WO2001015301A1 - Klauenpolgenerator - Google Patents

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WO2001015301A1
WO2001015301A1 PCT/DE2000/002510 DE0002510W WO0115301A1 WO 2001015301 A1 WO2001015301 A1 WO 2001015301A1 DE 0002510 W DE0002510 W DE 0002510W WO 0115301 A1 WO0115301 A1 WO 0115301A1
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WO
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claw
pole
poles
holding means
generator according
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Application number
PCT/DE2000/002510
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Pflueger
Uwe Knappenberger
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Priority to EP00962171A priority patent/EP1131877A1/de
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Priority to BR0007028-9A priority patent/BR0007028A/pt
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
    • H02K21/044—Rotor 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 a claw pole generator with a rotor, according to the preamble of the independent claim.
  • the rotor initially comprises a magnet wheel half connected to a rotor shaft in a rotationally fixed manner and a pole carrier which is rotatably fixed to the magnet wheel half by a holding means
  • the preferably magnetically non-excitable holding means is a continuous ring which is coaxial with the axis of rotation of the rotor and has a generally rectangular shape
  • the pole carrier and the pole wheel half each have an approximately cylindrical recess on the inside of the claws facing the axis of rotation, into which the ring is inserted.
  • the rotor of this known claw pole generator has the disadvantage, among other things, that the connection, which can also be a soldered connection, takes place approximately centrally between the pole carrier and the pole wheel half over a narrow axial area of the claws. Since the free claw pole ends are free of the collar, they can be under the centrifugal load bend outwards.
  • Another disadvantage of the known claw pole generator is that the radially outward surface of the claw poles of the pole carrier and the pole wheel half is interrupted by the gaps between the individual claws with opposite poles, which reduces the dissipation of the heat loss.
  • connection as previously achieved by brazing the ring to the claw poles, is now possible beyond soldering by welding, since the intended welding points are easier to reach from outside. Because the joints can be produced by means of another method, it is possible to increase the manufacturing tolerances of the components to be joined to the pole wheel half, holding means and pole carrier. This reduces, for example, the manufacturing outlay and, at the same time, the production-related scrap.
  • Another advantage of the at least partial arrangement of the holding means in the claw pole spaces lies in the enlargement of the outer surface of the rotor, so that the heat dissipation is significantly improved.
  • the claw pole generator according to the invention also enables a cohesive connection in the area of the free claw pole ends, so that the bending of the claws under centrifugal load is reduced. This enables a smaller air gap between the outer circumference of the claw poles and the inner circumference of the stator.
  • An advantageous embodiment of the holding means is given by the connection of two holding elements bordering or adjacent to a claw pole in the region of a free claw pole end by a so-called tab. If you flip these tabs radially inward with respect to the rotor shaft axis, you get a stiffening of the holding means, which, through its connection to the claw pole, additionally stiffens the claw pole tip against expansion under centrifugal load. If you extend the holding device with the angled flap to an axial outside of the magnet wheel half until it is flush with the outside, you get an improved, less jagged outside of the rotor. A further improvement of the holding means is achieved in that it is designed as a one-piece body on which the individual holding element regions are arranged, which are located between the respective claws.
  • a one-piece holding means which has an essentially cylindrical jacket-shaped structure with alternately open cutouts for the pole wheel and pole carrier claws on the pole carrier and pole wheel sides.
  • a stiffening of the holding elements can be achieved in that radially inwardly directed legs extend from the ends adjoining the claw poles in a substantially circumferential direction extend.
  • This structure is further improved in that two opposing legs are connected in a claw-pole intermediate space in the area of one claw-pole end each by a web, a web in the area of the pole wheel claw and a web in the area of the
  • Pole carrier claw is arranged. If two legs are connected at their radially inward end by a profile closing element, this results in a closed hollow profile, which is thereby further stiffened. If two adjacent legs of two claw pole gaps are connected by a pole end web below the claw poles, the retaining means is additionally stiffened. With the aid of the holding means according to the invention, the use of permanent magnets in the spaces between two opposite-pole claw poles is also advantageous
  • Permanent magnets can then be fastened, for example, to the holding means radially inside the rotor. If the holding means is formed as a hollow profile within the spaces between two claws with opposite poles, the permanent magnets can be inserted into this open hollow profile.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a rotor of a claw-pole generator according to the invention in plan view
  • FIG. 2 shows a partial section along line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 shows a side view of a rotor according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a sectional view along line IV-IV through the rotor in FIG. 3,
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment to FIG. 4
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of a holding means for the rotor from FIG. 3
  • FIG. 7 shows a partial view of a rotor according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 8 shows a section through the rotor according to FIG. 7 according to line VIII-VIII
  • FIGS. 9 and 10 show a further development of the rotor according to FIGS
  • FIG. 11 shows a side view through a holding means according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 12 shows a partial cross section according to FIG. 11 along the line XII -XII,
  • FIG. 13 shows the holding means according to the fourth exemplary embodiment, the hollow profile on the side of the pole wheel half being open;
  • FIG. 14 shows a side view of the holding means according to the fourth exemplary embodiment
  • FIGS. 15, 16 and 17 show different possibilities for fastening permanent magnets to the holding means
  • FIG. 18 shows a longitudinal section in the upper half of the figure through a known claw pole generator in FIG Leit Glabauweise and in the lower half of the picture a side view of the rotor of this generator.
  • FIG. 18 shows in the upper half of the figure a longitudinal section through a known claw-pole generator with a rotor 20 in a guide piece construction.
  • the rotor 20 has a pole wheel half 22, which is connected via a ring 24 to a guide piece, hereinafter referred to as pole carrier 26.
  • the mechanical connection between pole carrier 26, ring 24 and pole wheel half 22 is in each case provided by a solder joint between each first claw pole 28 of pole wheel half 22 and ring 24 and between every second claw pole 29 of pole carrier 26 and ring 24.
  • the rotor 20 is surrounded concentrically by the stator 30.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a claw pole generator according to the invention.
  • the rotor 20 includes the rotor half 22, which is connected to a rotor shaft 32 in a rotationally fixed manner.
  • the pole wheel half 22 in turn is also connected to the pole carrier 26 in a rotationally fixed manner by a holding means 34.
  • the first claw poles 28 alternate with the second claw poles 29 on the circumference of the rotor 20 with equal spacing, with claw pole spaces 36 being located between the second claw poles 29 and the first claw poles 28.
  • the holding means 34 is at least partially arranged in the claw pole spaces 36.
  • the first claw poles 28 merge with claw pole roots 38 into a circuit board 39 of the pole wheel half 22.
  • the first claw poles 28 and the second claw poles 29 each have approximately radial claw pole flanks 40 on the side.
  • the holding means 34 is connected to the claw pole flanks 40 of the second claw poles 29 as well as to the claw pole flanks 40 of the first claw poles 28 both with the pole wheel half 22 and with the pole carrier 26 by means of a material connection.
  • a suitable arrangement of the holding means 34 is provided in that the surface 42 extends essentially on the circumference. The smoothest possible surface of the rotor 20 is obtained if that
  • Holding means 34 with its radially outwardly directed surface 42 forms a common cylindrical surface with the radially outwardly directed surfaces of the claw poles 28, as is also shown in FIG. 1.
  • the holding means 34 comprises a plurality of individual holding elements 44, which are each arranged individually in the individual claw pole spaces 36 between a first claw pole 28 and a second claw pole 29.
  • the position of the holding means 34 can be seen in FIG. 2, in which it is at the greatest possible distance from the rotor axis.
  • the holding means 34 abuts the claw pole flank 40 of the first claw pole 28 and the second claw pole 29 with its lateral surfaces.
  • the mechanical connection between the holding means 34 and the first and second claw poles 28 and 29 takes place in this butt joint.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the rotor 20 with the holding means 34. This second
  • the exemplary embodiment differs from the first in that adjacent holding elements 44 are connected to one another in the region of a free first claw pole end 46 and a free second claw pole end 47 by tabs 48.
  • tabs 48 can be seen more clearly in FIG. 4, in which the tabs are angled to the rotor shaft 32.
  • FIG. 5 shows a variant of this angled tab 48, the tab 48 located on the side of the rotor half 22 being flush with an axial outside 50 of the rotor half 22.
  • the one-piece holding means 34 is shown in perspective, as is provided in the second embodiment.
  • the holding means 34 here consists of one piece, the tabs 48 connecting the holding elements 44 in one piece.
  • This one-piece holding means 34 has an essentially cylindrical jacket-shaped structure which has alternately open recesses for the first claw poles 28 and the second claw poles 29 on the pole carrier and pole wheel sides.
  • FIG. 7 shows a third exemplary embodiment of the holding means 34 in a partial view of the rotor. This third exemplary embodiment is based on the exemplary embodiment shown in FIG. 6. As can be seen from Figure 8, the first and second go from
  • Claw poles 28 and 29 adjacent ends of the holding elements 44 extend radially inwardly directed legs 54. These limbs 54 serve to stiffen the holding means 34, as a result of which the bending of the first and second claw poles 28 and 29 is further reduced while the centrifugal load remains the same.
  • a further increase in stability or rigidity results from the fact that two opposing legs 54 are connected in a claw pole gap 36 in the region of a first and a second free claw pole end 46 and 47 by a web 56 each are, Figure 9. In Figure 10, the relevant cross-sectional view is shown.
  • FIG. 11 shows a fourth embodiment of the holding means 34, in which, compared to the third embodiment according to FIG. 6, the legs 54 are connected at their radially inward ends by a so-called profile closing element 60, so that a closed hollow profile 61 results. See also FIG. 12.
  • This fourth exemplary embodiment also has the tabs 48 already known from the second exemplary embodiment, which connect the individual holding elements 44.
  • the claw poles 28 and 29 can also have claw pole flanks 40 'or 40 ", which are not directed purely radially inwards, but also have a tangential component in the alignment.
  • claw pole flanks 40 are also possible, which are only partially directed radially inwards, FIG. 2.
  • FIG. 14 is a partial side view of the rotor 20 from FIG
  • the sides of the pole wheel half 22 are shown in the form of the fourth exemplary embodiment with the holding means 34.
  • the hollow profile 61 which extends between a first and a second claw pole 28 and 29, is open on the side of the pole wheel half 22.
  • the holding means 34 has a hollow profile 61 which is open to the rotor half 22, the tab 48 accordingly also has two openings results in a weakening of the material of the flap 48.
  • the flap 48 has an angled end region 62 at its radially inner end, which extends between two adjacent claw pole roots 38.
  • a further improvement results from that the angle of this flap 48 between two hollow profile openings is stiffened by an end region web 66, see also FIG. 11.
  • the flap 48 between two claw pole roots 38 is integrally connected to the pole wheel half 22 connected, for example by a weld.
  • Another possibility of stiffening the holding means 34 is to connect two adjacent legs 54 of two claw pole spaces 36 by a pole end web 68 below the claw pole ends, see also FIG. 11.
  • Permanent magnets 70 are generally provided to increase the performance of a claw pole generator. This
  • Permanent magnets 70 are inserted in the spaces between a first and a second claw pole 28 and 29. When the rotor is magnetically excited, the polarity of the first claw poles 28 is opposite to the polarity of the second claw poles 29.
  • the permanent magnets 70 are oriented in such a way that they counteract a magnetic claw pole field between two opposite-pole claw poles 28 and 29 excited by an excitation coil 72 and thus reduce the leakage flux.
  • such permanent magnets 70 can be fastened, for example by gluing, to the underside of the holding element 44, see FIGS. 15 and 16. If the two legs 54 form an undercut, for example, FIG.
  • the permanent magnets 70 can also be introduced by that the hold of the permanent magnet is achieved by positive locking with the two legs 54.
  • the permanent magnets 70 can be introduced into the hollow profiles 61 which are open on one side, FIG. 14. A fixation of the permanent magnets 70 in the hollow profile 61 is then, for example, by means of an impregnating resin which is in the Hollow profile 61 is introduced between the hollow profile 61 and permanent magnet 70. So that the function of the claw pole generator is not impaired by the holding means 34, the holding means 34 must consist of a magnetically inactive material. In particular for the third and fourth exemplary embodiments, it is advisable due to the relatively complicated shape that the holding means 34 is produced in one piece by precision casting an austenitic material.
  • the cohesion between the holding means 34, the magnet wheel half 22 and the pole carrier 26 is best given by the fact that these three components are joined by means of welding, soldering or gluing points. It is envisaged that the MIG, laser or TIG welding process is used to produce the welds.
  • the four exemplary embodiments described so far relate to rotors 20 with a guide piece or pole carrier 26, in which the pole carrier 26 is fastened to the pole wheel half 22 via the holding means 34.
  • the holding means 34 in its previously described embodiment is also suitable for claw-pole-type rotors 20 which consist of a first pole wheel half 22 and a pole carrier 26, the pole carrier 26 also being designed as a pole wheel half which is similar to the pole wheel half 22. While in the master piece construction a general holding function for the
  • pole carrier 26 is implied in the guide piece construction, this is not the case in the construction with two pole wheel halves 22.
  • the fastening means 34 increases the resistance of the claw poles 28 against bending open due to its attachment on the one hand to the claw poles 28 or the first claws 36 of the one pole wheel half 22 and on the other hand to the claw poles 28 or the first claws 36 of the other second pole wheel half 22, as is already the case with the lead piece construction is the case. Furthermore, vibrations of the claw poles in the direction tangential to the rotor axis are practically prevented.
  • a rotor 20 with a pole carrier 26 in a guide piece construction is to be distinguished between the first claw poles 28 and the second claw poles 29 to such an extent that the first claw poles 28 have claw pole roots 38, so that a disk-shaped region of a pole wheel half 22 has recesses between the first claw poles 28.
  • the flap-side fastening of the holding means 34 as shown in FIG. 14, or the position of the flap 48, see also FIG. 4 and FIG. 5, in these recesses.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Es wird ein Klauenpolgenerator mit einem Rotor (20) in Klauenpolbauweise vorgeschlagen, wobei der Rotor (20) aus einer mit einer Rotorwelle (32) drehfest verbundenen Polradhälfte (22) und einem mit der Polradhälfte (22) durch ein Haltemittel (34) ebenfalls drehfest verbundenen Polträger (26) gebildet ist. Der rotor (20) weist erste Klauenpole (28) und zweite Klauenpole (29) auf, wobei zummindest die ersten Klauenpole (28) von der Polradhälfte (22) gebildet sind und die zweiten Klauenpole (29) von dem Polträger (26) gebildet sind. Die ersten Klauenpole (28) wechseln sich am Umfang des Rotors (20) mit den zweiten Klauenpolen (29) ab. Zwischen den ersten Klauenpolen (28) und den zweiten Klauenpolen (29) befinden sich in Umfangsrichtung Klauenpolzwischenräume (36). Das Haltemittel (34) ist zumindest teilweise in den Klauenpolzwischenräumen (36) angeordnet und durch eine Stoffschlüssige Verbindung mit den ersten Klauenpolen (28) und mit den zweiten Klauenpolen (29) verbunden.

Description

Klauenpolgenerator
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Klauenpolgenerator mit einem Rotor, gemäß der Gattung des unabhängigen Anspruches.
Generatoren mit einem Rotor in Klauenpolbauweise sind beispielsweise bekannt aus der Veröffentlichung „BOSCH- Technische Unterrichtung, Generatoren", Ausgabe 98/99. Der Rotor umfaßt dabei zunächst eine mit einer Rotorwelle drehfest verbundene Polradhälfte und einen Polträger, der durch ein Haltemittel mit der Polradhälfte drehfest verbunden ist. Das vorzugsweise magnetisch nicht erregbare Haltemittel ist dabei ein durchgehender, zur Drehachse des Rotors koaxialer Ring, mit einem allgemeinen rechteckigen
Querschnitt. Der Polträger und die Polradhälfte weisen auf der zur Drehachse zugewandten Innenseite der Klauen je eine in etwa zylindrische Ausdrehung auf, in die der Ring eingesetzt ist. Der Rotor dieses bekannten Klauenpolgenerators weist unter anderem den Nachteil auf, daß die Anbindung, die auch als Lötverbindung ausgeführt sein kann, etwa mittig zwischen Polträger und Polradhälfte über einen nur schmalen axialen Bereich der Klauen erfolgt. Da die freien Klauenpolenden somit frei kragen, können sie sich unter der Zentrifugallast nach außen aufbiegen. Ein weiterer Nachteil des bekannten Klauenpolgenerators ist, daß die nach radial außen gerichtete Oberfläche der Klauenpole von Polträger und Polradhälfte durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen gegenpoligen Klauen unterbrochen ist, was die Abfuhr der Verlustwärme verringert .
Vorteile der Erfindung
Mit dem erfindungsgemäßen Klauenpolgenerator mit den
Merkmalen des unabhängigen Anspruchs ist es möglich, die Größe der Zwischenräume zwischen den einzelnen gegenpoligen Klauen zu verringern. Gleichzeitig sind die Fügestellen von Polradhälfte, Haltemittel und Polträger von der Außenseite des Rotors her besser zu erreichen. Eine stoffschlüssige
Verbindung, wie sie bisher durch Hartlöten des Rings an die Klauenpole erreicht wird, ist nunmehr über das Löten hinaus durch Schweißen möglich, da die vorgesehenen Schweißstellen von außerhalb leichter erreichbar sind. Indem die Fügestellen mittels eines anderen Verfahrens hergestellt werden können, ist es möglich, die Fertigungstoleranzen der zu fügenden Bauteile Polradhälfte, Haltemittel und Polträger zu vergrößern. Dadurch wird beispielsweise der Fertigungsaufwand und gleichzeitig der fertigungsbedingte Ausschuß verringert.
Ein weiterer Vorteil der zumindest teilweisen Anordnung des Haltemittels in den Klauenpolzwischenräumen liegt in der Vergrößerung der Außenfläche des Rotors, so daß die Wärmeableitung wesentlich verbessert wird. Diese
Verbesserung der Verlustwärmeabfuhr ermöglicht eine höhere Generatorleistung, so daß Bauteilgrenztemperaturen trotz höherer Leistung nicht überschritten werden. Der erfindungsgemäße Klauenpolgenerator ermöglicht darüber hinaus eine stoffschlüssige Verbindung auch im Bereich der freien Klauenpolenden, so daß die Aufbiegung der Klauen unter Zentrifugallast verringert wird. Dies ermöglicht einen kleineren Luftspalt zwischen dem Außenumfang der Klauenpole und dem Innenumfang des Stators .
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Haltemittels ist durch die Verbindung zweier an einen Klauenpol grenzenden bzw. benachbarten Halteelemente im Bereich eines freien Klauenpolendes durch einen sog. Lappen gegeben. Winkelt man diese Lappen gegenüber der Rotorwellenachse nach radial innen ab, so erhält man eine Versteifung des Haltemittels, das durch seine Verbindung mit dem Klauenpol die Klauenpolspitze gegen ein Aufweiten unter Zentrifugallast zusätzlich versteift. Erstreckt man das Haltemittel mit dem abgewinkelten Lappen bis zu einer axialen Außenseite der Polradhälfte bis es mit der Außenseite bündig abschließt, so erhält man eine verbesserte, weniger zerklüftete Außenseite des Rotors. Eine weitere Verbesserung des Haltemittels wird dadurch erzielt, daß es als einstückiger Körper ausgeführt ist, an dem die einzelnen Halteelementbereiche angeordnet sind, die sich zwischen den jeweiligen Klauen befinden. Durch verschiedene Umformprozesse erhält man ein einstückiges Haltemittel, das eine im wesentlichen zylindermantelförmige Struktur mit polträger- und polradseitig abwechselnd offenen Ausnehmungen für die Polrad- bzw. Polträgerklauen aufweist. Eine Versteifung der Halteelemente ist dadurch zu erreichen, daß sich von den an die Klauenpole in im wesentlichen umfänglicher Richtung angrenzenden Enden radial nach innen gerichtete Schenkel erstrecken. Diese Struktur wird dadurch weiter verbessert, daß zwei sich gegenüberliegende Schenkel in einem KlauenpolZwischenraum im Bereich je eines Klauenpolendes durch je einen Steg verbunden sind, wobei ein Steg im Bereich der Polradklaue und ein Steg im Bereich der
Polträgerklaue angeordnet ist. Verbindet man zwei Schenkel an ihrem radial nach innen gerichteten Ende durch ein Profilschließelement, so ergibt sich ein geschlossenes Hohlprofil, das dadurch weiter versteift wird. Verbindet man je zwei benachbarte Schenkel zweier KlauenpolZwischenräume durch einen Polendsteg unterhalb der Klauenpole, so wird das Haltemittel nochmals zusätzlich versteift. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Haltemittels ist vorteilhafterweise auch eine Verwendung von Permanentmagneten in den Zwischenräumen zwischen zwei gegenpoligen Klauenpolen zur
Streuflußverringerung möglich. Permanentmagnete sind dann z.B. am Haltemittel radial innerhalb des Rotors befestigbar. Ist das Haltemittel innerhalb der Zwischenräume zwischen zwei gegenpoligen Klauen als ein Hohlprofil ausgebildet, so sind die Permanentmagneten durch Einschieben in dieses offene Hohlprofil einbringbar.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend in vier Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rotors eines erfindungsgemäßen Klauenpolgenerators in Draufsicht, Figur 2 zeigt einen Teilschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1, Figur 3 zeigt eine Seitenansicht eines Rotors gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Figur 4 zeigt eine Schnittsdarstellung gemäß Linie IV-IV durch den Rotor in Figur 3 ,
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform zu Figur 4, Figur 6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Haltemittels für den Rotor aus Fig. 3,
Figur 7 zeigt eine Teilansicht eines Rotors gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels,
Figur 8 zeigt einen Schnitt durch den Rotor nach Fig. 7 gemäß Linie VIII-VIII, Figur 9 und 10 zeigen eine Weiterbildung des Rotors nach den
Figuren 7 und 8, bei dem die beiden nach innen gerichteten Schenkel durch Stege miteinander verbunden sind, Figur 11 zeigt eine Seitenansicht durch ein Haltemittel nach einem vierten Ausführungsbeispiel, Figur 12 zeigt einen teilweisen Querschnitt nach Fig. 11 gemäß der Linie XII -XII,
Figur 13 zeigt das Haltemittel nach dem vierten Ausführungsbeispiel, wobei das Hohlprofil auf der Seite der Polradhälfte offen ist, Figur 14 zeigt eine Seitenansicht des Haltemittels nach dem vierten Ausführungsbeispiel, die
Figuren 15, 16 und 17 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Befestigung von Permanentmagneten am Haltemittel, Figur 18 zeigt in der oberen Bildhälfte einen Längsschnitt durch einen bekannten Klauenpolgenerator in Leitstückbauweise und in der unteren Bildhälfte eine Seitenansicht des Rotors dieses Generators.
Identische bzw. gleichwirkende Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 18 zeigt in der oberen Bildhälfte einen Längsschnitt durch einen bekannten Klauenpolgenerator mit einem Rotor 20 in LeitStückbauweise . Der Rotor 20 hat eine Polradhälfte 22, die über einen Ring 24 mit einem Leitstück, nachfolgend Polträger 26 genannt, verbunden ist. Die mechanische Anbindung zwischen Polträger 26, Ring 24 und Polradhälfte 22 ist jeweils durch eine Lötstelle zwischen einem jeden ersten Klauenpol 28 der Polradhälfte 22 und dem Ring 24 sowie zwischen einem jeden zweiten Klauenpol 29 des Polträgers 26 und dem Ring 24 gegeben. Der Rotor 20 ist konzentrisch vom Stator 30 umgeben.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Klauenpolgenerators. Zu dem Rotor 20 gehört die Polradhälfte 22, die mit einer Rotorwelle 32 drehfest verbunden ist. Die Polradhälfte 22 wiederum ist durch ein Haltemittel 34 mit dem Polträger 26 ebenfalls drehfest stoffschlüssig verbunden.
Die ersten Klauenpole 28 wechseln sich mit den zweiten Klauenpolen 29 am Umfang des Rotors 20 gleich beabstandet ab, wobei sich zwischen den zweiten Klauenpolen 29 und den ersten Klauenpolen 28 KlauenpolZwischenräume 36 befinden.
Das erfindungsgemäße Haltemittel 34 ist zumindest teilweise in den Klauenpolzwischenräumen 36 angeordnet. Die ersten Klauenpole 28 gehen mit Klauenpolwurzeln 38 in eine Platine 39 der Polradhälfte 22 über. Die ersten Klauenpole 28 und die zweiten Klauenpole 29 weisen jeweils seitlich in etwa radiale Klauenpolflanken 40 auf. Das Haltemittel 34 ist sowohl an den Klauenpolflanken 40 der zweiten Klauenpole 29, als auch an den Klauenpolflanken 40 der ersten Klauenpole 28 sowohl mit der Polradhälfte 22 als auch mit dem Polträger 26 durch StoffSchluß verbunden. Eine geeignete Anordnung des Haltemittels 34 ist dadurch gegeben, daß dessen Oberfläche 42 sich im wesentlichen am Umfang erstreckt. Eine möglichst glatte Oberfläche des Rotors 20 erhält man, wenn das
Haltemittel 34 mit seiner radial nach außen gerichteten Oberfläche 42 mit den radial nach außen gerichteten Flächen der Klauenpole 28 eine gemeinsame zylindrische Fläche bildet, wie es auch in Figur 1 dargestellt ist. In diesem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotors 20 umfaßt das Haltemittel 34 eine Mehrzahl einzelner Halteelemente 44, die jeweils einzeln in den einzelnen Klauenpolzwischenräumen 36 zwischen je einem ersten Klauenpol 28 und je einem zweiten Klauenpol 29 angeordnet sind.
In Figur 2 ist die Lage des Haltemittels 34 erkennbar, in dem es den größtmöglichen Abstand zur Rotorachse aufweist. Das Haltemittel 34 stößt dabei mit seinen seitlichen Flächen an die Klauenpolflanke 40 des ersten Klauenpols 28 und des zweiten Klauenpols 29 an. In dieser Stoßfuge findet die mechanische Anbindung zwischen Haltemittel 34 und den ersten und zweiten Klauenpolen 28 und 29 statt.
In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Rotors 20 mit dem Haltemittel 34 dargestellt. Dieses zweite
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten dadurch, daß benachbarte Halteelemente 44 im Bereich eines freien ersten Klauenpolendes 46 und eines freien zweiten Klauenpolendes 47 durch Lappen 48 miteinander verbunden sind. Deutlicher erkennbar sind diese Lappen 48 in Figur 4, bei der die Lappen zur Rotorwelle 32 abgewinkelt sind. In Figur 5 ist eine Variante dieses abgewinkelten Lappens 48 dargestellt, wobei der sich auf Seite der Polradhälfte 22 befindende Lappen 48 mit einer axialen Außenseite 50 der Polradhälfte 22 bündig abschließt. Mit Hilfe dieser
Erstreckung bis zur axialen Außenseite 50 werden auch Zwischenräume zwischen benachbarten Klauenpolwurzeln 38 überdeckt und damit der zylindrische Anteil der Rotoroberfläche vergrößert. Dadurch wird eine weitere Geräuschquelle vermieden.
In Figur 6 ist das einteilige Haltemittel 34 perspektivisch dargestellt, so wie es im zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. Das Haltemittel 34 besteht hierbei aus einem Stück, wobei die Lappen 48 die Halteelemente 44 einstückig verbinden. Dieses einstückige Haltemittel 34 weist eine im wesentlichen zylindermantelförmige Struktur auf, die polträger- und polradseitig abwechselnd offene Ausnehmungen für die ersten Klauenpole 28 bzw. zweiten Klauenpole 29 aufweist .
In Figur 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Haltemittels 34 in einer Teilansicht des Rotors dargestellt. Dieses dritte Ausführungsbeispiel geht von dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel aus. Wie aus Figur 8 ersichtlich, gehen von den an die ersten und zweiten
Klauenpole 28 und 29 angrenzenden Enden der Halteelemente 44 sich radial nach innen gerichtete Schenkel 54 aus. Diese Schenkel 54 dienen zur Versteifung des Haltemittels 34, wodurch bei gleichbleibender Zentrifugallast die Aufbiegung der ersten und zweiten Klauenpole 28 und 29 nochmals verringert ist. Eine weitere Steigerung der Stabilität bzw. Steifigkeit ergibt sich dadurch, daß zwei sich gegenüberliegende Schenkel 54 in einem KlauenpolZwischenraum 36 im Bereich je eines ersten und eines zweiten freien Klauenpolendes 46 und 47 durch je einen Steg 56 verbunden sind, Figur 9. In Figur 10 ist die diesbezügliche Querschnittsdarstellung dargestellt .
In Figur 11 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Haltemittels 34 dargestellt, bei dem gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 6 die Schenkel 54 an ihren radial nach innen gerichteten Enden durch je ein sog. Profilschließelement 60 verbunden sind, so daß sich ein geschlossenes Hohlprofil 61 ergibt, s. a. Figur 12. Dieses vierte Ausführungsbeispiel verfügt auch über die bereits aus dem zweiten Ausführungsbeispiel bekannten Lappen 48, die die einzelnen Halteelemente 44 verbinden. Wie in Figur 12 angedeutet ist, können die Klauenpole 28 und 29 auch Klauenpolflanken 40' bzw. 40" aufweisen, die nicht rein radial nach innen gerichtet sind, sondern auch eine tangentiale Komponente bei der Ausrichtung aufweisen. Daneben sind auch Klauenpolflanken 40 möglich, die nur teilweise rein radial nach innen gerichtet sind, Figur 2. Beim vierten Ausführungsbeispiel ist das Hohlprofil 61 nach einem axialen Ende hin offen, während das andere axiale Ende geschlossen ist, siehe auch Figur 13. In Figur 14 ist eine teilweise Seitenansicht des Rotors 20 von Seiten der Polradhälfte 22 mit dem Haltemittel 34 in der Form des vierten Ausführungsbeispiels gezeigt. Hier ist gezeigt, daß das Hohlprofil 61, welches sich zwischen je einem ersten und zweiten Klauenpol 28 und 29 erstreckt, auf der Seite der Polradhälfte 22 offen ist. Dadurch, daß das Haltemittel 34 ein zur Polradhälfte 22 offenes Hohlprofil 61 aufweist, weist der Lappen 48 demzufolge auch zwei Öffnungen auf. Dies führt zu einer Materialschwächung des Lappens 48. Um diese Schwächung an diesem Ende des Haltemittels 34 zu kompensieren, weist der Lappen 48 an seinem radial innen gelegenen Ende einen abgewinkelten Endbereich 62 auf, der sich zwischen zwei benachbarten Klauenpolwurzeln 38 erstreckt. Eine weitere Verbesserung ergibt sich dadurch, daß der Winkel dieses Lappens 48 zwischen zwei Hohlprofilöffnungen durch einen Endbereichsteg 66 versteift ist, siehe auch Figur 11. Um die Fügeverbindung zwischen Polradhälfte 22, Haltemittel 34 und Polträger 26 nochmals zu verbessern, ist der Lappen 48 zwischen zwei Klauenpolwurzeln 38 mit der Polradhälfte 22 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch eine Schweißstelle. Eine weitere Möglichkeit das Haltemittel 34 zu versteifen besteht darin, je zwei benachbarte Schenkel 54 zweier KlauenpolZwischenräume 36 durch einen Polendsteg 68 unterhalb der Klauenpolenden zu verbinden, siehe auch Figur 11.
Zur Leistungssteigerung eines Klauenpolgenerators werden im allgemeinen Permanentmagneten 70 vorgesehen. Diese
Permanentmagneten 70 werden in den Zwischenräumen zwischen je einem ersten und einem zweiten Klauenpol 28 und 29 eingebracht. Bei magnetischer Erregung des Rotors ist die Polung der ersten Klauenpole 28 der Polung der zweiten Klauenpole 29 entgegengesetzt. Die Permanentmagnete 70 sind so orientiert, daß sie einem durch eine Erregerspule 72 erregten magnetischen Klauenpolfeld zwischen zwei gegenpoligen Klauenpolen 28 und 29 entgegenwirken und so den Streufluß verringern. Solche Permanentmagnete 70 sind beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beispielsweise durch eine Klebung an der Unterseite des Halteelements 44 befestigbar, siehe Figur 15 und 16. Bilden die beiden Schenkel 54 beispielsweise eine Hinterschneidung, Figur 17, so ist eine Einbringung der Permanentmagnete 70 auch dadurch möglich, daß der Halt des Permanentmagneten durch Formschluß mit den beiden Schenkeln 54 zustandekommt . Im vierten Ausführungsbeispiel können die Permanentmagnete 70 in die einseitig offenen Hohlprofile 61 eingebracht sein, Figur 14. Eine Fixierung der Permanentmagnete 70 im Hohlprofil 61 ist dann beispielsweise durch ein Imprägnierharz, das in das Hohlprofil 61 zwischen Hohlprofil 61 und Permanentmagnet 70 eingebracht ist, erfolgen. Damit der Klauenpolgenerator durch das Haltemittel 34 in seiner Funktion nicht beeinträchtigt wird, muß das Haltemittel 34 aus einem magnetisch unwirksamen Material bestehen. Insbesondere für das dritte und vierte Ausführungsbeispiel bietet es sich aufgrund der verhältnismäßig komplizierten Form an, daß das Haltemittel 34 einstückig durch Feingießen eines austenitischen Stoffs hergestellt ist. Der Zusammenhalt zwischen Haltemittel 34, Polradhälfte 22 und Polträger 26 ist am besten dadurch gegeben, daß diese drei Bauteile mittels Schweiß-, Löt- oder Klebstellen gefügt sind. Es ist vorgesehen, daß zum Herstellen der Schweißstellen das MIG- , das Laser- oder WIG-Schweißverfahren angewandt wird.
Die bisher beschriebenen vier Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Rotoren 20 mit einem Leitstück bzw. Polträger 26, bei denen der Polträger 26 über das Haltemittel 34 mit der Polradhälfte 22 befestigt ist. Das Haltemittel 34 ist in seiner bisher beschriebenen Ausführung auch für Rotoren 20 in Klauenpolausführung geeignet, die aus einer ersten Polradhälfte 22 und einem Polträger 26 bestehen, wobei der Polträger 26 ebenfalls als Polradhälfte ausgeführt ist, die der Polradhälfte 22 gleicht . Während bei der LeitStückbauweise eine generelle Haltefunktion für den
Polträger 26 in Leitstückbauweise impliziert ist, ist dies bei der Bauweise mit zwei Polradhälften 22 nicht der Fall. Das Haltemittel 34 erhöht durch seine Befestigung einerseits an den Klauenpolen 28 bzw. den ersten Klauen 36 der einen Polradhälfte 22 und andererseits an den Klauenpolen 28 bzw. ersten Klauen 36 der anderen zweiten Polradhälfte 22 den Widerstand der Klauenpole 28 gegen Aufbiegen, wie dies bereits bei der LeitStückbauweise der Fall ist. Weiterhin werden Schwingungen der Klauenpole in in Bezug auf die Rotorachse tangentialer Richtung praktisch verhindert. Bei einem Rotor 20 mit einem Polträger 26 in Leitstückbauweise ist zwischen den ersten Klauenpolen 28 und den zweiten Klauenpolen 29 in soweit zu unterscheiden, daß die ersten Klauenpole 28 Klauenpolwurzeln 38 aufweisen, so daß ein scheibenförmiger Bereich einer Polradhälfte 22 Ausnehmungen zwischen den ersten Klauenpolen 28 aufweist. In den bisherigen Ausführungsbeispielen ist in diesen Ausnehmungen die lappenseitige Befestigung des Haltemittels 34, wie dies in Figur 14 dargestellt ist, oder die Lage des Lappens 48, siehe auch Figur 4 und Figur 5. Während diese einseitige Anordnung nur beim Rotor 20 mit einem Polträger 26 in Leitstückbauweise möglich ist, ist beim Rotor 20 mit zwei Polradhälften 22 die Anordnung des Lappens 48 bzw. die Befestigung des Haltemittels 34 in den Ausnehmungen beider Polradhälften 22 möglich, da der Rotor 20 im wesentlichen spiegelsymmetrisch aufgebaut ist.

Claims

Ansprüche
1. Klauenpolgenerator mit einem Rotor (20) in
Klauenpolbauweise, wobei der Rotor (20) aus einer mit einer Rotorwelle (32) drehfest verbundenen Polradhälfte (22) und einem mit der Polradhälfte (22) durch ein Haltemittel (34) ebenfalls drehfest verbundenen Polträger (26) gebildet ist, wobei der Rotor (20) erste Klauenpole (28) und zweite
Klauenpole (29) aufweist, wobei die ersten Klauenpole (28) von der Polradhälfte (22) gebildet sind und die zweiten Klauenpole (29) von dem Polträger (26) gebildet sind, wobei die ersten Klauenpole (28) sich am Umfang des Rotors (20) mit den zweiten Klauenpolen (29) abwechseln und sich in
Umfangsrichtung zwischen den ersten Klauenpolen (28) und den zweiten Klauenpolen (29) Klauenpolzwischenräume (36) befinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (34) zumindest teilweise in den Klauenpolzwischenräumen (36) angeordnet ist und das Haltemittel (34) stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, Löten oder Kleben mit den ersten Klauenpolen (28) und mit den zweiten Klauenpolen (29) verbunden ist .
2. Klauenpolgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Klauenpole (28) und die zweiten Klauenpole (29) insbesondere radial nach innen verlaufende Klauenpolflanken (40) aufweisen, wobei das Haltemittel (34) an den Klauenpolflanken (40) mit der Polradhälfte (22) und mit dem Polträger (26) verbunden ist.
3. Klauenpolgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (24) aus einer
Vielzahl einzelner Halteelemente (44) besteht.
4. Klauenpolgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei benachbarte Halteelemente (44) im Bereich eines ersten und eines zweiten freien
Klauenpolendes (46; 47) durch Lappen (48) miteinander verbunden sind.
5. Klauenpolgenerator nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (48) gegenüber einer Rotorwelle (32) abgewinkelt sind.
6. Klauenpolgenerator nach Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich auf Seite der Polradhälfte (22) und/oder des Polträgers (26) befindenden Lappen (48) mit einer axialen Außenseite (50) der Polradhälfte (22) und/oder des Polträgers (26) bündig abschließen.
7. Klauenpolgenerator nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (34) aus einem
Stück besteht, wobei die Lappen (48) die Halteelemente (44) einstückig verbinden.
8. Klauenpolgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Haltemittel (34) eine im wesentlichen zylindermantelförmige Struktur aufweist, die polträger- und polradseitig abwechselnd offene Ausnehmungen für die ersten Klauenpole (28) beziehungsweise zweiten Klauenpole (29) aufweist.
9. Klauenpolgenerator nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich zu beiden Seiten der ersten und zweiten Klauenpole (28; 29) in im wesentlichen radialer Richtung, etwa parallel zu den ersten und zweiten Klauenpolflanken ( 46; 47), Schenkel (54) erstrecken.
10. Klauenpolgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich gegenüberliegende Schenkel (54) in einem KlauenpolZwischenraum (36) im Bereich je eines freien ersten und zweiten Klauenpolendes (46; 47) durch je einen Steg (56) verbunden sind.
11. Klauenpolgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (54) an ihren radial nach innen gerichteten Enden (62) durch ein Profilschließelement (60) verbunden sind, so daß sich ein geschlossenes Hohlprofil (61) ergibt.
12. Klauenpolgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlprofil (61) an einem seiner axialen Enden durch den Lappen (48) geschlossen und an seinem anderen axialen Ende offen ist.
13. Klauenpolgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei benachbarte Schenkel
(54) zweier Klauenpolzwischenräume durch einen Polendsteg (68) unterhalb der ersten und zweiten Klauenpole (28; 29) verbunden sind.
14. Klauenpolgenerator einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Haltemittel (34) wenigstens ein Permanentmagnet (70) befestigt ist.
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