DE102008043144A1

DE102008043144A1 - Vorrichtung zur Fixierung von Magneten

Info

Publication number: DE102008043144A1
Application number: DE200810043144
Authority: DE
Inventors: Christa Bauch; Martin Schulz; Oliver Eckert; Ngoc-Thach Nguyen; Christian Dayan
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-10-25
Also published as: WO2010046501A2; JP2012506690A; JP5971947B2; CN102265482B; WO2010046501A3; DE102008043144B4; CN102265482A; US9124164B2; BRPI0919872A2; US20120032548A1; EP2364523A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine (10), insbesondere einen Generator für ein Kraftfahrzeug mit einem Erregersystem aus einer Vielzahl elektrisch erregter Einzelpole. Die Einzelpole können im Stator (16) oder im Rotor (20) in Form von am Umfang axial und radial ausgerichteten, mit in Umfangsrichtung abwechselnd gepolten, elektromagnetisch erregten Polen (22, 23; 24, 25) ausgebildet sein. Zur Verbesserung der Leistung und zusätzlich durch Verringerung des magnetischen Streuflusses sind in den Zwischenräumen (74) zwischen den abwechselnden Polen (24, 25) Permanentmagnete (66) eingesetzt, die mittels eines magnetisch nicht erregbaren Halteelements (60) gehalten werden. Dies ist beidseitig in Polnuten (92, 94) gehalten. Das Halteelement (60) ist federnd radial, axial und tangential ausgebildet und weist eine Profilierung in Wellenform (62) und/oder in Sickenform (76, 78; 86) auf.

Description

Stand der Technik
DE 10 2006 041 981 A1 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 A1 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 Permanentmagnete. 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 A1 sowie DE 199 51 115 A1 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 positionierte Einführzunge eine Selbstfindung 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 lasst 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 wellblechartigen, 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 Maschine 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 Leistungssteigerung 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 quaderförmige 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 lasst 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
1 einen Schnitt durch eine elektrische Maschine, insbesondere einen Generator,
2 eine Frontalansicht der Klauenpaarung des Rotors beziehungsweise des Läufers,
3 eine Draufsicht beziehungsweise Seitenansicht auf die klauenförmige Polanordnung,
4 eine Detailansicht der durch federnd ausgebildete Halteelemente fixierten Permanentmagnete,
5 eine Ansicht der Permanentmagnete mit der Halterung,
6 eine gewellte Struktur der federnd ausgebildeten Halteelemente
7 den quaderförmigen Permanentmagneten sowie das diesen übergreifende federnd ausgebildete Halteelement,
8 eine perspektivische Darstellung der Draufsicht gemäß 3 in vergrößertem Maßstab,
9 eine weitere Ausführungsvariante der Permanentmagnete zum Beispiel fixierende federnd ausgebildete Halteelemente,
10 eine Ansicht von unten,
11 eine vergrößerte perspektivische Draufsicht des federnd ausgebildeten Halteelements gemäß der Ausführungsvariante in 9,
12 eine Seitenansicht der in 11 dargestellten Anordnung,
13 eine Seitenansicht lediglich des federnd ausgebildeten Halteelements gemäß der Ausführungsvariante in 9,
14 eine Draufsicht auf das federnd ausgebildete Halteelement,
15 eine Ansicht der seitlich abgebogenen Abschnitte desselben,
16 eine Klauen-Halbschale der elektrischen Maschine mit der Variante für den radialen Einbau,
17 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der permanentmagnetfixierenden doppelfedernd ausgebildeten Halteelemente,
18 Seitenansicht und Draufsicht auf die Ausführungsvariante der federnd ausgebildete Halteelemente gemäß 17 und
19 eine Draufsicht auf ein durch ein mit Längssicken versehenes federnd ausgebildetes Halteelement.
Ausführungsformen
1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10 zu entnehmen, hier ausgeführt 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 ungezogen 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 Außenumfang sich in axialer Richtung erstreckende oder gebogen ausgebildete Klauenpolfinger 24, 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass deren sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24 beziehungsweise 25 am Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetische erforderliche Zwischen- beziehungsweise Trennräume zwischen den gegenseitig magnetisierten Klauenpolfingern 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 1 nicht dargestellte Öffnungen.
In 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 2 ist eine Draufsicht auf einen Rotorblock der elektrischen Maschine 10 zu entnehmen.
In der Darstellung gemäß 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 3 zu entnehmen, in welchen Permanentmagnete 66 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 66 (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 zuweisende Polnuten 92, 94 eingeschoben, wie in der Frontansicht in 2 angedeutet. Die Polnuten 92 beziehungsweise 94 sind im Wesentlichen als Schlitze ausgebildet und erstre cken sich in axialer Richtung entlang den konisch ausgebildeten Polfinger-Flanken in die Zeichenebene gemäß der Darstellung in 2.
Die Draufsicht gemäß 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 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 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 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.
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 Magnetlänge, 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 Permanentmagnete 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 3 ist angedeutet, dass die federnd ausgebildeten Halteelemente 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.
4 zeigt in perspektivischer Wiedergabe die von den federnd ausgebildeten Halteelemente 60 fixierten Permanentmagnete 66.
Aus der Darstellung gemäß 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 4 dargestellten in den einzelnen Klauenpolfingern 24 beziehungsweise 25 ausgebildeten Polnuten 92, 94 eingeschoben und dort zuverlässig fixiert. 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.
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 5 zu entnehmen ist, mit mindestens einer seiner Längsseiten 68 an der Unterseite 72 des federnd ausgebildeten Halteelements 60 an. Wie 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 Klauenpolfinger 24, 25 hinein geschoben wird. Die in Wellenform 62 ausgebildete Profilierung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Aufnahme elastischer Verformungen der Klauenpolfinger 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 Klauenpolfingern 24 beziehungsweise 25, können aufgrund der profilierten Ausbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60, leichter verkraftet werden. Des Weiteren 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 Klauenpolfinger 24, 25 im Bereich der Zwischenräume 74 werden bevorzugt spanabhebend, können wegen federnder Anpassung jedoch auch spanlos geformt werden.
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 Selbstfindung der Polnuten 92, 94 erreicht werden, was die Montagefreundlichkeit erheblich verbessert. Werden an den Klauenpolfingern 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 Klauenpolfinger 24 beziehungsweise 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 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 6 die Profilierung in Wellenform 62 entnehmen.
Der Darstellung gemäß 7 ist zu entnehmen, dass der Permanentmagnet 66 zum Beispiel quaderförmig ausgebildet sein kann. Radial können die Permanentmagneten 66 linienförmige Abstützungen aufweisen. Diese Bauweise hat gute Fliehkraftleistverteilungseigenschaften, wodurch die Festigkeitsanforderungen an das federnd ausgebildete Haltelement 60 reduziert werden können.
Der Darstellung gemäß 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 Klauenpolfinger 24 beziehungsweise 25, die entlang der Zwischenräume 94 aneinander gegenüberliegen.
Der Darstellung gemäß 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 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 9 erstreckt sich die Längssicke 76 mittig von einem der Klemmbügel 64 bis zum anderen Klemmbügel 64.
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 9 und 10 dargestellten mittig eingebrachten beziehungsweise eingeprägten 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.
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 10 an. Dies ist sehr gut den Seitenansichten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelements 60 gemäß der 12 und 13 zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß 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 Permanentmagnet 66 von den federnd ausgebildeten Klemmbügeln 64 umschlossen.
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 Profilierung in Wellenform 62 können geöffnet oder verschlossen sein, so z. B. mit einem Füllmaterial vergossen sein. 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 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 Klauenpolfinger 24, 25 eingeschoben und somit dort arretiert. Aus der Darstellung gemäß 14 geht hervor, dass eine Breite 84 des federnd ausgebildeten Halteelements 60 die Breite der Klemmbügel 64 (vergleiche Darstellung gemäß 15) übersteigt. Die Seitenbereiche der Profilierung in Wellenform 62 dienen der Arretierung des federnd ausgebildeten Halteelements 60 in den Polnuten 92, 94 der Klauenpolfinger 24, 25.
15 zeigt, dass eine Klemmbügelbreite 82 der Klemmbügel 64 die Breite 84 (vergleiche Darstellung gemäß 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 Klauenpolfingern 24, 25 auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten und hohen auftretenden Fliehkräften gewährleistet ist.
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 16 geht hervor, dass die Klauenpolplatine 22 eine Anzahl von Klauenpolfingern 24 umfasst, wobei zwischen den Klauenpolfingern 24, 25 korrespondierende Freiräume ausgebildet sind, in denen die Klauenpolfinger 24 einer weiteren Klauenpolplatine 23 eingreifen. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit ist in der perspektivischen Ansicht gemäß 16 lediglich eine der Klauenpolplatinen 22, 23 dargestellt. In der Darstellung gemäß 16 werden die Permanentmagneten 66 ebenfalls durch federnd ausgebildete Halteelemente 60 fixiert, die jedoch im Vergleich zur ersten in 9 dargestellten Ausführungsvariante der federnd ausgebildeten Halteelemente 60 eine sich in Längsrichtung erstreckende Längsverrippung 86 gegen Knickungsgefahr der Magneten aufweisen. Aus der Darstellung gemäß 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 Klauenpolfinger 24, 25 der Klauenpolplatinen 22, 23 eingreifen.
Im Unterschied zur in 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 16 Haken 88 auf, in denen eine Magnethalterung 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 16 eingeklipst werden und sofort ihre Montageposition ein nehmen. Die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 gemäß der Darstellung in 16 werden bevorzugt in radialer Richtung, d. h. vom Außenumfang her, in die Zwischenräume 74 zwischen den einzelnen Klauenpolfingern 24 gemäß der der Darstellung in 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 17, 18 und 19 ist die weitere Ausführungsvariante des federnd ausgebildeten Halteelements ein Detail zu entnehmen.
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 Klauenpolfingern 24, 25 der beiden Klauenpolplatinen 22, 23 ausgeführt ist. Aus der Draufsicht gemäß 17 geht hervor, dass die Längsverrippung 86 beispielsweise zwei sich von einem Haken 88 zum gegenüberliegenden Haken 88 erstreckende Sicken 98 umfassen kann.
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. 18 zeigt zudem die sich seitlich erstreckenden Übergriffe 90, mit denen die in den 16, 17, 18 und 19 dargestellte weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in Zwischenräumen 74 der Klauenpolplatinen 22, 23 fixiert wird.
Aus der Darstellung gemäß 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 5, 6, 7, 12, 16 im Wesentlichen in Quaderform ausgebildete Permanentmagnete 66 dargestellt sind, können diese auch in von der Quaderform abweichen den Geometrien, so zum Beispiel mit abgefasten Flächen ausgebildet sein. Bevorzugt wird die Geometrie der Permanentmagnete 66 so gewählt, dass diese der korrespondierenden Kontur der Klauenpolfinger 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 Klauenpolfinger 24, 25 umschließen und dort abstützen.
Während in der in den 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 erfindungsgemäß vorgeschlagenen, federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in radialer Richtung, d. h. vom Umfang aus in die Zwischenräume 74 der Klauenpolplatine 22, 23 einklipsen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006041981 A1 [0001, 0003]
- DE 19951115 A1 [0002, 0003]

Claims

Elektrische Maschine (10), insbesondere Generator für ein Kraftfahrzeug mit einem Erregersystem aus einer Vielzahl elektrisch erregter Einzelpole im Stator (16) oder Rotor (20) in Form von am Umfang axial ausgerichteten, mit in Umfangsrichtung abwechselnd gepolten, elektromagnetisch erregten Polen (22, 23; 24, 25) zur Leistungssteigerung durch zusätzliche Magnetfeldstärke und mit zur Verringerung des magnetischen Streuflusses in Zwischenräumen (74) zwischen den abwechselnden Polen (24, 25) eingesetzten Permanentmagneten (66), die mittels eines magnetisch nicht erregbaren Halteelements (60) gehalten werden, das beidseitig in Polnuten (92, 94) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (60) federnd ausgebildet ist und eine Profilierung in Wellenform (62) und/oder in Sickenform (76, 78; 86) aufweist.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (60) Klemmbügel (64) zur Fixierung des Permanentmagneten (66) an seinen Stirnseiten (70) und an zumindest einer Längsseite (68) aufweist.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Profilierung in Wellenform (62) in Axialrichtung des Halteelements (60) kontinuierlich oder diskontinuierlich zwischen den Klemmbügeln (64) erstreckt.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seitliche Ränder der in Wellenform (62) profilierten Halteelemente (60) in Polnuten (92, 94) eingeschoben werden, die jeweils einen Zwischenraum (74) begrenzen.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Profilierung in Wellenform (62) eine Längsversteifung, insbesondere mindestens eine Längssicke (76, 78) oder eine Längsverrippung (86) eingebracht ist.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sickenboden (78) der mindestens einen Längssicke (76) eben ausgeführt ist und sich der Permanentmagnet (66) entlang mindestens einer Längsseite (68) am Sickenboden (78) der mindestens einen Längssicke (76) oder der mindestens einen Längsverrippung (86) abstützt.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klemmbügel (64) in einem Bügelwinkel 80 zwischen 0° und 60°, seitlich nach innen ge schlossen oder geöffnet, bevorzugt zwischen 15° und 45° in Bezug auf eine Unterseite (72) des Halteelements (60) abgewinkelt sind.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbügel (64) eine in Bezug auf eine Breite (84) des Halteelements (60) reduzierte Bügelbreite (82) aufweisen.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (60) durch Einschieben in die Polnuten (92, 94) in einen Zwischenraum (74) von einer Stirnseite des Rotors (20) oder des Stators (16) aus axial montierbar sind.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (60) Haken (88) aufweisen, an denen Magnethalterungen (96) ausgeführt sind und die Halteelemente (60) mit Haken (88) radial von außen in die Zwischenräume (74) eingeklipst werden.