DE19802784A1

DE19802784A1 - Synchronmaschine, insbesondere Generator für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19802784A1
Application number: DE1998102784
Authority: DE
Inventors: Istvan Ragaly; Juergen Lechner; Alexander Shendi; Hans-Peter Dr Groeter; Sylvain Briand; Alan Dr Syrop
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JPH11275832A; FR2774223A1; DE19802784C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Synchronmaschine, insbesondere Generator für ein Kraftfahrzeug gemäß der Gattung des Hauptanspruches.

Eine Synchronmaschine dieser Art ist aus der DE 89 05 353 U1 bekannt. Dabei sind die Permanentmagnete in den Freiräumen zwischen den gegeneinander ge richteten Klauenpolen mittels Halteplatten gegen die Zentrifugalkräfte gerichtet und so magnetisiert sind, daß sie dem Streufluß entgegenwirken. Die Halteplat ten werden umfangsseitig in Erweiterungen der Klauenpole eingesetzt und fest gelegt, während sie sich der Maschinenmittelachse zugekehrt auf einer unmag netischen Hülse abstützen, die die Erregerspule umschließt. Dieser Einbau der Permanentmagnete erfordert nicht nur einen erheblichen, von der Polzahl der Synchronmaschine abhängigen Teileaufwand, sondern bedingt auch einen erheb lichen Montageaufwand für die Halteplatten. Der Rotor der Synchronmaschine ist daher teuer in seiner Herstellung. Außerdem sind die Permanentmagnete in axialer Richtung nicht eindeutig gegen axiale Stoßkräfte gesichert.

Wie die US 5,543,676 zeigt, ist es auch schon bekannt, U-förmige Perma nentmagnete zwischen Erregerspule und Klauenpole einzuschieben, wobei die Seitenschenkel der Permanentmagnete in die Freiräume zwischen den Klauen polen eingeführt werden. Diese Permanentmagnete reichen nur bis zur axialen Mitte der Freiräume, da von jeder Spitze eines Klauenpols aus ein Permanent magnet eingeschoben wird.

Es ist auch eine mäanderförmige und ringförmige Halterung für die Permanent magnete bekannt, die als Einheit vorgefertigt ist und bei der Montage des Rotors auf den Polkern mit der Erregerwicklung aufgeschoben wird, bevor von beiden axialen Enden her die Polplatinen mit ihren Klauenpolen angebracht werden. Da bei werden die Klauenpole in die axial offenen Aufnahmen der Halterung einge führt, wie die UK 2 281 665 A zeigt. Diese bekannte Halterung ist im Aufbau kompliziert und aufwendig in der Herstellung. Zudem sind die Permanentmag nete und auch die Halterung selbst nicht eindeutig gegen Zentrifugalkräfte und axiale Stoßkräfte gesichert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, für eine Synchronmaschine der eingangs erwähn ten Art eine Halterung für die Permanentmagnete zu schaffen, die einfach im Aufbau und leicht sowie kostengünstig herstellbar ist, dabei aber in einfacher Weise bei der Montage des Rotors radial und axial eindeutig festlegbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Halterung zwei mäanderartig ausgebildete, unmagnetische Haltehülsen aufweist, die im Anschluß an die beiden Polplatinen eingesetzt sind und in axialer Richtung eine Breite aufweisen, die gleich oder kleiner ist als die Hälfte der axialen Abmessung des Erregersystems, daß die Haltehülsen in Umfangsrichtung eine Anzahl von Abschnitten mit einer ersten Außenaufnahme für den Wurzelbereich eines Klauenpoles der zugekehrten Polplatine, eine erste Innenaufnahme mit einem ersten Permanentmagneten, eine zweite Außenaufnahme für den Spitzenbereich eines Klauenpoles der abgesetzten Polplatine und eine zweite Innenaufnahme mit einem zweiten Permanentmagneten aufweist, und daß die Anzahl der Abschnitte der halben Anzahl der Klauenpole entspricht.

Die beiden Haltehülsen können vorab mit den Permanentmagneten bestückt wer den, bevor sie auf eine Polplatine mit ihren Klauenpolen axial aufgeschoben wird. Die Polplatinen bilden mit den aufgeschobenen Haltehülsen Einheiten, die bei der Montage des Rotors an dem vorgefertigten Erregersystem angebracht werden. Die Haltehülsen werden in den Polplatinen festgelegt. Die Permanent magnete sind gegen Zentrifugalkräfte gesichert, da die Böden der Innenauf nahmen die Permanentmagnete radial abstützen, so daß diese nur auf Druck beansprucht werden. Es können daher Ferrit- oder SE-Magnete eingesetzt wer den, deren Druckfestigkeit wesentlich höher ist als ihre Zugfestigkeit.

Mit der Vormontage der Permanentmagnete in die Haltehülsen und die Zusam menfassung der Haltehülsen mit den Permanentmagneten mit jeweils einer der Polplatinen zu zwei Einheiten, wird die Montage des Rotors wesentlich verein facht und erleichtert, da der Einbau dieser Einheiten in den Montageablauf des Rotors einfach integriert werden kann. Dabei können die Haltehülsen mit ihren Permanentmagneten vorgefertigt werden. Vor dem Anbringen der Polplatinen an dem Erregersystem brauchen die Haltehülsen mit den Permanentmagneten nur auf die Polplatinen mit den Klauenpolen aufgeschoben und daran unmittelbar im Anschluß an die Polplatine festgelegt zu werden. Die Halterung umfaßt nur zwei einfach und kostengünstig herstellbare Haltehülsen, die einheitlich ausgebildet und nur um 180° gewendet in dem Rotor angeordnet sind.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Haltehülsen aus nichtferro magnetischem, schweißbarem Werkstoff, wie Edelstahl, Messing, Bronze oder Aluminium, bestehen und mit den Klauenpolen verschweißt sind. Die Haltehül sen sind auf diese Weise schnell und eindeutig an der Polplatine positioniert und fest angebracht. Die Verschweißung wird dadurch erleichtert, daß die ersten Außenaufnahmen für die Wurzelbereiche der Klauenpole der Haltehülsen mit den Innenseiten der Klauenpole verschweißt sind.

Da die Klauenpole sich verändernden Querschnitt aufweisen können, sieht eine Weiterbildung vor, daß die Breite und Tiefe der Außenaufnahmen der Haltehül sen an die Abmessungen der zugekehrten Bereiche der Klauenpole angepaßt sind und daß die Innenaufnahmen der Haltehülsen mit quaderförmigen Perma nentmagneten ausgefüllt sind.

Bei der Verwendung identischer Haltehülsen ist vorgesehen, daß sie um 180° gewendet an den beiden Polplatinen festgelegt und in Umfangsrichtung so ausgerichtet sind, daß jede Außenaufnahme für einen Wurzelbereich eines Klauenpols in eine Außenaufnahme für einen Spitzenbereich eines Klauenpols übergeht.

Die Festlegung der Permanentmagnete in den Innenaufnahmen der Haltehülsen kann durch Verkleben, Vergießen, Formschluß oder Kraftschluß erfolgen.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß sich bei Klauenpolen, die sich zur Spitze hin verjüngen, die ersten Außenaufnahmen der Haltehülsen für die Wur zelbereiche der Klauenpole entsprechend zur axialen Mitte des Erregersystems hin verjüngen und daß sich die zweiten Außenaufnahmen für die Spitzenbereiche der Klauenpole zur axialen Mitte des Erregersystems hin entsprechend erweitern.

Damit sind automatisch auch die Innenaufnahmen mit den Permanentmagneten auf die Freiräume zwischen den gegeneinander gerichteten Klauenpolen der bei den Polplatinen ausgerichtet und belegen diese beim zusammengebauten Rotor. Jeder Freiraum ist daher mit zwei hintereinander angeordneten, durch die beiden Haltehülsen gehaltenen Permanentmagnete belegt.

Nach einer Ausgestaltung kann die Synchronmaschine so aufgebaut sein, daß die Haltehülsen im Bereich der ersten Außenaufnahmen für die Klauenpole an den Außendurchmesser des Erregersystems angepaßt sind und daß der Außen durchmesser der Haltehülsen im Bereich der ersten und zweiten Innenaufnahmen mit den Permanentmagneten dem Außendurchmesser der Klauenpole entspricht.

Der Aufbau kann jedoch auch so vorgenommen werden, daß der Rotor für eine Außenpolmaschine ausgebildet ist, daß die Haltehülsen im Bereich der ersten Außenaufnahmen für die Klauenpole an den Außendurchmesser des Innen-Sta tors angepaßt sind und daß der Außendurchmesser der Haltehülsen im Bereich der ersten und zweiten Innenaufnahmen mit den Permanentmagneten dem Außendurchmesser der Klauenpole entspricht.

Zur Verbesserung der Kühlung der Synchronmaschine ist vorgesehen, daß die beiden Haltehülsen in der Mitte des Erregersystems einen Luftspalt freilassen.

Um den kritischen Querschnitt im Wurzelbereich der Klauenpole zu vergrößern, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, daß die Innenaufnahmen der Haltehülsen entsprechend den Neigungen der Freiräume verschränkt sind.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispiels einer Synchronmaschine mit Innen-Rotor näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung zwei identische Haltehülsen, die in der Montagestellung ausgerichtet sind,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Rotor mit den eingebauten Haltehül sen,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Rotor entlang der Linie A-A nach Fig. 2 und

Fig. 4 eine Draufsicht auf den fertig montierten Rotor.

Für den Einbau der Permanentmagnete zur Kompensation des Streuflusses in einen Rotor sind zwei Haltehülsen 10 und 10' nach Fig. 1 erforderlich. Diese mäanderförmig gewellten Haltehülsen 10 und 10' sind identisch ausgebildet und gegeneinander um 180° gedreht und weisen eine axiale Breite 15 auf, die gleich oder kleiner ist als die halbe axiale Abmessung des Erregersystems mit der Rotorwelle 20, dem Polkern 21 und der Erregerspule 22, wie dem Schnitt nach Fig. 2 zu entnehmen ist. Bei einem 12-poligen Rotor haben die Haltehülsen 10 und 10' umfangsseitig sechs Abschnitte A bzw. A'. Jeder Abschnitt A bzw. A' hat, von den axialen Enden des Rotors aus betrachtet, im Uhrzeigersinn eine erste Außenaufnahme 11 bzw. 11' für einen ihnen zugekehrten Wurzelbereich eines Klauenpols 25 bzw. 27, eine erste Innenaufnahme 12 bis 12' für einen Permanentmagneten 30, eine zweite Außenaufnahme 13 bzw. 13' für einen Spitzenbereich eines Klauenpols 25 bzw. 27 und eine zweite Innenaufnahme 14 bzw. 14' für einen Permanentmagneten 30. Im Einbauzustand sind die beiden Haltehülsen 10 und 10' so ausgebildet, daß die ersten Außenaufnahmen 11 der ersten Haltehülse 10 axial in die zweiten Außenaufnahmen 13' der zweiten Haltehülse 10' übergehen. Damit ist auch sichergestellt, daß die ersten Außenaufnahmen 11' der zweiten Haltehülse 10' in die zweiten Außenauf nahmen 13 der ersten Haltehülse 10 übergehen. Die Innenaufnahmen 12 und 14 der ersten Haltehülse 10 gehen in die Innenaufnahmen 12' und 14' der zweiten Haltehülse 10' über.

Die Breite und die Tiefe der Außenaufnahmen 11, 11', 13 und 13' sind an die zugekehrten Bereiche der Klauenpole 25 und 27 angepaßt, die sich in axialer Richtung sowohl in der Breite als auch in der Dicke verändern, wie dem Quer schnitt nach Fig. 3 und der Draufsicht nach Fig. 4 zu entnehmen ist.

In die Innenaufnahmen 12, 12', 14 und 14' werden Permanentmagnete 30 von etwa gleicher Länge 15 eingesetzt, die durch Verkleben, Vergießen, Formschluß oder Kraftschluß darin gehalten werden. Die so vorgefertigten Haltehülsen 10 und 10' werden axial von der Seite mit den Klauenpolen aus jeweils auf die Klauenpole 25 bzw. 27 der Polplatinen 24 und 26 aufgeschoben, bis sie an diesen anliegen. Zur Fixierung können die Haltehülsen 10 und 10' im Bereich der ersten Außenaufnahmen 11 bzw. 11' mit den Klauenpolen 25 bzw. 27 ver schweißt werden, wie die Schweißstellen 16 nach Fig. 3 erkennen lassen. Dazu sind die Haltehülsen 10 und 10' aus nichtferromagnetischem, schweißbarem Werkstoff, wie Edelstahl, Messing, Bronze oder Aluminium, herstellt. Sind die Polplatinen 24 und 26 mit den Haltehülsen 10 und 10' und den Permanentmag neten 30 zu zwei Einheiten zusammengesetzt, dann werden sie an das fertig montierte Erregersystem angebracht. Dabei ist die eingangs beschriebene um fangsseitige Ausrichtung der Polplatinen 24 und 26 und Haltehülsen 10 und 10' zu beachten, damit die in Fig. 4 erkennbare Endstellung eingenommen werden kann, in der die Klauenpole 25 und 27 die ineinander übergehenden Außenauf nahmen 11 und 13' bzw. 11' und 13 belegen, während die ineinander überge henden Innenaufnahmen 12 und 12' bzw. 14 und 14' mit den eingesetzten Per manentmagneten 30 die Freiräume zwischen den Klauenpolen 25 und 27 aus füllen. Dabei können die Permanentmagnete 30 auch paarweise zusammenge faßt sein, wie im Querschnitt nach Fig. 3 mit bogenförmigen Verbindungslinien angedeutet ist. Die Verbindung der beiden Permanentmagnete erfolgt dabei im Bereich der Polplatinen 24 und 26, wo die beiden Innenaufnahmen 12 und 14 bzw. 12' und 14' aufeinander zulaufen. Dabei können die Innenaufnahmen auch entsprechend der Neigungen der Freiräume verschränkt sein, um den kritischen Querschnitt im Wurzelbereich der Klauenpole 25 und 27 zu vergrößern.

Wie die Draufsicht nach Fig. 4 zeigt, entsteht in der axialen Mitte des Erreger systems zwischen den Haltehülsen 10 und 10' mit den Permanentmagneten 30 ein Luftspalt 17, um axiale Toleranzen beim Einbau der Haltehülsen 10 und 10' in die Polplatinen 24 und 26 abfangen zu können. Dieser Luftspalt 17 bringt zudem eine Verbesserung der Kühlung der Synchronmaschine.

Die ersten Außenaufnahmen 11 und 11', die diesen Wurzelbereich der Klauen pole 25 und 27 aufnehmen, sind im Innendurchmesser an den Außendurchmes ser des Erregersystems angepaßt, während die ersten und zweiten Innenauf nahmen 12, 14 und 12', 14' mit ihrem Außendurchmesser an den Außendurch messer der Klauenpole 25 und 27 angepaßt sind, so daß sie umfangsseitig nicht über diese hinausragen, vorzugsweise bündig mit diesen abschließen.

Ist der Rotor als Außen-Rotor ausgebildet, dann umschließt der Außen-Rotor den Innen-Stator und die ersten Außenaufnahmen 11 und 11' sind mit dem Innen durchmesser an den Außendurchmesser des Innen-Stators angepaßt.

Claims

1. Synchronmaschine, insbesondere Generator für ein Kraftfahrzeug, mit einem Erregersystem aus einer Vielzahl elektrisch erregter "Einzel pole" im Rotor, in Form von durch zumindest eine gemeinsame Erre gerspule erregten Klauenpolen, bei der zur Kompensation des magne tischen Streuflusses in die Freiräume zwischen den axial gegen einander gerichteten Klauenpolen der an den axialen Enden des Rotors angebrachten Polplatinen Permanentmagnete eingebracht sind, welche von einer Halterung gegenüber Zentrifugalkräften abgestützt und von dieser gehalten sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterung zwei mäanderartig ausgebildete unmagnetische Haltehülsen (10, 10') aufweist, die jeweils axial auf die Klauenpole (25, 27) der Polplatinen (24, 26) aufgesetzt sind und in axialer Richtung eine Breite aufweisen, die gleich oder kleiner ist als die Hälfte der axialen Abmessung des Erregersystems (21, 22),
daß die Haltehülsen (10, 10') in Umfangsrichtung eine Anzahl von wiederholt aufeinanderfolgende Abschnitte (A, A') mit einer ersten Außenaufnahme (11 bzw. 11') für den Wurzelbereich dieser Klauen pole (25 bzw. 27) den ihnen zugekehrten Polplatine (24 bzw. 26), eine erste Innenaufnahme (12 bzw. 12') mit einem ersten Permanent magneten (30), eine zweite Außenaufnahme (13 bzw. 13') für den Spitzenbereich der Klauenpole (27 bzw. 25) der anderen Polplatine (26 bzw. 24) und eine zweite Innenaufnahme (14 bzw. 14') mit jeweils einem zweiten Permanentmagneten (30) aufweist, und
daß die Anzahl der Abschnitte (A, A') der halben Anzahl der Klauen pole (25 bzw. 27) entspricht.

2. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltehülsen (10, 10') aus nichtferromagnetischem, schweiß barem Werkstoff, wie Edelstahl, Messing, Bronze oder Aluminium, be stehen und mit den Klauenpolen (25, 27) verschweißt sind.

3. Synchronmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Außenaufnahmen (11 bzw. 11') für die Wurzelbereiche der Klauenpole (25, 27) der Haltehülsen (10, 10') mit den Innenseiten der Klauenpole (25, 27) verschweißt (16) sind.

4. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite und Tiefe der Außenaufnahmen (11, 11', 13, 13') der Haltehülsen (10, 10') an die Abmessungen der zugekehrten Bereiche der Klauenpole (25, 27) angepaßt sind und
daß die Innenaufnahmen (12, 12', 14, 14') der Haltehülsen (10, 10') mit quaderförmigen Permanentmagneten (30) ausgefüllt sind.

5. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Haltehülsen (10, 10') identisch ausgebildet und um 180° gewendet in die zugeordneten Polplatinen (24, 26) eingesetzt sind und
daß sie in Umfangsrichtung so ausgerichtet sind, daß jede erste Außenaufnahme (11 bzw. 11') für einen Wurzelbereich eines Klau enpols (25, 27) in eine zweite Außenaufnahme (13' bzw. 13) für einen Spitzenbereich eines Klauenpoles (25, 27) übergeht.

6. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (30) vor dem Einbau der Haltehülsen (10, 10') in die Polplatinen (24, 26) mit ihren Klauenpolen (25, 27) durch Verkleben, Vergießen, Formschluß oder Kraftschluß in den Innenauf nahmen (12, 12', 14, 14') der Haltehülsen (10, 10') festgelegt sind.

7. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß sich bei Klauenpolen (25, 27), die sich zur Spitze hin verjüngen, die ersten Außenaufnahmen (11, 11') der Haltehülsen (10, 10') für die Wurzelbereiche der Klauenpole (25, 27) entsprechend zur axialen Mitte des Erregersystems (21, 22) hin verjüngen und
daß sich die zweiten Außenaufnahmen (13, 13') für die Spitzenbe reiche der Klauenpole (25, 27) zur axialen Mitte des Erregersystems (21, 22) hin entsprechend erweitern.

8. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Haltehülsen (10, 10') im Bereich der ersten Außenaufnahmen (11, 11') für die Klauenpole (25, 27) an den Außendurchmesser des Erregersystems (21, 22) angepaßt sind und
daß der Außendurchmesser der Haltehülsen (10, 10') im Bereich der ersten und zweiten Innenaufnahmen (12, 12', 14, 14') mit den Per manentmagneten (30) höchstens dem Außendurchmesser der Klauen pole (25, 27) entspricht.

9. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor für eine Außenpolmaschine ausgebildet ist,
daß die Haltehülsen (10, 10') im Bereich der ersten Außenaufnahmen (11, 11') für die Klauenpole (25, 27) an den Außendurchmesser des Innen-Stators angepaßt sind und
daß der Außendurchmesser der Haltehülsen (10, 10') im Bereich der ersten und zweiten Innenaufnahmen (12, 12', 14, 14') mit den Per manentmagneten (30) dem Außendurchmesser der Klauenpole (25, 27) entspricht.

10. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Haltehülsen (10, 10') in der Mitte des Erregersystems einen Luftspalt (17) freilassen.

11. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenaufnahmen (12, 12', 14, 14') der Haltehülsen (10, 10') entsprechend den Neigungen der Freiräume verschränkt sind.