Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur Fixierung von Magneten
Stand der Technik
DE 10 2006 041 981 Al bezieht sich auf eine elektrische Maschine. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen elektrisch erregten Klauenpolgenerator für ein Kraftfahrzeug. Der Klauenpolgenerator umfasst einen Rotor mit einer Vielzahl von axial ausgerichteten, in Umfangsrichtung die Magnetisierung wechselnden Polen und mit zwischen den Polen angeordneten Permanentmagneten zur Leistungserhöhung und zur Reduzierung des Streuflusses. Die Permanentmagneten sind mittels nicht magnetisierbarer, beidseitig in Polnuten gehaltener Bleche gesichert. Diese Bleche weisen jeweils mindestens eine zusätzliche Arretierung auf, mit der sie sich in axialer Richtung an den Polen abstützen. Die zusätzlichen Arretierungen sind zum Beispiel als Blechlappen gestaltet, die gebogen oder abgewinkelt sind und sich an mindestens einem axialen Endabschnitt der Pole federnd klemmend abstützen.
DE 199 51 115 Al bezieht sich ebenfalls auf eine elektrische Maschine. Bei dieser handelt es sich um einen Generator für ein Kraftfahrzeug, mit einem Erregersystem und einer Vielzahl elektrisch erregter Einzelpole im Stator oder im Rotor. Der Stator sowie der Rotor weisen dabei die Form von am Umfang axial ausgerichteter, mit in Umfangsrichtung abwechselnder Polung elektromagnetisch erregter Pole auf. Zur Verringerung des magnetischen Streuflusses finden sich in den Zwischenräumen zwischen den Polen Permanentmag- nete. Die Permanentmagnete sind in die erwähnten Zwischenräume eingesetzt. Die Befestigung der Permanentmagnete am Stator beziehungsweise am Rotor erfolgt derart, dass die Permanentmagnete jeweils mittels eines magnetisch nicht erregbaren Halteelements gehalten sind, wobei dieses Halteelement beidseitig tangential und axial durch Verstemmung in Polnuten gehalten wird und eine Polnut längsseitig in einen Pol und eine Polnut längsseitig in einen Gegenpol eingearbeitet ist. Das Halteelement deckt den jeweiligen Permanentmagneten bei einem Rotor in radialer Richtung zum Stator oder bei einem Stator in radialer Richtung zum Rotor hin mit einem Basisbereich ab. An beiden sich gegenüberliegenden Enden
des Basisbereichs weist es abgebogene Laschen auf, die auf axiale Stirnflächen des eingesetzten Permanentmagneten eine Klemmkraft ausüben.
Bei elektrischen Maschinen wie den aus DE 10 2006 041 981 Al sowie DE 199 51 115 Al bekannten elektrischen Maschinen, kommt es bei hohen Drehzahlen, > 20.000 U/min dazu, dass sich die Klauenpole einer Klauenpolmaschine radial nach außen aufbiegen. Diese Deformation tritt mehr oder weniger stark, jeweils abhängig von der Drehzahl der elektrischen Maschine auf.
Offenbarung der Erfindung
Zur Arretierung der Permanentmagnete werden in Führungsnuten an den Seiten der Klauen wellblechartig geformte federnd ausgebildete Halteelemente eingeführt. Diese sind in der Lage, die Einbautoleranzen sehr gut auszugleichen und lassen durch eine spaltmittig positi- onierte Einführzunge eine Selbstfmdung der Nut, in der die federnd ausgebildeten Haltelemente zu montieren sind, zu, was die Montagefreundlichkeit erheblich verbessert. Eine Ausführungsvariante, bei der die Nuten axial durchgehend ausgebildet sind lässt es zu, die Permanentmagnete mit federnd ausgebildetem Halteelement in den bereits komplett montierten Rotor einzuschieben. Sind die Nuten nicht durchgehend gefertigt, so werden beidseitige axiale Anschläge an den Klauenpolflanken definiert. In diesem Fall kann eine paarweise Bauweise mit einer kleinen Verbindungslasche um die Klauenspitze eines Klauenpols erfolgen.
Die Magneten werden axial durch die wellblechartig federnd ausgebildeten Halteelemente fixiert und in radialer Richtung fixiert und positioniert. Bei den federnd ausgebildeten Halteelementen handelt es sich bevorzugt um solche, die ein wellblechartiges Muster aufweisen und parallele Querwellen aufweisen. Diese Ausführungsform bietet eine sehr gute Steifigkeit trotz dünner Wandstärke gegen Biegung als Schutz der Magnete gegen die bei hoher Drehzahl auftretenden sehr hohen Fliehkräfte. Aufgrund der dünnen Wandstärke, in der die well- blechartigen, federnd ausgebildeten Halteelemente gefertigt werden, ist die Eigenbelastung sehr gering. Die Federeigenschaften, d.h. die Elastizität des federnd ausgebildeten Halteelements, ermöglicht eine genaue Positionierung und Fixierung. Das entsprechend geformte, federnd ausgebildete Halteelement aus nicht elektromagnetischem Feder-Material verhindert elektromagnetische Kurzschlüsse. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschi- ne weist wesentlich reduziertere Leistungsverluste aufgrund kleinerer Luftspalte und einer großen flächigen Überdeckung zwischen Magneten und Klauenflanken auf. Die Robustheit der elektrischen Maschine gegen mechanische, elektrische und thermische Belastungen ist erheblich gesteigert. Es treten durch definierbare Positionierung relative geringe mechani-
sche und elektromagnetische Unwuchten und damit verringerte Geräusche aufgrund einer hohen axialen, radialen und tangentialen Positioniergenauigkeit der Permanentmagneten auf. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eröffnet die Möglichkeit, die Magnete nach der Montage zu magnetisieren.
Aufgrund der Formgebung des wellblechartigen federnd ausgebildeten Halteelements und dessen Fertigung aus nichtelektromagnetischem Material wird eine federnde axiale und radiale Positionierung und Fixierung durch die seitlich wellblechartig geformten federnd ausgebildeten Halteelemente im vormontierten sowie im eingebauten Zustand erreicht. Eine Leis- tungssteigerung beziehungsweise Minimierung der Verluste ist durch große seitliche freizugängliche Magnetflächen erreichbar, die im Wesentlichen an den Seiten der Klauen anliegen.
In einer ersten Ausführungsvariante können die erfindungsgemäß vorgeschlagenen, im Wesentlichen wellblechartig konfigurierten federnd ausgebildeten Halteelemente für quader- förmige Magneten ohne innenseitige Stirnflächen der Klauen eingesetzt werden. Radial haben diese Magneten linienförmige Abstützungen. Diese Bauweise führt zu einer guten Fliehkraftlastverteilung und stellt verringerte Festigkeitsanforderungen an die federnd ausgebildetem Halteelemente. Die Anzahl und Gestaltung der Wellen lässt sich gut je nach Magnetlänge variieren.
In einer zweiten Ausführungsform weisen die Haltebleche längs geformte, beziehungsweise eingedrückte oder eingeprägte Flächen auf, welche eine Abstützungsebene für die Magneten bieten gegen Bruchgefahr bei hohen Fliehkraft-Belastungen.
Schräg abgefaste Flächen der Magnete, die im Wesentlichen zu den Klauenkonturen korrespondieren, bringen zusätzliche Vorteile hinsichtlich Materialeinsparung sowie einer Verringerung der auftretenden Fliehkräfte. Die möglichen Erweiterungen liegen darin, dass die federnd ausgebildeten Halteelemente in V-Form für zwei Magnetbaugruppen oder alternativ als ein durchgehend ausgebildeter Kranz mit allen Magneten ausgeführt werden kann.
Eingeformte parallele Längsrillen beziehungsweise -Sicken bieten eine sehr gute Steifigkeit beziehungsweise entsprechend hohe Biegeträgheitsmomente gegen Biegung als Schutz der Magnete gegen die sehr hohen auftretenden Fliehkräfte.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt
Figur 1 einen Schnitt durch eine elektrische Maschine, insbesondere einen Generator,
Figur 2 eine Frontalansicht der Klauenpaarung des Rotors beziehungsweise des Läufers,
Figur 3 eine Draufsicht beziehungsweise Seitenansicht auf die klauenförmige Polanord- nung,
Figur 4 eine Detailansicht der durch federnd ausgebildete Halteelemente fixierten Permanentmagnete,
Figur 5 eine Ansicht der Permanentmagnete mit der Halterung,
Figur 6 eine gewellte Struktur der federnd ausgebildeten Halteelemente
Figur 7 den quaderförmigen Permanentmagneten sowie das diesen übergreifende fe- dernd ausgebildete Halteelement,
Figur 8 eine perspektivische Darstellung der Draufsicht gemäß Figur 3 in vergrößertem Maßstab,
Figur 9 eine weitere Ausführungsvariante der Permanentmagnete zum Beispiel fixierende federnd ausgebildete Halteelemente,
Figur 10 eine Ansicht von unten,
Figur 11 eine vergrößerte perspektivische Draufsicht des federnd ausgebildeten Halteelements gemäß der Ausführungsvariante in Figur 9,
Figur 12 eine Seitenansicht der in Figur 11 dargestellten Anordnung,
Figur 13 eine Seitenansicht lediglich des federnd ausgebildeten Halteelements gemäß der Ausführungsvariante in Figur 9,
Figur 14 eine Draufsicht auf das federnd ausgebildete Halteelement,
Figur 15 eine Ansicht der seitlich abgebogenen Abschnitte desselben,
Figur 16 eine Klauen-Halbschale der elektrischen Maschine mit der Variante für den radi- alen Einbau,
Figur 17 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der permanentmagnetfixierenden doppelfedernd ausgebildeten Halteelemente,
Figur 18 Seitenansicht und Draufsicht auf die Ausführungsvariante der federnd ausgebildete Halteelemente gemäß Figur 17 und
Figur 19 eine Draufsicht auf ein durch ein mit Längssicken versehenes federnd ausgebildetes Halteelement
Figur 20 A und B eine räumliche Ansicht auf und ein Teilschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Haltelements,
Figur 21 A und 21 B zwei Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Haltele- ments,
Figur 22 A und 22 B zwei Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Haltelements,
Figur 23 eine räumliche Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Haltelements.
Ausführungsformen
Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10 zu entnehmen, hier ausge- führt als Generator, beziehungsweise Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge. Diese elektrische Maschine 10 weist unter anderem ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, welches ein erstes Lagerschild 13.1 sowie ein zweites Lagerschild 13.2 umfasst. Das erste Lagerschild 13.1 und das zweite Lagerschild 13.2 nehmen in sich einen Stator 16 auf, der einerseits aus einem im Wesentlichen kreisringförmigen Ständereisen-Paket 17 besteht und in dessen nach radial innen gerichtete, sich axial erstreckenden Nuten eine Ständerwicklung 18 eingelegt beziehungsweise eingezogen ist. Der ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche einen Rotor 20, der als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 umfasst unter anderem zwei Klauenpolplatinen 22 und 23, an deren Außen-
umfang sich in axialer Richtung erstreckende oder gebogen ausgebildete Klauenpolfmger 24, 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass deren sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfmger 24 beziehungsweise 25 am Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetische erforderliche Zwischen- beziehungsweise Trennräume zwischen den gegenseitig magneti- sierten Klauenpolfmgern 24 und 25, die als Klauenpolzwischenräume bezeichnet werden. Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 und 13.2 gelagert.
Der Rotor 20 weist insgesamt zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Dieser Lüfter 30 besteht im Wesentlichen aus einem wellenplattenförmigen beziehungsweise scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 40 in den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch zwischen der Außenseite der elektrischen Maschine 10 und den Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 im Wesentlichen an den axialen Enden der Lageschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30 nach radial außen beschleunigt, so dass diese durch den Wicklungsüberhang 45 hindurchfluten kann. Durch diesen Effekt wird der Wicklungsüberhang 45 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchfluten durch den Wicklungsüberhang 45 beziehungsweise nach dem Umströmen dieses Wicklungsüberhangs 45 einen Weg nach radial außen, durch hier in der Figur 1 nicht dargestellte Öffnungen.
In Figur 1 befindet sich auf der rechten Seite eine Schutzkappe 47, die verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt. So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine Schleifringbaugruppe 49 ab, die dazu dient, eine Erregerwicklung 51 mit Erregerstrom zu versorgen. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Pluskühlkörper wirkt. Als so genannter Minuskühlkörper wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 befindet sich eine Anschlussplatte 56, die dazu dient, im Lagerschild 13.2 angeordnete Minusdiode 58 mit und hier in dieser Darstellung nicht gezeigten Plusdioden im Kühlkörper 53 miteinander zu verbinden und somit eine Brückenschaltung zu bilden.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist eine Draufsicht auf einen Rotorblock der elektrischen Maschine 10 zu entnehmen.
In der Darstellung gemäß Figur 2 ist die Klauenpolplatine 22 des Rotors 20 dargestellt, von der aus sich in die Zeichenebene die mit Bezugszeichen 24 bezeichneten Klauenpolfinger erstrecken. Zwischen den einzelnen axial konisch ausgebildeten Klauenpolfingern 24 befinden sich Zwischenräume 74, wie Figur 3 zu entnehmen, in welchen Permanentmagnete 66 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 66 (Figur 4) dienen der Reduzierung des Streuflusses. Die Permanentmagnete 66 werden durch Halteelemente 60, die erfindungsgemäß federnd ausgebildet sind in den Zwischenräumen 74 zwischen den einzelnen Klauenpolfingern 24 beziehungsweise 25 der elektrischen Maschine 10 befestigt. Dazu werden die erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in einander zuwei- sende Polnuten 92, 94 eingeschoben, wie in der Frontansicht in Figur 2 angedeutet. Die Polnuten 92 beziehungsweise 94 sind im Wesentlichen als Schlitze ausgebildet und erstrecken sich in axialer Richtung entlang den konisch ausgebildeten Polfinger-Flanken in die Zeichenebene gemäß der Darstellung in Figur 2.
Die Draufsicht gemäß Figur 3 zeigt, dass der dort dargestellte Rotor 20 der elektrischen Maschine 10 zwei ineinander gesteckte Klauenpolplatinen 22 beziehungsweise 23 aufweist. Ausgehend von den Stirnseiten der Klauenpolplatinen 22, 23 erstrecken sich in alternierender Abfolge die einzelnen durch Bezugszeichen 24, 25 bezeichneten Klauenpolfinger. Zwischen den Klauenpolfingern 24, 25 erstrecken sich gemäß der Darstellung in Figur 3 die Zwischenräume 74. Die Zwischenräume 74 sind durch einander zuweisende Polnuten 92, 94 begrenzt, die in alternierender Abfolge in den Seiten der Klauenpolfinger 24 beziehungsweise 25 ausgeführt sind.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass erfindungsgemäß federnd ausgebildete Halteelemente 60 in die Polnuten 92, 94 zwischen den einzelnen Klauenpolfingern 24, 25 eingeschoben sind. Die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 weisen an ihren Enden jeweils gebogen ausgeführte Klemmbügel 64 auf, welche den in der Draufsicht gemäß Figur 3 vom federnd ausgebildeten Halteelement 60 überdeckten Permanentmagneten 66 fixieren. Aus Gründen der zeichnerischen sichtbaren Darstellung ist der von einem jeden federnd ausgebildeten Halteelement 60 fixierte Permanentmagnet 66 zur Reduzierung des Streuflusses in den Zwischenräumen 74 nicht dargestellt.
Figur 3 ist zu entnehmen, dass die einzelnen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60 eine Profilierung in Wellenform 62 aufweisen. Die Anzahl und Form der Wellen sind von der erforderlichen Magnet länge, Klemmkraft und Drehzahl abhängig. Die Profilierung in Wellenform 62 erstreckt sich ausgehend von einem Klemmbügel 64 in axiale Richtung des federnd ausgebildeten Halteelements 60 bis zum gegenüberliegenden federnd ausgebildeten Klemmbügel 64. Durch die federnd ausgebildeten Klemmbügel 64 werden die Permanent-
magnete 66 an ihren jeweiligen Stirnseiten fixiert und schmiegen sich mit mindestens einer Längsseite an die Unterseite des federnd ausgebildeten Halteelements 60 an.
In der Darstellung gemäß Figur 3 ist angedeutet, dass die federnd ausgebildeten Halteele- mente 60 in die Polnuten 92, 94 eingeschoben sind. Dazu sind die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 hinsichtlich ihrer Breite in Bezug auf die Breite der Klemmbügel 64 verbreitert ausgebildet, so dass die seitlich verlaufenden Randbereiche der federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in die jeweiligen Polnuten 92, 94 hineinragen und eine zuverlässige mechanische Fixierung der Permanentmagnete 66 selbst bei hohen und höchsten Drehzahlen der elektrischen Maschine 10 ermöglichen.
Figur 4 zeigt in perspektivischer Wiedergabe die von den federnd ausgebildeten Halteelemente 60 fixierten Permanentmagnete 66.
Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 Permanentmagnete 66 an deren Stirnseiten 70 durch die Klemmbügel 64 fixieren. Aufgrund der verbreiterten Ausbildung des federnd ausgebildeten Halteelements 60 werden dessen Randbereiche in die in Figur 4 dargestellten in den einzelnen Klauenpolfmgern 24 beziehungsweise 25 ausgebildeten Polnuten 92, 94 eingeschoben und dort zuverlässig fi- xiert. Bei einer Rotation der elektrischen Maschine 10 beziehungsweise des Rotors 20 bilden die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 eine zuverlässige mechanische verliersicher ausgebildete Fixierung für die Permanentmagnete 66, die sich bei einer Rotation des Rotors 20 der elektrischen Maschine 10 an die Unterseite 72 der federnd ausgebildeten Halteelemente 60 anschmiegen.
Figur 5 ist zu entnehmen, dass die Permanentmagneten 66 quaderförmig ausgebildet sind und die federnden Klemmbügel 64 die einander gegenüberliegenden Stirnseiten 70 eines zu fixierenden Permanentmagneten 66 festklemmen. Der Permanentmagnet 66 liegt, wie Figur 5 zu entnehmen ist, mit mindestens einer seiner Längsseiten 68 an der Unterseite 72 des federnd ausgebildeten Halteelements 60 an. Wie Figur 5 darüber hinaus zeigt, übersteigt die Breite des federnd ausgebildeten Halteelements 60 die Breite des zu fixierenden Permanentmagneten 66. Dies findet seine Ursache darin, dass das federnd ausgebildete Halteelement 60 mit den Seitenrändern der in Wellenform 62 ausgebildeten Profilierung in die Polnuten 92, 94 der Klauenpolfmger 24, 25 hinein geschoben wird. Die in Wellenform 62 aus- gebildete Profilierung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Aufnahme elastischer Verformungen der Klauenpolfmger 24, 25 bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten sowie eine Kompensation von Verformungen, die aufgrund der Fliehkraftbelastung auftreten, so dass die von der erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60
fixierten Permanentmagneten 66 mechanisch entlastet werden. Auch auftretende Verformungen aufgrund thermisch bedingter Belastungen, sei es in den Klauenpolfmgern 24 beziehungsweise 25, können aufgrund der profilierten Ausbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60, leichter verkraftet werden. Des Weite- ren kann durch die Formgebung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60 eine geringere mechanische Unwucht erreicht werden, wodurch eine Verringerung des Geräuschpegels erzielt werden kann. Die Polnuten 92 beziehungsweise 94 an den Seiten der Klauenpolfmger 24, 25 im Bereich der Zwischenräume 74 werden bevorzugt spanabhebend, können wegen federnder Anpassung jedoch auch spanlos geformt wer- den.
Aufgrund des Umstands, dass die Klemmbügel 64 an den federnd ausgebildeten Halteelementen 60 spaltmittig, d.h. mittig in Bezug auf den Zwischenraum 74 ausgebildet sind, kann bei der Montage eine sehr gute Selbstfmdung der Polnuten 92, 94 erreicht werden, was die Montagefreundlichkeit erheblich verbessert. Werden an den Klauenpolfmgern 92, 94 axial durchgehende Nuten angebracht, können die an den erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Haltern 60 montierten Permanentmagnete 66 in dem komplett montierten Rotor 20 eingeschoben werden. Bei nicht durchgehend ausgebildeten Polnuten 92, 94 werden beidseitige axiale Anschläge durch die Flanken der Klauenpolfmger 24 bezie- hungsweise 25 der beiden Klauenpolplatinen 22, 23 definiert. Die in die Halteelemente 60 eingeformten parallelen Querwellen der Profilierung in Wellenform 62 bieten eine sehr gute Steifigkeit gegen Biegung sowie einen Schutz des an der Unterseite 72 positionierten Permanentmagneten 66. Durch die sehr dünne Wandstärke ist die Eigenbelastung sehr gering und die federnde Ausführung erlaubt eine genaue Fixierung und Positionierung. Das federnd ausgebildete Halteelement 60 wird bevorzugt aus nicht elektromagnetischem und nicht rostendem Material gefertigt und erlaubt eine federnde axiale und radiale Positionierung der in den Zwischenräumen 74 gegen hohe Fliehkräfte und Korrosion abzusichernden Permanentmagnete 66.
Aus der Darstellung gemäß Figur 6 geht hervor, wie der Permanentmagnet 66 an seinen Stirnseiten 70 durch die diese übergreifenden Klemmbügel 64 fixiert ist. Zudem lässt sich der Darstellung gemäß Figur 6 die Profilierung in Wellenform 62 entnehmen.
Der Darstellung gemäß Figur 7 ist zu entnehmen, dass der Permanentmagnet 66 zum Bei- spiel quaderförmig ausgebildet sein kann. Radial können die Permanentmagneten 66 linien- förmige Abstützungen aufweisen. Diese Bauweise hat gute Fliehkraftleistverteilungseigen- schaften, wodurch die Festigkeitsanforderungen an das federnd ausgebildete Haltelement 60 reduziert werden können.
Der Darstellung gemäß Figur 8 ist zu entnehmen, wie die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in die Polnuten 92, 94 eingeschoben sind. Die Polnuten 92, 94 liegen aneinander zuweisenden Seitenkanten der Klauenpolfmger 24 beziehungsweise 25, die entlang der Zwi- schenräume 94 aneinander gegenüberliegen.
Der Darstellung gemäß Figur 9 ist zu entnehmen, dass in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagen federnd ausgebildeten Haltelemente 60 diese im Bereich ihrer Profilierung in Wellenform 62 eine Längsversteifung, so zum Beispiel in Form einer Längssicke 76, aufweisen können. Aus der Darstellung gemäß Figur 9 geht hervor, dass die Längssicke 76 in die Oberseite des hier wellenförmig profilierten Halteelements 62 eingebracht, so zum Beispiel eingestanzt oder eingeprägt, ist. Gemäß der Darstellung in Figur 9 erstreckt sich die Längssicke 76 mittig von einem der Klemmbügel 64 bis zum anderen Klemmbügel 64.
Figur 10 zeigt, dass sich aufgrund des Einprägens beziehungsweise des Einbringens der Längssicke 76 in das Material des federnd ausgebildeten Halteelements 60 an dessen Unterseite 72 ein eben verlaufender Sickenboden 78 ergibt. Anstelle der in den Darstellungen gemäß der Figuren 9 und 10 dargestellten mittig eingebrachten beziehungsweise eingepräg- ten Längssicke 76 können in das erfindungsgemäß vorgeschlagene federnd ausgebildete Halteelement 60 auch zwei nebeneinander liegende oder mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Längssicken 76 ausgeführt sein.
Figur 11 zeigt, dass die Längssicke 76 sich von einem der Klemmbügel 64 zum anderen Klemmbügel 64 erstreckt und dass der hier in Quaderform ausgebildete Permanentmagnet 66 von den Klemmbügeln 64 an seinen Stirnseiten 70 fixiert ist. Mit einer seiner Längsseiten 68 liegt der Permanentmagnet 66 in Quaderform an der Unterseite des eben ausgebildeten Sickenbodens 78 gemäß der Darstellung in Figur 10 an. Dies ist sehr gut den Seitenansichten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelements 60 gemäß der Figuren 12 und 13 zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß Figur 12 geht hervor, dass sich eine Längsseite 68 des Permanentmagneten 66 an die Unterseite des Sickenbodens 78 des federnd ausgebildeten Halteelements 60 anschmiegt. An den einander gegenüberliegenden Stirnseiten 70 ist der Perma- nentmagnet 66 von den federnd ausgebildeten Klemmbügeln 64 umschlossen.
Figur 13 zeigt, dass die Klemmbügel 64 in einem Bügelwinkel 80 abgewinkelt, der in Bezug auf den Sickenboden 78, d.h. die Unterseite 72 des federnd ausgebildeten Halteelements 60
im Bereich zwischen 0° und 60°, bevorzugt zwischen 15° und 45° liegt. Die Seiten der Pro- fϊlierung in Wellenform 62 können geöffnet oder verschlossen sein, so z. B. mit einem Füllmaterial vergossen sein. Figur 13 zeigt, dass sich aufgrund den Einbringens der Längssicke 76 in die Profilierung in Wellenform 62 ein eben verlaufender Sickenboden 78 ergibt, der eine Planfläche darstellt, an der sich mindestens eine Längsseite 68 des Permanentmagneten 66 bei Rotation des Rotors 20 anschmiegt.
Der Draufsicht gemäß Figur 14 ist zu entnehmen, dass die Längssicke 76 in die Profilierung in Wellenform 62 eingebracht ist. Randbereiche der Profilierung in Wellenform 62 werden in die korrespondierend ausgebildeten Polnuten 92, 94 der Klauenpolfmger 24, 25 eingeschoben und somit dort arretiert. Aus der Darstellung gemäß Figur 14 geht hervor, dass eine Breite 84 des federnd ausgebildeten Halteelements 60 die Breite der Klemmbügel 64 (vergleiche Darstellung gemäß Figur 15) übersteigt. Die Seitenbereiche der Profilierung in Wellenform 62 dienen der Arretierung des federnd ausgebildeten Halteelements 60 in den Polnuten 92, 94 der Klauenpolfmger 24, 25.
Figur 15 zeigt, dass eine Klemmbügelbreite 82 der Klemmbügel 64 die Breite 84 (vergleiche Darstellung gemäß Figur 14) des federnd ausgebildeten Halteelements 60 um etwa das Doppelte übersteigt. Die Klemmbügelbreite 82 ist so bemessen, dass diese im montierten Zustand des federnd ausgebildeten Halteelements 60 in den Polnuten 92, 94 die Stirnseiten 70 des Permanentmagneten 66 nahezu vollständig überdeckt, so dass dessen zuverlässige Fixierung in den Zwischenräumen 74 zwischen den Klauenpolfmgern 24, 25 auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten und hohen auftretenden Fliehkräften gewährleistet ist.
Figur 16 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelements 60. Die besonders für radiale Montage von oben beziehungsweise außen nach innen bei den fertigen Rotorbaugruppen vorzusehen!
Aus der Darstellung gemäß Figur 16 geht hervor, dass die Klauenpolplatine 22 eine Anzahl von Klauenpolfmgern 24 umfasst, wobei zwischen den Klauenpolfmgern 24, 25 korrespondierende Freiräume ausgebildet sind, in denen die Klauenpolfmger 24 einer weiteren Klauenpolplatine 23 eingreifen. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit ist in der perspektivischen Ansicht gemäß Figur 16 lediglich eine der Klauenpolplatinen 22, 23 dargestellt. In der Darstellung gemäß Figur 16 werden die Permanentmagneten 66 ebenfalls durch federnd ausgebildete Halteelemente 60 fixiert, die jedoch im Vergleich zur ersten in Figur 9 dargestellten Ausführungsvariante der federnd ausgebildeten Halteelemente 60 eine sich in Längsrichtung erstreckende Längsverrippung 86 gegen Knickungsgefahr der Magneten aufweisen. Aus der Darstellung gemäß Figur 16 geht hervor, dass die Längsverrippung 86 der
zwei parallel zueinander sich erstreckende Vertiefungen, d.h. Längssicken 76, in der die Permanentmagnete 66 überdeckenden Fläche der federnd ausgebildeten Halteelemente 60 dargestellt ist. Beidseits der Längsverrippung 86 erstrecken sich Übergriffe 90, die ihrerseits in die Polnuten 92, 94 der Klauenpolfmger 24, 25 der Klauenpolplatinen 22, 23 eingreifen.
Im Unterschied zur in Figur 9, 10, 11, 12, 13, 14 und 15 dargestellten ersten Ausführungsform der federnd ausgebildeten Halteelemente 60, weisen die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 gemäß der Darstellung in Figur 16 Haken 88 auf, in denen eine Magnethalte- rung 96 ausgebildet ist. Die Magnethalterung 96 ist als Hinterschneidung ausgebildet, so dass die Permanentmagnete 66 einfach in die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 gemäß der Darstellung in Figur 16 eingeklipst werden und sofort ihre Montageposition einnehmen. Die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 gemäß der Darstellung in Figur 16 werden bevorzugt in radialer Richtung, d.h. vom Außenumfang her, in die Zwischenräume 74 zwischen den einzelnen Klauenpolfmgern 24 gemäß der der Darstellung in Figur 16 montiert. Aufgrund der Elastizität der Haken 88 schnappen diese in korrespondierend ausgebildete Hinterschneidungen der ersten Klauenpolplatine 22 ein und sind durch Anlage der Haken 88 an korrespondierend zu deren Geometrie ausgebildeten Vorsprung auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und demzufolge hohen auftretenden Fliehkräften zuverlässig fixiert.
Der Darstellung gemäß den Figuren 17, 18 und 19 ist die weitere Ausführungsvariante des federnd ausgebildeten Halteelements en Detail zu entnehmen.
Figur 17 zeigt, dass auf der den Permanentmagneten 66 überdeckende Längsseite 68 des federnd ausgebildeten Halteelements 60 eine Längsverrippung 86 ausgebildet ist, an die sich jeweils ein Übergriff 90 anschließt. Der Übergriff 90 greift in die Polnuten 92, 94 ein, der an den einzelnen Klauenpolfmgern 24, 25 der beiden Klauenpolplatinen 22, 23 ausgeführt ist.
Aus der Draufsicht gemäß Figur 17 geht hervor, dass die Längsverrippung 86 beispielsweise zwei sich von einem Haken 88 zum gegenüberliegenden Haken 88 erstreckende Sicken 98 umfassen kann.
Figur 18 ist zu entnehmen, dass sich oberhalb der Haken 88 zur Fixierung der federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in der jeweiligen Klauenpolplatine 22, 23 eine Magnethalterung 96 befindet, welche den vorzumontierenden, im erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelement 60 zu fixierenden Permanentmagneten 66 in eine definierte Lage überführt und in dieser hält. Figur 18 zeigt zudem die sich seitlich erstreckenden Übergriffe 90, mit denen die in den Figuren 16, 17, 18 und 19 dargestellte weitere Ausführungsvariante
der erfϊndungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in Zwischenräumen 74 der Klauenpolplatinen 22, 23 fixiert wird.
Aus der Darstellung gemäß Figur 19 geht hervor, dass diese weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelements 60 zwei symmetrisch zueinander verlaufende Längssicken 76 aufweist, die die Längsverrippung 86 darstellen. Die federnd ausgebildeten Haken 88 dienen der zuverlässigen Fixierung des bevorzugt als Halteblech geformten gestanzten, zum Beispiel gestanzten federnd ausgebildeten Haltelements 60 in der Klauenpolplatine 22 beziehungsweise 23.
Während in den Figuren 5, 6, 7, 12, 16 im Wesentlichen in Quaderform ausgebildete Permanentmagnete 66 dargestellt sind, können diese auch in von der Quaderform abweichenden Geometrien, so zum Beispiel mit abgefasten Flächen ausgebildet sein. Bevorzugt wird die Geometrie der Permanentmagnete 66 so gewählt, dass diese der korrespondierenden Kontur der Klauenpolfmger 24, 25 entsprechen. So können zum Beispiel zwei Paare von Permanent-Baugruppen gebildet werden oder ein durchgehender Kranz mit sämtlichen Permanentmagneten 66 über Verbindungslaschen dargestellt sein, die sich unterhalb beziehungsweise mittig in Aussparungen im Bereich der Spitzen der Klauenpolfmger 24, 25 umschließen und dort abstützen.
Während in der in den Figuren 4 bis 15 dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelements 60, dessen Montage axial in den Zwischenräumen 74 im Wesentlichen von der Stirnseite 70 der Klauenpolplatine 22, 23 erfolgt, lässt sich die weitere, zweite Ausführungsform der erfϊndungsgemäß vorge- schlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in radialer Richtung, d.h. vom Umfang aus in die Zwischenräume 74 der Klauenpolplatine 22, 23 einklipsen.
In Figur 2OA ist eine Halteelement 60 aus nicht oder nahezu nicht magnetischem Metallbzw. Stahlblech dargestellt, das quer zur Längsrichtung des Zwischenraums 74 eine Wellen- form 62 aufweist. Als Längsrichtung wird hier die Richtung angesehen, die im Wesentlichen parallel zu den Flanken der Klauenpolfmger 24 verläuft. Zentral über dem Permanentmagneten 66 ist ein Wellental 100, an dem sich der Permanentmagnet 66 mit seiner nach radial außen gerichteten Oberseite abstützt. Beiderseits dieses Wellentals 100 befinden sich in Längsrichtung profilierte Wellenwulste 103, die eine nach radial innen gerichtete Kante 106 aufweisen und an der sich der Permanentmagnet 66 abstützt. In Längsrichtung beiderseits des Permanentmagnets 66 befinden sich einstückig angeformt Zugstäbe 109, die im Wesentlichen nach radial innen verlaufen und in Längsrichtung an allen vier Ecken des Permanentmagneten 66 diesen in Längsrichtung an einer Verschiebung relativ zu den Zugstäben 109
hindern. An die Zugstäbe 109 schließen sich einstückig Haltewirbel 112 an. Die Haltewirbel 112 sind jeweils so von den Permanentmagneten 66 weggebogen, dass diese ein in Längsrichtung im Wesentlichen rundes Profil aufweisen. Je zwei Haltewirbel 112 an einer sich in Längsrichtung erstreckenden Längsseite des Permanentmagneten 66 fluchten miteinander und sind in eine hier nicht dargestellte Polnut 92 eines Klauenpolfϊngers 24 eingeschoben. Zur Erleichterung des Einschiebens in je zwei gegenpolige Polnuten 92 sind die Haltewirbel 112 mit einer Fase 115 versehen. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Haltewirbeln 112 befindet sich jeweils ein Klemmbügel 64, der mit einem in Längsrichtung gegenüberliegenden Klemmbügel 64 zwischen sich einen Permanentmagneten 66 einklemmt.
In Figur 21 A ist ein Halteelement 60 aus nicht oder nahezu nicht magnetischem Metallbzw. Stahlblech dargestellt, das quer zur Längsrichtung des Zwischenraums 74 ebenfalls eine Wellenform 62 aufweist. Als Längsrichtung wird hier die Richtung angesehen, die im Wesentlichen parallel zu den Flanken der Klauenpolfmger 24 verläuft. Zentral über dem Permanentmagneten 66 ist ein Wellental 100, an dem sich der Permanentmagnet 66 mit seiner nach radial außen gerichteten Oberseite abstützt. Beiderseits dieses Wellentals 100 befinden sich in Längsrichtung profilierte Wellenwulste 103, die in eine Halterolle 120 übergehen. Die Halterollen 120 sind einstückig mit dem Halteelement 60 ausgeführt. Die Halterollen 120 sind so gewickelt, dass ein Wickelende 123 am Permanentmagneten 66 anliegt, wo- bei die Halterolle 120 zwischen einem Wickelende 123 und dem Wellenwulst 103 in einer Polnut 92 angeordnet ist. Das Halteelement 60 stützt sich beiderseits mit je einer Halterolle 120 in je einer Polnut 92 ab. Zum erleichterten Einschieben ist eine jede Halterolle 120 end- seitig mit einer Fase 115 versehen. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Halterollen 120 befindet sich jeweils ein Klemmbügel 64, der mit einem in Längsrichtung gege- nüberliegenden Klemmbügel 64 zwischen sich einen Permanentmagneten 66 einklemmt. Zur Verringerung von Belastungsspitzen ist zwischen einer Halterolle 120 und einem Wellental 100 ein Schlitz 126 eingebracht. Eine jede Halterolle 120 verläuft vorzugsweise parallel zu einer Kante eines quaderförmigen Permanentmagneten 66.
In Figur 22 A ist eine Seitenansicht eines weiteren Halteelements 60 aus nicht oder nahezu nicht magnetischem Metall- bzw. Stahlblech dargestellt, das in Längsrichtung des Zwischenraums 74 ebenfalls eine Wellenform 62 aufweist. Das Halteelement 60 besteht aus zwei Teilen, die an etlichen Stellen aneinandergeschmiegt sind. Einerseits aus einem Oberteil 130, das die Wellenform 130 und an je einem Ende einen Klemmbügel 64 aufweist. Zum erleich- terten Einschieben ist das Oberteil 130 an einem Ende mit einer Verjüngung 133 ausgestattet, das ein Einschieben in die Polnuten 92 erleichtert. Zwischen dem Oberteil 130 und dem Permanentmagneten 66 befindet sich ein Unterteil 136, siehe auch Figur 22B. Von diesem Unterteil 136 gehen seitlich auf jeder Seite je drei Arme 139 aus, die von einer auch bei dem
Unterteil 136 vorgesehenen Verjüngung 133 wegweisen. Zwischen einem Arm 139 und einem ebenen Hauptkörper 142, an dem sich im Betrieb der Permanentmagnet 66 abstützt, befindet sich ein Schlitz 145. Die Arme 139 schmiegen sich im mit dem Oberteil 130 verbundenen Zustand an Wellenflanken 148 an und bewirken so zwischen dem Oberteil 130 und dem Unterteil 136 eine dämpfende Reibung, die Schwingungen und Relativbewegungen entgegenwirkt. Zwei von dem Unterteil 136 im Bereich der Verjüngung 133 ausgehende Laschen 151 umgreifen einander gegenüberliegend seitlich das Oberteil 130, so dass das Oberteil 130 und das Unterteil 136 miteinander verbunden sind. Das Unterteil 136 weist ggf. optional ebenfalls einen Klemmbügel 64 auf, der z. B. an die Form des einen Klemmbü- gels 64 des Oberteils 130 angepasst ist. Beide an dem einen Ende des Permanentmagneten 66 angeordneten Klemmbügel 64 von Oberteil 130 und Unterteil 136 drücken dann vorzugsweise gemeinsam auf das eine Ende des Permanentmagneten 66.
In Figur 23 ist ein weiteres Halteelement 60 dargestellt. Dieses Halteelement 60 ist durch Urformen entstanden und besteht beispielsweise aus einem vorzugsweise faserverstärkten Thermoplast oder Duroplast. Das Halteelement 60 weist quer zur Längsrichtung des Zwischenraums 74 ebenfalls eine Wellenform 62 auf. Als Längsrichtung wird hier die Richtung angesehen, die im Wesentlichen parallel zu den Flanken der Klauenpolfmger 24 verläuft. Zentral über dem Permanentmagneten 66 ist ein Wellental 100, an dem sich der Perma- nentmagnet 66 mit seiner nach radial außen gerichteten Oberseite abstützt. Beiderseits dieses Wellentals 100 befinden sich in Längsrichtung profilierte Wellenwulste 103, die in einen Haltewinkel 150 übergehen. Die Haltewinkel 150 sind einstückig mit dem Halteelement 60 ausgeführt und greifen jeweils in eine der Polnuten 92 ein. Das Halteelement 60 stützt sich beiderseits mit je einem Haltewinkel 150 ab. Von dem Wellental 100 gehen Buchten 153 aus, die einen ebenen Boden 156 aufweisen und dort an einer Seite 159 des Permanentmagneten 66 anliegen. Je zwei Buchten 153 gehen in Richtung zu einer Polnut 92 von dem Wellental 100 aus. An den Stirnenden 162 der Permanentmagneten 66 werden diese durch einstückig mit dem Halteelement 60 verbundene Schnapphaken 165 hintergriffen und mit dem Halteelement 60 verbunden. Von den Haltewinkeln 150 gehen in Fluchtrichtung (PoI- nut 92) Haltearme 168 aus, die deutlich nachgiebiger als andere Bereiche des Halteelements 60 ausgeführt sind. An deren Ende befinden sich Haltefahnen 171, die mittels einer Wangenfläche 174 eine ortsfeste Lage des Halteelements 60 mit dem Permanentmagneten 66 in den Polnuten 92 sichern. Der Haltearm 168 greift noch in die Polnut 92 ein, während sich die Wangenfläche 174 an einer Seitenfläche einer Klauenpolwurzel anschmiegt. Durch dieses Anschmiegen an Klauenpolwurzeln beiderseits des Zwischenraums 74 wird die Lage des Halteelements 60 und damit des Permanentmagneten 66 eindeutig gesichert. Die Polnut 92 läuft in der Seitenfläche der Klauenpolwurzel aus.