeneinanderliegenden Klauen der anderen Polradhälfte gebildeten Zwi­ schenraum liegt. In Umfangsrichtung des Polrads wechseln sich somit bei bestromter Erregerwicklung 9 Süd- und Nordpole ab.

Radial beabstandet zu den Klauen 17 der beiden Pol­ radhälften 13 ist ein drehfest angebrachter Ständer 19 vorgesehen, der beispielsweise eine dreiphasige Ständerwicklung aufweist. Der Ständer 19 selbst be­ steht aus gegeneinander isolierten, mit Nuten ver­ sehenen Flächen, die zu einem festen Blechpaket 21 zusammengepreßt sind. In die Nuten sind dann die Windungen der Ständerwicklung 23 eingebettet.

Im Betrieb stellt sich ein magnetischer Fluß ein, der über den Kern der Erregerwicklung 9, den soge­ nannten Polkern, über die Platine 15 und eine Klaue 17 zum Ständer 19 und von dort in die benachbarte Klaue der anderen Polradhälfte verläuft und sich über die Platine 15 wieder schließt.

Eine Beeinträchtigung dieses als Nutzfluß bezeich­ neten magnetischen Flusses ergibt sich durch eine Streuung zwischen benachbarten Klauen 17 der beiden Polradhälften 13. Um diesem Streufluß entgegenzu­ wirken, sind permanentmagnetische Teile 25 in die Zwischenräume der Klauen 17 eingebracht.

Mit Hilfe dieser permanentmagnetischen Teile 25 läßt sich die Streuung so gut beherrschen, daß eine Verlängerung der Klauen 17 in Längsrichtung möglich ist. In gleichem Umfang läßt sich auch die Länge des Blechpakets 21 vergrößern mit dem Ergebnis, daß der auf die Ständerwicklungen 23 wirkende magneti­ sche Fluß größer wird. Mithin steigt auch die Lei­ stung des Generators, obgleich die äußeren Abmes­ sungen unverändert blieben.

In Fig. 1 ist der Klauenpolgenerator 1 mit zwei unterschiedlichen Hälften N und A dargestellt. Die obere Hälfte N zeigt dabei die erfindungsgemäße Ausführungsform mit verlängerten Klauen und verlän­ gertem Blechpaket im Vergleich zu der herkömmlichen Ausführungsform, die in der unteren Hälfte A wie­ dergegeben ist.

Zu erkennen ist, daß das erfindungsgemäße Blechpa­ ket eine Länge Le, auch Eisenlänge genannt, be­ sitzt, die dem 1,5-fachen der herkömmlichen Eisen­ länge eines Blechpakets entspricht. Es hat sich herausgestellt, daß eine Verlängerung bis zum 1,7-fachen möglich ist.

Bei einer solchen Verlängerung der Klauen 17 ergibt sich jedoch das Problem, daß bei hohen Dreh­ zahlen - bedingt durch Zentrifugalkräfte - eine radiale Auf­ weitung stattfindet. Bedingt durch den minimalen Luftspalt zwischen Blechpaket 21 und Klaue 17 führt eine solche Aufweitung zu einer Kollision zwischen Klaue und Blechpaket und damit in den meisten Fäl­ len zu einer Zerstörung des Generators.

Erfindungsgemäß ist deshalb eine Befestigungsvor­ richtung vorgesehen, die nun mit Bezug auf Fig. 2 näher beschrieben wird. Ganz allgemein kommt der Befestigungsvorrichtung die Funktion zu, die auf die Klauenspitzen wirkenden Zentrifugalkräfte auf­ zunehmen, so daß eine Aufweitung verhindert wird.

Aus der Vielzahl der Möglichkeiten sind in Fig. 2 fünf unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer Befestigungsvorrichtung 27 dargestellt.

Eine in Fig. 2 dargestellte, nach außen zeigende Stirnfläche der Platine 15 weist gut sichtbar Nuten 29 auf, in die die permanentmagnetischen Teile 25 eingeschoben sind.

In der Ebene der Stirnfläche endet die Klaue 17, von der in Fig. 2 lediglich die Klauenspitze ge­ strichelt dargestellt ist.

Im Beispiel I umfaßt die Befestigungsvorrichtung 27 eine der Anzahl der Klauen entsprechende Anzahl von länglichen Haltestreifen 31. Deren eines - radial außen liegendes - Ende ist an der Stirnfläche der Klaue 17 angebracht, das andere radial innen lie­ gende Ende ist dagegen an der Platine 15 befestigt. Als besonders vorteilhaft hat sich das Punkt­ schweißen oder das Laserschweißen als Anbringungs­ verfahren herausgestellt. In Fig. 2 sind beispiel­ haft an beiden Enden jeweils zwei Schweißpunkte 33 eingezeichnet. Beim Setzen der Schweißpunkte ist darauf zu achten, daß sie mindestens zwei Millime­ ter entfernt von den permanentmagnetischen Teilen 25 liegen, um deren Magnetisierung nicht zu beein­ trächtigen.

In Beispiel II sind die Haltestreifen 31 durch eine Haltescheibe 35 ersetzt. Sie ist vorzugsweise auf die Antriebswelle 5 aufgebracht und im Randbereich mit den Klauen 17 verbunden. Der Vorteil gegenüber den vorgenannten Haltestreifen liegt einerseits darin, daß der Fertigungsaufwand aufgrund der klei­ neren Anzahl an Schweißstellen geringer ist und an­ dererseits in einer höheren Festigkeit.

Im Beispiel III ist die Haltescheibe 35 zusätzlich mit einem Schweißpunkt an der Platine angebracht. Selbstverständlich sind auch mehrere Schweißpunkte pro Klauenbefestigung möglich. Auf diese Weise läßt sich die Haltescheibe 35 auch so ausbilden, daß sie sich nicht mehr auf der Antriebswelle 5 abstützt. In diesem Fall ist also der Innendurchmesser der Haltescheibe größer als der Außendurchmesser der Antriebswelle.

Allen zuvor genannten Beispielen ist gemeinsam, daß die Befestigungsvorrichtungen 27 aus einem nicht ferromagnetischen Material herstellt sind. Als Ma­ terialien kommen beispielsweise Messing, V2A-Stahl oder andere, nicht ferromagnetische Metalle in Frage.

In den Beispielen IV und V sind nochmals die Befe­ stigungsvorrichtungen 27 der Beispiele 1 und 2 auf­ gegriffen, wobei diese jedoch neben der Befestigung eine weitere Funktion, nämlich die der Belüftung, übernehmen.

Dazu sind, wie in Beispiel IV gezeigt, Belüftungs­ schaufeln 37 an der Haltescheibe 35 ausgebildet. Vorzugsweise wird die Haltescheibe 35 entlang einer Schaufelumrißlinie 39 geschnitten. Die Schaufel 37 läßt sich dann entlang einer Biegekante 41 senk­ recht zur Zeichenebene biegen. Da aufgrund der Be­ lüftungsfunktion größere Kräfte auf die Halte­ scheibe 35 wirken, ist sie mittels mehrerer Schweißpunkte 33 an der Platine 15 angebracht.

Selbstverständlich lassen sich solche Schaufeln auch an Haltestreifen 31 ausbilden, wie in Beispiel V dargestellt. So sind diese Haltestreifen breiter ausgeführt, wobei die im wesentlichen radial ver­ laufenden Randbereiche senkrecht zur Zeichenebene gebogen sind, um somit Schaufeln 37 auszubilden. Zur Erhöhung der Festigkeit sind im Haltestreifen 31 Sicken 43 vorgesehen, die im gezeigten Beispiel schräg zueinander verlaufen.

Mit Hilfe einer solchen Ausgestaltung der Befesti­ gungsvorrichtung ist es auf einfache Art und Weise möglich, einen innenliegenden Lüfter auszubilden.

Neben den gezeigten Schaufelformen sind selbstver­ ständlich auch andere, funktional gleich wirkende Lösungen denkbar.

Claims (5)

1. Klauenpolgenerator mit zwei auf einer Antriebswelle (5) aufgesetzten Polradhälften (13.1, 13.2), die jeweils eine scheibenförmige Platine (15) und klauenförmige, in Umfangs­ richtung beabstandet zueinander angeordnete Magnetpole (17) umfassen, wobei die Magnetpole einer Polradhälfte (13.1) in Zwischenräume der Magnetpole der anderen Polradhälfte (13.2) eingreifen, und mit einer Streuflußkompensation dienenden, permanentmagnetischen Teilen (25), die in den Zwischenräumen auf der Platine (15) vorgesehen sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die Magnetpole (17) sich in Richtung, vorzugsweise bis zum außenliegenden Rand der benachbarten Platine (15) erstrecken, und daß eine Befestigungsvorrichtung (27; 31; 35) vorgesehen ist, die die Magnetpolspitze mit der benach­ barten Platine (15) verbindet.

2. Klauenpolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungsvorrichtung (27) einen Haltestrei­ fen (31) umfaßt, dessen eines Ende an der Magnetpolspitze (17) und dessen anderes Ende an der Platine (15) angebracht, vorzugsweise angeschweißt ist.

3. Klauenpolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungsvorrichtung (27) eine mit einer Platine (15) verbundene Scheibe (35) umfaßt, deren Außen­ durchmesser dem Außendurchmesser der Polradhälfte (13) ent­ spricht, wobei die angrenzenden Magnetpolspitzen (17) an der Scheibe angebracht, vorzugsweise angeschweißt sind.

4. Klauenpolgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (27; 31; 35) Schaufeln (37) aufweist, die als Lüftungsele­ mente dienen.

5. Klauenpolgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Scheibe (35) kreisbogensegmentförmige Bereiche aufweist, die entlang einer radial verlaufenden Kante (41) nach außen gebogen sind und als Lüftungsschaufeln (37) die­ nen.