EP1169766A1 - Elektrische maschine - Google Patents
Elektrische maschineInfo
- Publication number
- EP1169766A1 EP1169766A1 EP00993829A EP00993829A EP1169766A1 EP 1169766 A1 EP1169766 A1 EP 1169766A1 EP 00993829 A EP00993829 A EP 00993829A EP 00993829 A EP00993829 A EP 00993829A EP 1169766 A1 EP1169766 A1 EP 1169766A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- claw
- pole
- closure band
- electrical machine
- poles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
- H02K3/527—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only
- H02K3/528—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only of the claw-pole type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
- H02K1/243—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors of the claw-pole type
Definitions
- the invention relates to an electrical machine, in particular a three-phase generator for motor vehicles.
- the central component of three-phase generators is a claw pole drive system which is arranged on a rotor shaft and rotates at high speed and which also encloses an excitation winding arranged on the shaft.
- the claw pole drive system is made up of two claw pole wheels with opposite poles, the poles (claws) of which mesh with one another.
- the claw poles must be magnetically separated from one another and, at the same time, arranged in a rotationally fixed manner on the rotor shaft.
- magnetic noise is the noise radiation which is a consequence of the oscillation of the claw poles excited by electromagnetic forces. Furthermore, the air flowing through the claw spaces or the air turbulence arising in the claw spaces leads to an aerodynamic noise source, the flow noise.
- the US Re. 36,038 describes claw pole wedges for closing claw spaces from a non-magnetic material, preferably a plastic, or from a non-magnetic metal, such as aluminum or stainless steel. If the claw pole wedges are made of a non-magnetic metal, they are Die casting, pressing or cold forging manufactured and fitted into the claw space and mechanically held in place.
- the same document also discloses a one-piece embodiment of the claw pole wedges according to the invention as a ring. Although this embodiment is able to lower the flow noise, it is not able to suppress the oscillation of the claws and thus the magnetic noise emission due to the lack of an actual attachment of the claw pole wedges to the pole ring or the pole claws.
- the machine according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that a claw pole rotor with a claw locking band is used, which eliminates both the flow noise and the magnetic noise, the claw locking band being simple and inexpensive to produce in welding technology.
- a claw fastener tape was developed that can be made in one piece from a sheet of a non-magnetic metal.
- the claw closure band according to the invention is inserted on the shaft side between the excitation winding and the magnet wheels during the assembly of the claw roll rotor system.
- the claw locking tape is designed such that it contains a plurality of connecting elements formed from the sheet metal, which fill the space between two adjacent claw poles, the sheet metal back running on the rear side of the claw pole, that is, between the claw pole and the excitation winding.
- the claw fastener tape is made from an austenitic material.
- the fixed connection between the claw closure band and the claw poles is produced by welding technology, preferably laser welding technology.
- a particularly suitable location for making the weld seams is between the claw flanks of the claw poles and the connecting elements of the claw closure band, since a relatively large contact area is formed here.
- Another preferred embodiment provides the bilateral configuration of the claw fastener tape with a plurality of folded tabs, which in the fully assembled state are located radially between the claw roots of the one pole wheel and the claw tips of the second pole wheel, the tabs preferably finish with the claw roots.
- welding can optionally be carried out in this area, ie between the tabs of the claw locking band and the claw roots of the magnet wheels.
- the claw closure band according to the invention simultaneously fulfills the function of a claw closure and a damping band, in that on the one hand it fills the claw spaces through the connecting elements and on the other hand establishes a firm connection between the claw poles.
- the claw closure band according to the invention thus effectively reduces both the magnetic noise emission and the flow noise.
- the stable connection of the claw poles greatly reduces the speed-dependent radial bending of the claw poles, which can lead to damage or even destruction of the entire generator in a very short time. This not only extends the life of the three-phase generator considerably. Rather, this effect can also be exploited constructively by reducing the working air gap between the stator bore and the magnet wheels and thus achieving higher outputs.
- the design of the claw closure tape according to the invention made of non-magnetic sheet metal has the advantage of simple and inexpensive manufacture compared to the aforementioned designs according to the prior art, since complex and costly processing tion techniques, such as die casting or cold forging, for example, can be replaced by cheaper laser welding.
- the one-piece design also significantly reduces assembly time.
- the design in sheet metal allows to a certain extent the production of a tolerance compensation when attaching the welds, which reduces the requirements for the precision of both the claw fastener tape and the magnet wheels and at the same time an excellent fit can be achieved.
- FIG. 1 shows a partial section of a three-phase generator with a conventional claw pole rotor system
- FIG. 2 is a partial side view of the conventional claw pole rotor system from FIG. 1;
- Figure 3 is a partial section of a three-phase generator with a claw pole drive system with a Claw fastener tape according to an embodiment of the present invention
- FIG. 4 shows a partial side view of the claw pole rotor system from FIG. 3 with a claw closure band according to an embodiment of the present invention
- FIG. 5 shows the stages of the manufacturing process of a claw closure band according to an embodiment of the present invention, wherein A) is a plan view and B) a side view of a sheet to be processed into a claw closure band in the various production stages, and
- Figure 6 shows a finished claw fastener tape according to an embodiment of the invention.
- the three-phase generator shown in Figure 1 has a structure known in its basic structure. Only the generator parts relevant to the invention, that is to say essentially the components of the rotor, are shown.
- the generator comprises a rotor shaft 10 with a core 11 mounted thereon, on which an excitation winding 12 is coaxially and non-rotatably wound.
- the core 11 and the excitation winding 12 are enclosed by two counter-pole magnet wheels 13 and 13 ', which are also mounted on the rotor shaft 10.
- the pole wheels 13 and 13 'each have a NEN pole ring 14 and 14 ', which is designed with finger-shaped, axially extending claw poles 15 and 15'.
- the pole wheels 13 and 13 ' are arranged in such a way that the claw poles 15 and 15', which are distributed equidistantly on the pole rings 14 and 14 ', mesh with one another.
- the stator core package which encloses the claw-pole rotor system and carries the stator winding.
- FIG. 2 shows a section of a conventional claw pole rotor system without a claw closure band in a side view.
- Two claw poles 15 of the pole wheel 13 arranged facing away from the drive side and a claw pole 15 'of the drive-side pole wheel 13' can be seen, which engages in the gap of the claw poles 15 without contact.
- the claw tip 17 'of the claw pole 15' of the drive-side pole wheel 13 ' points to the claw root 16 of the pole wheel 13 facing away from the drive side and vice versa.
- a claw space 19 which is delimited by two claw flanks 18 and 18' which run parallel to one another.
- the claw flanks 18 and 18 ' are inclined axially with respect to the rotor shaft 10 by an angle ⁇ or ⁇ '.
- Another problem is the radial bending (widening) of the claw poles that occurs under the influence of high speeds, which can lead to the destruction of the entire generator within a short time.
- FIG. 3 shows a three-phase generator with a claw pole drive system which carries a claw closure band 30 according to the invention.
- the same components are identified by the same reference numerals as in FIG. 1.
- a large part of the structures of the claw closure band 30 is covered by the claw pole 15. Only the rear sheet metal back 33 of the claw closure band 30, which is arranged between the claw pole 15 and the excitation winding 12, can be seen.
- FIG. 4 shows a partial side section of a claw pole system with an inserted claw closure band 30 according to the present invention.
- the claw spaces 19 delimited by the claw flanks 18 and 18 ' are filled by inserted connecting elements 31 made from an austenitic sheet metal.
- the connecting elements 31 of the claw closure band 30 are connected to one another by the sheet metal back 33, which runs between the rear of the claw poles 15 and 15 'and the excitation coil 12.
- the claw closure band 30 has flaps 34 which are bent on both sides and which adjoin the claw roots 16 and 16 'of the magnet wheels 13 and 13'.
- the claw closure band is preferably connected to the pole wheels 13 and 13 'by laser welding, the weld seams preferably being made between the claw flanks 18 and 18' and the long sides 32 of the connecting elements 31. In addition, welding can be carried out between the tabs 34 and the claw roots 16 and 16 '.
- the side view shown in Figure 4 clearly shows that the claw closure tape according to the invention seals any opening in the fully assembled claw pole drive system, so that no air can flow through the claw spaces when the rotor is rotating.
- the claw pole drive system, together with the claw locking band 30, forms an approximately smooth surface in the area of the claw poles 15 and 15 'and the connecting elements 31, so that air turbulence between this area and the stator is considerably reduced. In this way, the aerodynamic flow noise is effectively suppressed.
- the connecting elements 31 and the claw flanks 18 and 18 ' have a relatively large common contact area, so that by welding an extremely stable connection of the claw poles 15 and 15 'is achieved in this area. Thus, the oscillation of the claw poles 15 and 15 'and thus the magnetic noise emission can be effectively prevented.
- the folded tabs 34 provide additional mechanical strength to the rotor under the influence of centrifugal force.
- FIG. 5 explains the manufacture of the claw fastener tape 30 according to the invention, A representing the top view and B a side view of the claw fastener tape 30 in different stages of the manufacturing process.
- the connecting elements 31 are first preformed with a suitable tool.
- the configuration of the shape of the connecting elements 31, as well as their positioning on the sheet metal strip 35, depends on the given shape of the claw poles 15 and 15 '.
- the connecting elements have a cuboid shape, the long sides 32 of the cuboids being alternately inclined at an angle of + cc and - ⁇ to the sheet edge.
- the angles correspond to the axial angles of inclination of the claw flanks 18 and 18 'to the rotor shaft 10 (compare FIGS. 2 and 4).
- the sheet-metal strip 35 is trimmed on both sides, a cut-out 36 being cut in each case in the open angle which is formed by two adjacent connecting elements 31.
- the recesses 36 have an approximately semicircular shape in the present example. The recesses 36 are used in the Assembly of the magnet wheel halves of the inclusion of the bevelled rear sides of the claw poles 15 and 15 '.
- the tabs 34 are left when the cutouts 36 are cut out on both sides of the sheet metal strip 35, and in the next step of the manufacturing process they are bent at right angles to the sheet metal side facing the connecting elements 31 ,
- the strip is rolled using a suitable shaping tool, the sheet metal back 33 being arranged on the inside and the connecting elements 31 and the tabs 34 being directed outwards.
- the ends of the claw fastener tape are then connected to one another by welding or brazing and the ring is thus closed.
- a finished claw fastener tape 30 is shown in a side view in FIG. 6.
- the claw locking band 30 When the claw pole rotor is installed, the claw locking band 30 is inserted between the two magnet wheel halves and welded in the area of the claw flanks 18 and 18 '. To a certain extent, tolerance compensation can be produced on the weld joints, so that relatively few demands are made on the precision of the manufacture of the claw closure band 30. In addition, irregularities in the area of the claw poles 15 and 15 'of the magnet wheels 13 and 13' can also be compensated for well. Optionally, additional welded connections can be made between the claw roots 16 and the tabs 34 of the claw closure band 30. Overall, the present invention thus provides a one-piece claw closure band which can be produced from sheet metal in a simple and inexpensive manner.
- the claw closure band according to the invention effectively reduces both the magnetic noise and the flow noise and at the same time reduces the widening of the claw poles as a function of the rotational speed.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator, mit einem, in einem Gehäuse angeordneten, eine Statorwicklung tragenden Stator und mit einem, auf einer Welle gelagerten Klauenpolläufersystem mit zwei als Polradhälften ausgebildeten Polringen, die in gegenseitig ineinandergreifenden Klauen auslaufen, sowie einer von dem Klauenpolläufersystem umschlossenen, insbesondere auf der Welle angeordneten Erregerwicklung. Es ist vorgesehen, dass die Klauenpole (15, 15') durch ein ringförmiges, wellenseitig angeordnetes, aus einem aus nichtmagnetischem Blech einteilig gefertigtes Klauenverschlussband (30) fest miteinander verbunden sind, wobei das Klauenverschlussband mit ausgeformten Verbindungselementen (31) ausgestaltet ist, welche die Klauenzwischenräume (19) ausfüllen.
Description
Elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge .
Stand der Technik
Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen für die Aufladung der Starterbatterie sowie für die Stromversorgung der elektrischen Verbraucher des Bordnetzes Generatoren, insbesondere Drehstromgeneratoren, einzusetzen. Zen- trales Bauelement von Drehstromgeneratoren ist ein auf einer Läuferwelle angeordnetes und mit hoher Drehzahl rotierendes Klauenpollaufersystem, das eine ebenfalls auf der Welle angeordnete Erregerwicklung umschließt . Das Klauenpollaufersystem ist aus zwei gegenpoligen Klauenpolrädern aufgebaut, deren Pole (Klauen) wechselseitig ineinandergreifen. Die Klauenpole müssen dabei magnetisch voneinander getrennt und gleichzeitig drehfest auf der Läuferwelle angeordnet sein.
Bei Betrieb des Drehstromgenerators kommt es zu unerwünschten Geräuschentwicklungen, wobei zwei ursächli-
ehe Geräuschquellen unterschieden werden. Ais sogenanntes "magnetisches Geräusch" wird die Geräuschab- strahlung bezeichnet, die eine Folge des durch elektromagnetische Kräfte angeregten Schwingens der Klauenpole ist. Ferner führt die die Klauenzwischenräume durchströmende Luft beziehungsweise die in den Klauenzwischenräumen entstehenden Luftturbulenzen zu einer aerodynamischen Geräuschquelle, dem Strömungsgeräusch.
Bekannt ist, durch ein in den Klauenpolläufer erre- gerspulenseitig eingelegtes Dämpfungsband, das beispielsweise durch Schweißnähte mit den Klauenpolen verbunden ist, das Schwingen der Klauenpole zu ver- hindern und somit die magnetische Geräuschentwicklung zu reduzieren. Das Strömungsgeräusch wird mit diesem Verfahren jedoch nicht abgesenkt.
Weiterhin ist bekannt, den Klauenzwischenraum zweier benachbarter Klauen durch ein eingefügtes, unmagnetisches Element zu schließen und somit das Strömungsgeräusch abzusenken. Nachteilig an dieser Lösung ist eine mangelnde Schleuderfestigkeit bei hohen Drehzahlen. Ferner vermag diese Methode das Schwingen der Klauenpole nur ungenügend zu dämpfen.
Die US Re. 36,038 beschreibt Klauenpolkeile zum Verschluß von Klauenzwischenräumen aus einem nichtmagnetischen Material, vorzugsweise einem Kunststoff, oder aus einem nichtmagnetischen Metall, wie Aluminium oder Edelstahl. Bei Ausführung der Klauenpolkeile aus einem nicht agnetischen Metall werden diese durch
Druckguß, Verpressen oder Kaltschmieden gefertigt und in den Klauenzwischenraum eingepaßt und mechanisch an ihrem Ort gehalten. In der gleichen Schrift wird auch eine einteilige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klauenpolkeile als Ring offenbart. Diese Ausführung vermag zwar, das Strömungsgeräusch abzusenken, ist jedoch, mangels einer wirklichen Befestigung der Klauenpolkeile an den Polring beziehungsweise den Polklauen, nicht in der Lage, das Schwingen der Klau- en und somit die magnetische Geräuschabstraniung zu unterdrücken. Nachteilig an der beschriebenen Technik ist ferner der erhebliche Fertigungsauf and, da die Klauenpolkeile mit einer sehr geringen Toleranz bezüglich ihrer Paßgenauigkeit hergestellt werden müs- sen, um ohne weitere Befestigungsvorrichtung an den Polringen fixiert werden zu können. Die Verwendung von Kunststoff führt darüber hinaus zu einem hohen Verschleiß, während die Verarbeitungskosten bei Verwendung eines nichr-.magnetisch.en Metalls durch Druck- guß, Verpressen oder Kaltschmieden sehr hoch sind.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Maschine mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß ein Klauenpolläufer mit einem Klauenverschlußband eingesetzt ist, welches sowohl das Strömungsgeräusch als auch das magnetische Geräusch eliminiert, wobei das Klauenverschlußband in einfacher und kostengün- stiger Weise in Schweißtechnik herstellbar ist.
Es wurde ein Klauenverschlußband entwickelt, das in einteiliger Ausführung aus einem Blech aus einem nichtmagnetischen Metall hergestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Klauenverschlußband wird bei der Montage des Klauenoolläufersystems wellenseitig zwischen Erregerwicklung und den Polrädern eingelegt. Dabei ist das Klauenverschlußband derart gestaltet, daß es eine Vielzahl von aus dem Blech ausgeformten Verbindungselementen enthält, die den Zwischenraum zweier benachbarter Klauenpole ausfüllen, wobei der Blechrücken auf der Klauenpolrückseite, das heißt zwischen Klauenpol und Erregerwicklung, verläuft.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Klauen- verschlußband aus einem austenitischen Material hergestellt .
Es ist ferner vorgesehen, die feste Verbindung zwischen Klauenverschlußband und Klauenpolεn durch Schweißtechnik, vorzugsweise Laserschweißtechnik, herzustellen. Ein besonders geeigneter Ort für das Anbringen der Schweißnähte findet sich zwischen den Klauenflanken der Klauenpole und den Verbindungselementen des Klauenverschlußbandes, da hier eine rela- tiv große Kontaktfläche ausgebildet wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht die beidseitige Ausgestaltung des Klauenverschlußbandes mit einer Vielzahl von abgekanteten Laschen vor, die sich im vollmontierten Zustand radial zwischen den Klauenwurzeln des einen Polrades und den Klauenspitzen des zweiten Polrades befinden, wobei die Laschen
vorzugsweise mit den Klauenwurzeln abschließen. Zum Erreichen einer noch höheren Schleuderfestigkeit kann optional in diesem Bereich, das heißt zwischen den Laschen des Klauenverschlußbandes und den Klauenwur- zeln der Polräder, zusätzlich verschweißt werden.
Das erfindungsgemäße Klauenverschlußband erfüllt gleichzeitig die Funktion eines Klauenverschlusses und eines Dämpfungsbandes , indem es einerseits die Klauenzwischenräume durch die Verbindungselemente ausfüllt und andererseits eine feste Verbindung der Klauenpole untereinander herstellt. Damit senkt das erfindungsgemäße Klauenverschlußband sowohl die magnetische Geräuschabstrahlung als auch das Strömungs- geräusch wirksam ab.
Darüber hinaus wird durch die stabile Verbindung der Klauenpole das drehzahlabhängige radiale Aufbiegen der Klauenpole stark reduziert, das in kürzester Zeit zur Beschädigung oder gar Zerstörung des gesamten Generators führen kann. Dadurch wird nicht nur die Lebensdauer des Drehstromgenerators erheblich verlängert. Vielmehr läßt sich dieser Effekt auch konstruktiv ausnutzen, indem der Arbeitsluftspalt zwischen Ständerbohrung und Polräder verringert wird und somit höhere Leistungen erreicht werden können.
Die Ausführung des erfindungsgemäßen Klauenverschlußbandes aus nichtmagnetischem Blech hat gegenüber den genannten Ausführungen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Herstellung, da aufwendige und kostenintensive Verarbei-
tungstechniken, wie Druckguß oder Kaltschmieden, beispielsweise durch das kostengünstigere Laserschweißen ersetzt werden. Die einteilige Ausführung reduziert zudem den Montageauf and erheblich. Ferner läßt die Ausführung in Blech in einem gewissen Umfang die Herstellung eines Toleranzausgleiches beim Anbringen der Schweißnähte zu, wodurch sich die Anforderungen an die Präzision sowohl des Klauenverschlußbandes als auch der Polräder reduzieren und gleichzeitig eine hervorragende Paßgenauigkeit erreicht werden kann.
Ferner wird erwartet, daß über die vergrößerte Läuferoberfläche eine effektivere Wärmeabfuhr und damit eine bessere Kühlung des Läufers erreicht werden kann.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbεispie- len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Teilschnitt eines Drehstromgenerators mit einem herkömmlichen Klauenpolläufersy- stem;
Figur 2 eine Seitenteilansicht des herkömmlichen Klauenpolläuf ersystems aus Figur 1 ;
Figur 3 einen Teilschnitt eines Drehstromgenerators mit einem Klauenpollaufersystem mit einem
Klauenverschlußband gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 eine Seitenteilansicht des Klauenpolläufer- Systems aus Figur 3 mit einem Klauenverschlußband gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 die Stufen des Herstellungsverfahrens eines Klauenverschlußbandes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei A) eine Draufsicht und B) eine Seitenansicht eines zu einem Klauenverschlußband zu verarbeitenden Bleches in den verschiedenen Fertigungsstufen darstellt und
Figur 6 ein fertiges Klauenverschlußband gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Figur 1 dargestellte Drehstromgenerator weist einen in seiner Grundstruktur bekannten Aufbau auf . Es sind nur die für die Erfindung relevanten Genera- torteile, das heißt im wesentlichen die Komponenten des Rotors, gezeigt. Der Generator umfaßt eine Läuferwelle 10 mit einem hierauf montierten Kern 11, auf den eine Erregerwicklung 12 koaxial und drehfest gewickelt ist. Der Kern 11 und die Erregerwicklung 12 werden von zwei, ebenfalls auf der Läuferwelle 10 montierten, gegenpoligen Polrädern 13 und 13 ' umschlossen. Die Polräder 13 und 13' weisen jeweils ei-
nen Polring 14 und 14' auf, der mit fingerförmigen, axial verlaufenden Klauenpolen 15 und 15' ausgestaltet ist. Die Polräder 13 und 13' sind derart angeordnet, daß die auf den Polringen 14 und 14' äquidistant verteilten Klauenpole 15 und 15' wechselseitig ineinandergreifen. Nicht gezeigt in dieser Teildarstellung ist das das Klauenpollaufersystem umschließende Ständerblechpaket, das die Statorwicklung trägt.
In Figur 2 ist ein Ausschnitt eines konventionellen Klauenpolläufersystems ohne Klauenverschlußband in Seitenansicht dargestellt. Zu sehen sind zwei Klauenpole 15 des von der Antriebsseite abgewandt angeordneten Polrades 13 und ein Klauenpol 15 ' des antriebs- seitigen Polrades 13 ' , welcher berührungsfrei in die Lücke der Klauenpole 15 greift. Dabei weist die Klauenspitze 17' des Klauenpols 15' des antriebsseitigen Polrades 13 ' auf die Klauenwurzel 16 des von der Antriebsseite abgewandten Polrades 13 und umgekehrt . Zwischen zwei benachbarten Klauenpolen 15 und 15' befindet sich ein Klauenzwischenraum 19, der von jeweils zwei parallel zueinander verlaufenden Klauenflanken 18 und 18' begrenzt wird. Die Klauenflanken 18 und 18' sind bezüglich der Läuferwelle 10 axial um einen Winkel α beziehungsweise α ' geneigt.
In diesem herkömmlichen Aufbau kommt es, wie oben erläutert, infolge der die Klauenzwischenräume 19 durchströmenden Luft zu einer aerodynamischen Ge- rauschentwicklung, dem Strömungsgeräusch. Eine weitere Ursache für die unerwünschte Geräuschentwicklung stellt das Schwingen der Klauenpole 15 und 15' dar,
welches aufgrund elektromagnetischer Wechselwirkungen entsteht und deshalb auch als "magnetisches Geräusch" bezeichnet wird. Beide Geräuschabstahlungen nehmen mit höher werdenden Drehzahlen, die bei dem gattungs- gemäßen Drehstromgenerator angestrebt werden, zu.
Ein weiteres Problem stellt das unter dem Einfluß hoher Drehzahlen auftretende radiale Aufbiegen (Aufweiten) der Klauenpole dar, das innerhalb kurzer Zeit zur Zerstörung des gesamten Generators führen kann.
Beide Geräuschursachen sowie das Aufbiegen der Klauenpole werden durch ein Klauenverschlußband gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert. Figur 3 zeigt ei- nen Drehstromgenerator mit einem Klauenpollaufersystem, der ein erfindungsgemäßes Klauenverschlußband 30 trägt. Gleiche Bauteile sind mit identischen Bezugszeichen wie in Figur 1 gekennzeichnet. Ein Großteil der Strukturen des Klauenverschlußbandes 30 wird in dieser Ansicht von dem Klauenpol 15 verdeckt. Lediglich der rückseitige Blechrücken 33 des Klauenverschlußbandes 30, der zwischen Klauenpol 15 und Erre- gerwicklung 12 angeordnet ist, ist zu erkennen.
Figur 4 zeigt einen Seitenteilausschnitt eines Klau- enpolsystems mit eingelegtem Klauenverschlußband 30 gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausfüh- rüngsvariante sind die von den Klauenflanken 18 und 18' begrenzten Klauenzwischenraume 19 durch einge- legte, aus einem austenitischen Blech ausgearbeitete Verbindungselemente 31 ausgefüllt. Dabei schließen die langen Seiten 32 der in diesem Beispiel quader-
förmig gestalteten Verbindungseiemente 31 mit den Klauenflanken 18 und 18' der Klauenpole 15 und 15' ab. Die Verbindungselemente 31 des Klauenverschlußbandes 30 werden durch den Blechrücken 33, der zwi- sehen der Rückseite der Klauenpole 15 und 15 ' und der Erregerspule 12 verläuft, miteinander verbunden. In axialer Richtung weist das Klauenverschlußband 30 auf beiden Seiten abgekantete Laschen 34 auf, die an die Klauenwurzeln 16 und 16 ' der Polräder 13 und 13 ' grenzen. Das Klauenverschlußband wird vorzugsweise durch Laserschweißen mit den Polrädern 13 und 13 ' verbunden, wobei die Schweißnähte vorzugsweise zwischen den Klauenflanken 18 und 18' und den langen Seiten 32 der Verbindungselemente 31 angebracht er- den. Zusätzlich kann zwischen den Laschen 34 und den Klauenwurzeln 16 und 16' verschweißt werden.
Die in Figur 4 dargestellte Seitenansicht zeigt deutlich, daß das erfindungsgemäße Klauenverschlußband jegliche Öffnung im vollmontierten Klauenpollaufersystem abdichtet, so daß bei rotierendem Läufer keine Luft die Klauenzwischenräume durchströmen kann. Ferner bildet das Klauenpollaufersystem zusammen mit dem Klauenverschlußband 30 im Bereich der Klauenpole 15 und 15' und der Verbindungselemente 31 eine annähernd glatte Oberfläche aus, so daß Luftturbulenzen zwischen diesem Bereich und dem Stator erheblich reduziert werden. Auf diese Weise wird das aerodynamische Strömungsgeräusch wirkungsvoll unterdrückt. Darüber hinaus weisen die Verbindungselemente 31 und die Klauenflanken 18 und 18' eine relativ große gemeinsame Berührungsfläche auf, so daß durch Verschweißen
in diesem Bereich eine äußerst stabile Verbindung der Klauenpole 15 und 15' erreicht wird. Somit kann das Schwingen der Klauenpole 15 und 15 ' und damit die magnetische Geräuschabstrahlung effektiv verhindert werden. Die abgekanteten Laschen 34 sorgen für eine zusätzliche mechanische Festigkeit des Läufers unter Fliehkrafteinfluß .
Figur 5 erläutert die Herstellung des erfindungsge- mäßen Klauenverschlußbandes 30, wobei A die Draufsicht und B eine Seitenansicht des Klauenverschlußbandes 30 in verschiedenen Stadien des Herstellungs- prozesses darstellt. Ausgehend von einem Blechstreifen 35 aus einem austenitischen Material werden zu- nächst die Verbindungselemente 31 mit einem geeigneten Werkzeug vorgeformt . Dabei richtet sich die Ausgestaltung der Form der Verbindungselemente 31, wie auch deren Positionierung auf dem Blechstreif n 35, nach der gegebenen Gestalt der Klauenpole 15 und 15' . Im aktuellen Beispiel haben die Verbindungselemente eine quaderförmige Gestalt, wobei die langen Seiten 32 der Quader alternierend um einen Winkel von +cc und -α zur Blechkante geneigt angeordnet sind. Die Winkel entsprechen den axialen Neigungswinkeln der Klauen- flanken 18 und 18 ' zur Läuferwelle 10 (vergleiche Figuren 2 und 4) . Im nächsten Schritt erfolgt eine beidseitige Beschneidung des Blechstreifens 35, wobei jeweils in dem offenen Winkel, der durch zwei benachbarte Verbindungselemente 31 gebildet wird, eine Aus- sparung 36 geschnitten wird. Die Aussparungen 36 haben im vorliegenden Beispiel eine annähernd halbrunde Gestalt. Die Aussparungen 36 dienen bei der
Montage der Polradhälften der Aufnahme der abgeschrägten Rückseiten der Klauenpole 15 und 15'. Seitlich der geschlossenen Winkel, die durch zwei benachbarte quaderförmige Verbindungselemente 31 gebildet werden, werden beim Ausschneiden der Aussparungen 36 auf beiden Seiten des Blechstreifens 35 die Laschen 34 stehengelassen, welche im nächsten Schritt des Herstellungsprozesses rechtwinklig auf die den Verbindungselementen 31 zugewandten Blechseite abge- kantet werden. Im gleichen Schritt erfolgt die Rollierung des Bandes über ein geeignetes Formwerkzeug, wobei der Blechrücken 33 innenliegend und die Verbindungselemente 31 und die Laschen 34 nach außen gerichtet angeordnet sind. Die Enden des Klauen- verschlußbandes werden dann durch Schweißen oder Hartlöten miteinander verbunden und der Ring somit geschlossen. Ein fertiges Klauenverschlußband 30 ist in einer Seitenansicht in Figur 6 gezeigt.
Bei der Montage des Klauenpolläufers wird das Klauenverschlußband 30 zwischen die zwei Polradhälften eingelegt und im Bereich der Klauenflanken 18 und 18' verschweißt. Dabei läßt sich an den Schweißfugen in einem gewissen Umfang ein Toleranzausgleich herstel- len, so daß an die Präzision der Herstellung des Klauenverschlußbandes 30 relativ geringe Ansprüche zu stellen sind. Zudem können aber auch Unregelmäßigkeiten im Bereich der Klauenpole 15 und 15 ' der Polräder 13 und 13' gut ausgeglichen werden. Optional können zusätzliche Schweißverbindungen zwischen den Klauenwurzeln 16 und den Laschen 34 des Klauenverschlußbandes 30 hergestellt werden.
Insgesamt stellt die vorliegende Erfindung also ein einteiliges Klauenverschlußband bereit, das in einfacher und kostengünstiger Weise aus Blech herstellbar ist. Das erfindungsgemäße Klauenverschlußband senkt sowohl das magnetische Geräusch als auch das Strömungsgeräusch wirksam ab und reduziert gleichzeitig das drehzehlabhängige Aufweiten der Klauenpole.
Claims
1. Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator, mit einem, in einem Gehäuse angeordneten, eine Statorwicklung tragenden Stator und mit einem, auf einer Welle gelagerten Klauenpollaufersystem mit zwei als Polradhälften ausgebildeten Polringen, die in gegenseitig ineinandergreifenden Klauen auslaufen, sowie einer von dem Klauenpollaufersystem umschlossenen, insbesondere auf der Welle angeordneten Er- regerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenpole (15, 15') durch ein ringförmiges, wellenseitig angeordnetes, aus einem aus nichtmagnetischem Blech einteilig gefertigtes Klauenverschlußband (30) fest miteinander verbunden sind, wobei das Klauenver- schlußband mit ausgeformten Verbindungselementen (31) ausgestaltet ist, welche die Klauenzwischenräume (19) ausfüllen.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Klauenverschlußband aus einem austenitischen Material besteht.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klauenverschlußband in Schweißtechnik, vorzugsweise Laserschweißtechnik, mit den Klauenpolen (15, 15') verbunden ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klauenverschlußband (30) im Bereich der Verbindungselemente
(31) mit den Klauenflanken (18) der Klauenpole (15) verschweißt ist.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klauenverschlußband (30) seitlich abgekantete Laschen (34) umfaßt, welche mit den Klauenwurzeln (16) der Polradhälften (13) abschließen.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klauen- verschlußband (30) im Bereich der Laschen (34) mit den Klauenwurzeln (16) verschweißt ist.
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