DE3934411A1 - Wechselstromgenerator - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Wechselstromgenerator dieser Art (DE-OS 37 04 156) ist der in der Ständerbohrung sitzen­ de Läufer als sogenannter Klauenpolläufer ausgebil­ det, wobei die beiden die aufeinander zu gerichteten Klauenfinger tragenden Polräder zwischen sich die ringspulenförmige Erregerwicklung einschließen. Da je­ des Polrad klauenartig ausgebildete, parallel zur Läu­ ferwelle bzw. zum Ständerpaket verlaufende Pole auf­ weist, greifen diese wechselseitig ineinander, so daß bei einer speziellen Ausführungsform eines Drehstrom­ generators für die Bordnetzversorgung von Kraftfahr­ zeugen u. dgl. jedes Polrad über insgesamt sechs Klau­ enfinger verfügt, wodurch insgesamt zwölf Pole gebil­ det sind. Dabei besteht von Pol zu Pol ein Kraftlinien­ feld, das beim Umlauf die in diesem Fall vorgesehenen drei Stränge der Ständerwicklung schneidet. Da bei solchen Klauenpolgeneratoren das Problem einer elek­ tromagnetisch angeregten Geräuschbildung besteht, was hauptsächlich auf die von den Klauenfingern ausgehen­ de Magnetfeldbildung zurückzuführen ist, sind bei dem bekannten Klauenpolgenerator zur Reduzierung der mag­ netischen Geräuschbildung die einzelnen Klauenpole beider Polräder in ihrer Form so verändert, daß deren äußere Oberflächen in Drehrichtung gesehen einen mehr­ stufigen Übergang zum rückwärtigen Rand aufweisen, wobei jede Stufe von einer ebenen Fläche gebildet ist und die stärker ablaufenden Flächen einen größeren Neigungswinkel zur Oberflächentangente aufweisen. Hierdurch ergibt sich zwar ein wesentlicher Beitrag zur Geräuschminderung, die unterschiedliche Bearbei­ tung der beiden mindestens vorgesehenen Flächen kann aber umständlich sein, bei weiter bestehender Möglich­ keit, die Geräuschreduzierung noch zu optimieren.

Bei einem vergleichbaren Wechselstromgenerator (US-PS 32 71 606) ist es allgemein bekannt, die äußere Ober­ fläche der Klauenpole beider Polräder zu ihrem rück­ wärtigen Rand mit einem zunehmend größeren Luftspalt zur Ständerbohrung zu versehen, so daß sich dieser Luftspalt von der Mittellinie jedes Klauenpols aus­ gehend nach rückwärts bei beiden Polrädern progressiv und einem nicht kreisförmigen Verlauf folgend vergrö­ ßert. Andererseits ist es aber nicht auszuschließen, daß durch diese hierdurch natürlich in Kauf zu nehmen­ de Vergrößerung auch des mittleren Luftspalts zwar die magnetische Geräuschbildung eine Verringerung erfährt, jedoch die sich hierdurch gleichfalls er­ gebende magnetische Widerstandsvergrößerung die Leistung des Generators zu stark im negativen Sinne beeinflußt.

Es ist daher ferner schon bekannt (US-PS 37 14 484), die Klauenpole eines solchen Wechsel- oder Drehstrom­ generators so zu gestalten, daß diese, in Drehrich­ tung des Klauenpolrotors gesehen mit ihrem rückwär­ tigen Bereich eine in sich verdrehte Oberfläche bil­ den, um so einen Kompromiß zwischen Geräuschreduzie­ rung und Leistungsverlust beim Generator zu erreichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem solchen Wechselstromgenerator, dessen Läufer Polräder mit klauenpolartigen Er­ streckungen aufweist, worunter im übrigen auch so­ genannte Leistückläufer zu verstehen sind, so aus­ zubilden, daß einerseits die Entstehung magnetischer Geräusche durch eine optimierte Formgebung der Klauenpole in selektiver Gestaltung entscheidend reduziert wird, andererseits aber die Leistungs­ abgabe des Generators nur minimal beeinflußt wird und auch die Bearbeitungskosten innerhalb eines sinnvollen Rahmens verbleiben.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Hauptanspruchs und hat den Vor­ teil, daß der bisher nicht überwindbare Hauptnachteil eines erheblichen Leistungsverlusts dadurch entschei­ dend minimiert bzw. vollständig beseitigt wird, daß nur die sich auf einem der Polräder bzw. die nur an einer Polradhälfte (A- oder B-Seite, wenn man die Läu­ ferkonfiguration eines Klauenpolläufers als von einem einzigen Polrad gebildet ansehen möchte) befindli­ chen Klauen an ihrer ablaufenden Kante nachgeformt sind, während die Klauenpole der anderen Polradhälfte (oder des anderen Polrads) vollständig unverändert bleiben, so daß praktisch der volle magnetische Kraftfluß mit geringfügiger Luft­ spaltschwächung zum Statorpaket erhalten bleibt.

Da also entsprechend vorliegender Erfindung nur an einem der beiden einen Klauenpolläufer bildenden Pol­ räder - und bei der nachfolgenden Beschreibung wird zur besseren Übersichtlichkeit grundsätzlich von die­ ser Sprachregelung ausgegangen - die zugehöri­ gen Klauenflächen geringfügig verringert werden, ande­ rerseits aber der ursprüngliche Klauenabstand nicht verkleinert wird, also die Klauen in ihrer symmetri­ schen Anordnung verbleiben, ist die erfindungsgemäße Lösung sowohl hinsichtlich Leistung als auch Geräusch­ minderung optimal, auch dann, wenn mit nunmehr unter­ schiedlichen Polrädern, unterschiedlich hinsichtlich der Klauenausbildung an ihren Oberflächen, gearbeitet werden muß.

Dabei ist ferner vorteilhaft, daß die Änderung des Oberflächenverlaufs im Bereich der ablaufenden Kante jedes zweiten Klauenpols in Drehrichtung gesehen erst weit im hinteren Teil erfolgt und einer einfachen Kur­ venform folgen kann, vorzugsweise einer Geraden, so daß die Bearbeitung ohne größere Werkzeugkosten möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen des im Anspruch 1 angegebenen Wechselstromgene­ rators möglich. Besonders vorteilhaft ist die Nachfor­ mung der Klauen nur des einen Polrads um eine halbe Nutteilung, bezogen auf die Nutzahl des Stators, da­ bei geradlinig einer Linie oder einer Kurve folgend an der ablaufenden Kante.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, diese Nach­ formung entweder achsparallel oder mit einem kleinen Winkel aus dem Schnittpunkt heraus bis zur Spitze zu führt, wobei die Klauen am zweiten Polrad stets unver­ ändert bleiben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Teilschnittdarstel­ lung einen im Bereich des Klauenpolläufers entsprechend vorliegender Erfindung modifizier­ ten Klauenpol-Drehstromgenerator;

Fig. 2 eine Teilansicht lediglich des durch die Er­ findung geänderten Polrads einen Klauenpolro­ tors von der Klauenpolseite her und

Fig. 3 schematisch eine Teilabwicklung lediglich der Klauen beider Polräder eines Klauenpolläufers mit der durch die Erfindung erkennbaren Ände­ rung der Klauenpolform des einen, nämlich in der Zeichenebene rechten Polrads.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, nur die an einem der beiden einen Klauenpolläufer zu­ sammen mit dem eingeschlossenen Polkern bildenden Pol­ räder die Klauen an der ablaufenden Kante einer be­ sonderen Form einer Bearbeitung zu unterwerfen, wobei empirische Untersuchungen erge­ ben haben, daß sich in diesem Fall sowohl eine Opti­ mierung hinsichtlich der Leistungsausbeute als auch der Geräuschminderung erzielen läßt.

Da der grundsätzliche Aufbau eines Wechselstromgene­ rators, auch in der Form eines Klauenpolgenerators mit zwischen den beiden Polrädern eingeschlossenem und die über Schleifringe gespeiste Erregerwicklung tragendem Innenpol, hinreichend bekannt ist, braucht auf dessen Aufbau nur noch so weit eingegangen zu werden, wie zur Klarstellung vorliegender Erfindung erforderlich. Ent­ sprechend der Darstellung der Fig. 1 ist der Stator 11 des Wechselstromgenerators, genauer Klauenpolgene­ rators 10 mit seinen Wicklungsköpfen 11a beidseitig in Einpässen von das Generatorgehäuse bildenden A-La­ gerschild 12a und B-Lagerschild 12b gehalten, wo­ bei die beiden Lagerschilde auch die beidseitigen Läu­ ferwellenlager, von denen in der Zeichnung der Fig. 1 nur das linksseitige Lager 13 erkennbar ist, enthal­ ten. Die Läuferwelle 14 trägt den Klauenpolläufer 15, der aus dem B-seitigen Polrad 16a, dem A-seitigen Pol­ rad 16b sowie einem in der Zeichnung nur teilweise er­ kennbaren Innenpol mit Erregerwicklung 17 besteht, der über Schleifringe 18 der Erregerstrom zugeführt ist. Die Stromzuführung zu den beiden Schleifringen 18 er­ folgt über federvorgespannte Kohlebürsten 19.

Es sei darauf hingewiesen, daß bisher und auch in der nachfolgenden Beschreibung speziell auf einen solchen Klauenpolgenerator eingegangen wird, der darüber hinaus in seiner speziellen Dimensionierung über 36 Ständer­ nuten (N = 36) und jeweils 6 Klauen an jedem Polrad verfügt, so daß sich insgesamt 12 Pole (6 Nord- und 6 Südpole) ergeben. Eine Nutteilung beträgt in diesem Falle 360°/36, so daß sich t = 10° ergibt. Die Erfindung ist auf eine solche Ausführungsform na­ türlich nicht beschränkt, sondern umfaßt jeden be­ liebigen Wechsel- oder Drehstromgenerator mit klauen­ artig ineinander greifenden Läuferkonfigurationen je­ der beliebigen Nutteilung und Klauenpolanzahl, darin eingeschlossen auch sogenannte Leitstückläufer, die als eine Sonderbauform von Klauenpolgeneratoren ange­ sehen werden können, wobei bei diesen Generatoren le­ diglich die Erregerwicklung mit ringförmigen Leit­ stücken für den Magnetfluß feststeht.

In Fig. 2 ist das grundsätzlich beliebig ausgewählte und der erfindungsgemäßen Modifikation unterworfene A-seitige Polrad 16b im Ausschnitt von den Spitzen der Klauenpole aus gesehen gezeigt; es ist mit seiner zentralen Bohrung 20 in geeigneter Weise auf der Läu­ ferwelle 14 festgelegt, z. B. durch Verstemmen von Polradmaterial angrenzend an einen Rändel- oder Ring­ nutenbereich der Läuferwelle 14. Jedes Polrad 16a, 16b verfügt, jedenfalls abgestellt auf die weiter vorn schon anhand numerischer Angaben erläuterte speziel­ le Ausführungsform eines prehstromgenerators,über sechs auf seinem Umfang gleichmäßig verteilte Klauen­ pole, wovon in Fig. 2 die Klauenpole 22a, 22b, 22c dargestellt sind. Das Polrad 16b und die von ihm ge­ bildeten Klauenpole können aus einem einzigen Stück magnetisierbaren Materials bestehen, sie können aber auch aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein.

Im Prinzip verlaufen die im wesentlichen zur Läufer­ welle 14 parallel ausgerichteten Klauenpole jedes Pol­ rads in ihrer Längserstreckung V- bzw. trapezförmig und haben ihre größte Breite im Übergangsbereich zur Scheibenform des Polrads, der in Fig. 2 mit 23 be­ zeichnet ist. In diesem Bereich weisen die Klauenpole auch ihre größte Dicke auf, d. h. die Klauenpole verjün­ gen sich, wie die Fig. 2 in Verbindung mit der per­ spektivischen Darstellung der Fig. 1 auch deutlich er­ kennen läßt, jeweils nach ihrem freien Ende hin. Al­ lerdings sind von dieser grundsätzlichen Konfiguration auch Abweichungen möglich.

Bevor auf die Ausführungsform vorliegender Erfindung eingegangen wird, werden anhand des Klauenpols 22a in Fig. 2, der bewußt zur Erleichterung des Verständnis­ ses der Erfindung eine übliche Ausführungsform nach dem Stand der Technik darstellt, noch einige bei der Klauenpolausbildung übliche Einzelheiten erläutert. So verläuft die äußere, mit der Ständerbohrung den Luftspalt bildende Oberfläche 24 jedes Klauenpols sinnvollerweise kreisförmig, dabei dem Bohrungsrund der Ständerbohrung folgend, wobei es auch nach dem Stand der Technik üblich ist, die ablaufende Kante in unterschiedlicher Ausführungsform abfallend auszu­ bilden, wie weiter vorn schon erläutert. Die Dreh­ richtung sei entsprechend dem Pfeil A im Gegenuhr­ zeigersinn angenommen; zwischen jedem Klauenpol 22a, 22b, 22c jedes Polrads ergeben sich angenähert halb­ kreisförmige Einschnitte 25, wie auch sehr gut der perspektivischen Darstellung der Fig. 1 entnommen wer­ den kann.

Die entsprechend vorliegender Erfindung realisierte Nachformung bzw. Materialwegnahme im Bereich der ab­ laufenden Kante jedes Klauenpols ausdrücklich aller­ dings nur bei einem der Polräder, hier des Polrads 16b, (s. Fig. 3) beginnt an einem aus der Mitte des Polrads nach hinten versetzten Punkt R, der sich entsprechend einer be­ vorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung dadurch auffinden läßt, daß man von der hintersten, ablau­ fenden Kante um eine halbe Nutteilung t/2 in Dreh­ richtung des Klauenpolrotors fortschreitet. Bei einem Klauenpolgenerator der weiter vorn angegebenen Dimen­ sion beträgt die halbe Nutteilung t/2 = 5°. Von dem Punkt R ausgehend wird dann jeder Klauenpol einer ge­ radlinig verlaufenden Linie S oder auch einem Kurven­ verlauf T folgend nachgearbeitet, nämlich durch Mate­ rialwegnahme so abgeschrägt, daß sich diese ablaufende Kante der vorgegebenen Linie oder Kurvenform folgend von der Ständerbohrung entfernt, bis sie am Punkt B (vgl. Fig. 3) wieder in die weiter schon erwähnte all­ gemeine Kreisform 25 übergeht. Die Nachformung bzw. Materialwegnahme kann dabei aus dem Schnittpunkt R nach vorn zur Klauenpolspitze entweder einer achsparallelen Linie L oder mit einem kleinen Winkel α versetzt hier­ zu schräg verlaufend entsprechend der Linie L′ wie bei dem Klauenpol 22c′ der Fig. 3 gezeigt erfolgen. Stets ergibt daher der in Fig. 3 gestrichelte Bereich jedes zu dem einen Polrad 16b gehörenden Klauenpols einen gegenüber der allgemeinen, dem Radius der Ständerboh­ rung angenähert, folgenden Oberflächenform 24, mit einem Winkel von β ≅ 45° durch Materialwegnahme steil ab­ fallenden Kantenteil.

Folgt die Nachformung nicht der geradlinigen Linie S, wie die Detailzeichnung oberhalb der Klauenpolabwick­ lung in Fig. 3 zeigt, sondern einer Kurvenform, dann fällt diese anfänglich noch wesentlich stärker, ver­ glichen mit dem Abfallwinkel von β ≅ 5° ab; in bei­ den Fällen ergibt sich jedoch eine vergleichsweise einfache Bearbeitung dieser ablaufenden Kante, wobei wohlgemerkt nur die Klauen an diesem Polrad die für den Fachmann aus der Schemastruktur der Fig. 3 gut er­ kennbare Nachformung aufweisen, während die Klauen am zweiten Polrad stets unverändert bleiben, also die Form beibe­ halten, die die Klaue 22a in Fig. 2 zeigt, wobei noch­ mals darauf hingewiesen wird, daß dies lediglich zum besseren Verständnis in der Zeichnung so gehandhabt ist, denn sämtliche Klauen eines Polrades werden ent­ sprechend der erfindungsgemäßen Anweisung nachgeformt.

Bezogen auf das spezielle Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit einem Klauenpolgenerator der weiter vorn angegebenen Dimensionen ergibt sich für den Winkelabstand zwischen jeweils identischen Punkten auf benachbarten Klauen des gleichen Polrades, beispielsweise der hinte­ ren Kante der Winkel γ = 60° (bei sechs Klauen je Polrad), so daß man den Schnittpunkt R im Winkelabstand zu Δ = 65° = γ + t/2 bestimmen kann, wie in der Zeich­ nung angegeben. Diesem Abstand entspricht dann die Sehne C′ mit entsprechendem Bogen D′, wobei die Sehne C und der Bogen D dem Winkelabstand γ entsprechen.

In der Zeichnung der Fig. 3 sind dann noch zwei weitere Sehnen- und Bogenmaße angegeben, nämlich die Sehne C′′ mit dem entsprechenden Bogen D′′, die den Abstand ablau­ fender äußerer Kanten zweier benachbarter Klauenpole angeben, sowie das Sehnenmaß C′′′ und das entsprechende Bogenmaß D′′′, die den Abstand der ablaufenden Kante eines nichtbearbeiteten Klauenpols zum Schnittpunkt R eines bearbeiteten Klauenpols angeben. In numeri­ schen Maßen ergeben sich bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel bei einem Stator-Innenpoldurchmesser von D1i = 104 mm für die Sehnen- bzw. Bogenmaße die fol­ genden Werte, die hier lediglich der Vollständigkeit halber angegeben werden:

Sehne C|= 52,00 mm
Bogen D	54,45 mm
Sehne C′	= 55,88 mm
Bogen D′	= 58,99 mm
Sehne C″	= 26,92 mm
Bogen D″	= 27,23 mm
Sehne C″′	= 31,27 mm
Bogen D″′	31,76 mmm

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (8)

1. Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenera­ tor für die Bordnetzversorgung von Kraftfahrzeugen, Motorrädern, Bussen, Bahnen und sonstigen bewegli­ chen Einheiten, mit Gehäuse (A-Lagerschild; B-Lager­ schild) in diesem angeordneten Ständer und in der Ständerbohrung koaxial gelagertem und rotierendem Klauenpolläufer, der über seinen Umfang gleichmäßig verteilte, wechselseitig ineinander greifende und von jeweils einem Polrad ausgehende Klauenpole auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Klauen (22b, 22c) eines der beiden Polräder (16a, 16b) an ihrer ablaufenden Kante eine für sich gese­ hen bekannte Absenkung gegenüber der Ständerbohrung aufweisen.

2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei unverändert belassenen Klauen­ formen am zweiten Polrad (16a) der Beginn der Absen­ kung um eine halbe Nutteilung (t/2) an einem Schnittpunkt (R) von der hinteren ablaufenden Kante aus gesehen beginnt.

3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Absenkung vom Schnitt­ punkt (R) ausgehend an der ablaufenden Kante achs­ parallel zur Läuferwelle (14) oder hierzu um einen Winkel (α) versetzt nach innen zur Klauenpolspitze zulaufend verläuft.

4. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung oder Nachformung an der ablaufenden Kante in der Rich­ tung einer Luftspaltvergrößerung mit Bezug auf die Ständerbohrung einer geradlinigen Linie folgt.

5. Wechselstromgenerator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung oder Nachformung an der ablaufenden Kante in der Rich­ tung einer Luftspaltvergrößerung mit Bezug auf die Ständerbohrung einem vorgegebenen Kurvenverlauf (T) folgt.

6. Wechselstromgenerator nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verlauf der geradli­ nigen, die Absenkung in Richtung einer Vergröße­ rung des Luftspalts bestimmenden Linie (S) einem vorgegebenen Winkel (β) zur senkrechten bzw. zur mittleren Oberflächentangente folgt bzw. bei einer vorgegebenen Kurvenform (T) größer als der Winkel (β) ist.

7. Wechselstromgenerator nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkel β = 45° beträgt.

8. Wechselstromgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ lauf der Absenkung an der ablaufenden Kante über die Länge des jeweiligen Klauenpols gesehen gleich­ mäßig dem geradlinigen Verlauf der Linie (S) bzw. der Kurvenform (T) folgt.