-
Stand der Technik
-
DE 10 2008 043 1044 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Fixierung von Magneten. An einer elektrischen Maschine, insbesondere ein bei der sich insbesondere um einen Generator für ein Kraftfahrzeug mit einem Erregersystem aus einer Vielzahl elektrisch erregter Einzelpole im Stator oder Rotor in Form von einem Umfang axial ausgerichteten, mit der Umfangsrichtung abwechselnd gepolten elektromagnetisch erregten Polen handelt, sind zur Leistungssteigerung durch zusätzliche Magnetfeldstärke und zur Verringerung des magnetischen Streuflusses in Zwischenräume zwischen den abwechselnden Polen Permanentmagnete eingesetzt. Diese werden mittels eines magnetisch nicht erregbaren Halteelementes gehalten, welches beidseitig in Polnuten gehalten ist. Das Halteelement für die Permanentmagneten ist federnd ausgebildet und weist eine Profilierung in Wellenform und/oder in Sickenform auf.
-
DE 10 2006 041 981 A1 bezieht sich auf eine elektrische Maschine. Bei dieser 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, beidseitigen 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 abstützen.
-
DE 199 51 155 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 einem Umfang axial ausgerichteten, mit der Umfangsrichtung abwechselnder Polung elektromagnetisch erregter Pole auf. Zur Verringerung des magnetischen Streuflusses befinden sich in den Zwischenräumen zwischen den Polen Permanentmagnete. Die Permanentmagnete sind in die erwähnten Zwischenräume eingesetzt. Die Befestigung der Permanentmagnete am Stator bzw. am Rotor erfolgt derart, dass die Permanentmagnete jeweils mittels eines magnetisch nicht erregbaren Halt des Elementes gehalten sind, wobei dieses Halteelement beidseitig tangential und axial durch Verstemmung in Polnuten gehalten wird und eine Polnute 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 51 155 A1 bekannten elektrischen Maschinen, kommt es bei hohen Drehzahlen, ≥ 22.000 min
–1, 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.
-
DE 10 2008 044 187 A1 bezieht sich auf eine elektrische Maschine, insbesondere einen Klauenpolgenerator. Der Klauenpolgenerator umfasst eine Vielzahl von einem Rotor zugeordneten Polen, die in Umfangsrichtung wechselseitig ausgerichtete Magnetfelder aufweisen. Zwischen den Polen sind Permanentmagnete angeordnet, wobei die Permanentmagnete jeweils mit einer Spannklammer, die in insbesondere spanlos gefertigten Nuten der benachbarten Pole angeordnete Federelemente aufweist, oder mit einem in Nuten des Permanentmagnets und in insbesondere spanlos gefertigten Nuten der benachbarten Pole angeordneten Federringabschnitt oder Federring befestigt sind.
-
Für hohen Leistungsbedarf können bei Klauenpolgeneratoren, wie oben stehend beschrieben, Permanentmagneten zwischen den jeweiligen Klauenfingern eingesetzt werden. Die Permanentmagnete werden bisher in spanabhebend erzeugten Räume entweder direkt eingesetzt oder mittels Klebstoff, bzw. Imprägniermittel eingeklebt oder mit zusätzlichen Blech- bzw. Kunststoffträgern in unterschiedlicher spezifischer Ausprägung fixiert und positioniert. Die hohen Positionierungs- und Fixierungstoleranzen zwischen den einzelnen Bauteilen verursachen mechanische und elektromagnetische Unwuchten und damit eine höhere Geräuschbelastung und lassen eine geringere Lebensdauer erwarten. Bisher mussten diese Nachteile, d. h. eine höhere Geräuschentwicklung und eine geringer zu erwartende Lebensdauer in den meisten Fällen in Kauf genommen werden.
-
Darstellung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird ein Halteelement zur Fixierung von Permanentmagneten an den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Polen eines Klauenpolgenerators vorgeschlagen, welches einen Ausgleich von zwischen in radialer Richtung erstreckenden Toleranzen bei der Fertigung der Polnuten ausgleicht, welches darüber hinaus eine in tangentiale Richtung wirkende, deformierbare Fixierung des Halteelementes und des von diesem fixierten Permanentmagneten in dem Zwischenraum zwischen den Klauenpolfingern ermöglicht und darüber hinaus eine axiale Fixierung der Permanentmagnete im besagten Zwischenraum ermöglicht.
-
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist in besonders vorteilhafter Weise ein Toleranzausgleich der Welle der Polnut, bzw. der Nute der Polnut, bzw. ein Ausgleich von unterschiedlichen Abständen der einzelnen Klauenpolfinger, die sich bei der Fertigung ebnen können, möglich macht, ohne dass die Klauenpolfinger, bzw. die darin ausgeführten Polnuten abgearbeitet werden müssten.
-
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung stellt eine Möglichkeit dar, die eine spanabhebende Polnutbearbeitung an den einzelnen Klauenfingern vor der Endmontage des Klauenpolgenerators ermöglicht und die besagten Toleranzen ausgleicht. Durch entsprechende Formgebung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelemente, die auch als Permanentmagnetträger bezeichnet werden, in der Regel aus nicht magnetisch erregbarem Material vom Blech gefertigt werden, lassen sich eine Vielzahl von Vorteilen erzielen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene radiale tangentiale und axiale Fixierung der Permanentmagnete nehmen diese eine Lage ein, die auch bei hohen und höchsten Drehzahlen des Klauenpolgenerators, die in der Größenordnung von 20.000 min–1 liegen können, gewährleistet ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich auch eine Automatisierbarkeit der Montage bei entsprechenden Zugführtechniken und damit eine wirtschaftliche Großserienfertigung erreichen. Darüber hinaus kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung der Halteelemente und der damit einhergehenden präziseren Positionierung der Permanentmagnete können geringere Leistungsschwankungen bei der Fertigung einzelner Klauenpolgeneratoren erreicht werden. Ferner können die mechanischen und elektromagnetischen Unwuchten, die ansonsten auftreten würden, erheblich reduziert werden. Darüber hinaus wird in vorteilhafter Weise eine Reduzierung des Geräuschniveaus beim Betrieb die der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine, insbesondere ausgestaltet als Klauenpolgenerator für Anwendungen im PKW erreicht und der Bauteilverschleiß erheblich reduziert, so dass sich insgesamt gesehen die Lebensdauer, der mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementen versehenen elektrischen Maschinen signifikant erhöht.
-
In unterschiedlichen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösungen besteht beispielsweise die Möglichkeit, Planseiten, Seitenflächen und Führungsnuten in den einander zuweisenden Klauenpolfingern spanabhebend zu fertigen oder auch spanlos umzuformen. Es können in einer ersten Ausführungsmöglichkeit die Halteelemente als flache gestanzte oder geprägte Bleche ausgebildet werden und in den Klauenpolfingern eingefräste Polnuten eingeführt werden. Diese die Halteelemente gemäß der ersten Ausführungsmöglichkeit umfassen radial und tangential geformte federfähige Konturen, wie z. B. wellenförmig ausgebildete Sicken und seitlich dünner gehaltene Fläche oder durch definierbare Einzellochstrukturen oder Lochreihen beispielsweise. An den Halteelementen ist eine kreisförmige Insel ausgebildet, damit die Mittelposition des Permanentmagneten und das Halteelementes erkannt werden können. In vorteilhafter Weise kann eine axiale Klemmung mit dem Halteelement durch Biegen geformter Laschensegmente an den Blechenden um die jeweiligen Stirnseiten der Permanentmagnete erreicht werden. Durch zusätzlich am klemmbügelförmig ausgebildeten in axialer Richtung wirkenden Halteelementen können Isolationspapierenden der Rotorwicklung während der Montage der Permanentmagneten in den Klauen nach unten gedrückt und eine Verschiebung des zu verarbeiteten Isolationspapieres während der Montage verhindert werden.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes können in tangentialer Richtung wirkende Klemmnasen als vorgelochte Strukturen, beispielsweise in Lochreihen am Halteelement ausgebildet werden. Dieses seitlich in die Pole entsprechend komplementär geformte Polnuten hineinragende Lochreihenstrukturen, die teilweise in tangentiale und in radiale Richtung wirken, werden in Bezug auf die Planseite des Halteelementes in einem Anstellwinkel von beispielsweise 15 bis 45° ausgebildet. Dadurch kann die Abzugsbelastung des Bleches des aus Blech gefertigten Halteelementes in eine Druckbelastung umgewandelt werden, so dass die Blechstruktur insgesamt gesehen durch die auftretenden Fliehkräfte höher belastbar ist oder alternativ ein dünneres Blech eingesetzt werden kann, was sich wiederum leichter umformen, d. h. fertigen lässt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit aufgrund der Reduzierung der Kräfte kleinere Polnuten in den Klauenpolfingern zu fertigen, das wiederum zu einem geringeren magnetischen Verlust führen würde.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelemente zur radialen tangentialen und axialen Fixierung der Permanentmagnete in den Zwischenräumen zwischen den Klauenpolfingern durch biegesteifere und federfähigere Formgebung des Bleches Halteelemente zu fixieren, so dass gegebenenfalls noch dünnere Bleche eingesetzt werden können. Die aufgrund der Reduzierung der Masse lässt sich die Eigenlast bei Fliehkraftbeanspruchung entsprechend reduzieren.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nahe stehend eingehender beschrieben.
-
Es zeigt:
-
1 einen Schnitt durch eine elektrische Maschine, insbesondere einen Generator,
-
2 eine Frontansicht einer Klauenpaarung des Rotors,
-
3 eine Draufsicht, bzw. Seitenansicht auf die klauenförmig ausgebildete Polanordnung,
-
4 eine Draufsicht auf eine Stirnseite eines ersten erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes,
-
5 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteelement gemäß 4,
-
6 eine Ansicht entsprechend 4,
-
7 eine Seitenansicht der ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes,
-
8 eine Draufsicht auf das Halteelement,
-
9 die Montage eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes in einer zweiten Ausführungsvariante zwischen zwei Klauenpolfingern,
-
10 eine Ansicht der zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes,
-
11 eine perspektivische Darsicht auf das Halteelement gemäß 10,
-
12 eine Draufsicht auf die zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes zur Fixierung des Permanentmagneten,
-
13 eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsvariante gemäß 11,
-
14 eine Stirnansicht des Halteelementes mit widderkopfförmigem Profil,
-
15 eine weitere dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes im montierten Zustand,
-
16 die sich einstellende Kräfteverteilung bei Fliehkraftbeanspruchung eines erfindungsgemäßen Halteelementes in seiner dritten Ausführungsvariante,
-
17 und 18 mit Versteifungsstrukturen versehene Planseiten der Halteelemente,
-
19 ein mit Langschlitzen versehenes Halteelement für federnden Toleranzausgleich
-
20 das Halteelement gemäß 19 in der Vorderansicht,
-
21 die Darstellung einer Montagerichtung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes,
-
22 ungebördelte Endflächen eines Halteelementes zur Einführung in gerundete Polnuten
-
23 die Vorderansicht des Halteelementes gemäß 22 mit gebördelten Blechenden und
-
24 das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteelement mit Zusatzflügel zur Vermeidung von Beschädigung von Isolationsmaterial bei der Montage.
-
Ausführungsvarianten
-
1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10 zu entnehmen, die hier als Generator ausgeführt ist, bzw. Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge. Die 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 erstreckende Nuten eine Ständerwicklung 18 eingelegt, bzw. 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 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 der sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 24, 25 am Umfang des Rotors 20 aneinander abwechselnd, d. h. in alternierender Abfolge angeordnet sind. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Zwischen- bzw. Trennräume 74 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. Der Lüfter 30 besteht im Wesentlichen aus einem wellenplattenförmigen, bzw. scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschrauben in bekannter Weise ausgehen. Die Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 40 in den Lagerschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch zwischen der Außenseite und der elektrischen Maschine 10 und dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 im Wesentlichen an den axialen Enden der Lagerschilder 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Die Kühlluft wird so 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, bzw. nach dem Umströmen dieses Wicklungsüberhanges 45 einen Weg nach radial außen, durch hier in 1 nicht dargestellte Öffnungen.
-
In 1 befindet sich auf der rechten Seite eine Schutzkappe 47, die verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt. So deckt die 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 sogenannter Minuskühlkörper wirkt das Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 befindet sich eine Anschlussplatine 56, die dazu dient, eine dem Lagerschild 13.2 angeordnete Minusdiode 58 mit und hier in dieser Darstellung nicht gezeigten Plusdioden im Kühlkörper 53 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 bezeichnete Klauenpolfinger erstrecken. Zwischen den einzelnen axial konisch ausgebildeten Klauenpolfingern 24 befinden sich Zwischenräume 74, vergleiche Darstellung gemäß 3, in welchen die Permanentmagnete 66 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 66 dienen der Reduzierung des Streuflusses. Die Permanentmagnete werden durch Halteelemente 60, die erfindungsgemäß ausgebildet sind in den Zwischenräumen 74 zwischen den einzelnen Klauenpolfingern 24 und 25 der elektrischen Maschine 10 befestigt. Dazu werden die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelemente 60 ineinander zuweisende Polnuten 92, 94, die in den einzelnen Klauenpolfingern 24, bzw. 25 ausgeführt sind, eingeschoben, wie in der Frontansicht in 2 angedeutet. Die Polnuten 92, 94 sind im Wesentlichen als Schlitz ausgebildet und erstrecken sich in axialer Richtung entlang der konisch ausgebildeten Polfingerflanken in die Zeichenebene gemäß der Darstellung in 2.
-
Der Draufsicht gemäß 3 ist zu entnehmen, dass der dort dargestellte Rotor 20 der elektrischen Maschine 10 zwei ineinander gesteckte Klauenpolplatinen 22 und 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 an den Seiten der Klauenpolfinger 24, 25 ausgeführt sind.
-
Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass die erfindungsgemäß ausgebildeten 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 permanente Magnet 66 zur Reduzierung des Streuflusses in den Zwischenräumen 74 hier nicht dargestellt.
-
3 ist des Weiteren zu entnehmen, dass die einzelnen federnd ausgebildeten Halteelemente 60 eine wellenförmige Profilierung aufweisen können. Die Anzahl und Form der Wellen sind jeweils von der erforderlichen Magnetlänge der Klemmkraft und der Drehzahl der elektrischen Maschine abhängig. Durch die federnd ausgebildeten Klemmbügel 64 werden die Permanentmagnete 64 an ihren jeweiligen Stirnseiten fixiert und schmiegen sich mit mindestens einer Längsseite an die Unterseite der Planseite des federn ausgebildeten Halteelementes 60.
-
In der Darstellung gemäß 3 ist angedeutet, dass die federnd ausgebildeten Halteelemente 60 in die Polnuten 92, 94 der Klauenpolfinger 24, 25 eingeschoben sind. Dazu sind die federn 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 elektrische Maschine 10 ermöglichen, die in der Größenordnung von 20.000 min–1 und darüber liegen können.
-
4 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelemente.
-
Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass der Permanentmagnet 66 seiner Stirnseite vom Klemmbügel 64 in axialer Richtung fixiert ist. Über den Klemmbügel 64 wird eine sich in die Zeichenebene erstreckende Axialfixierung des Permanentmagneten 64 erreicht. In vorteilhafter Weise befinden sich an Klemmbügel 64 – hier beidseitig ausgebildet – Zusatzflügel 100, mit welcher während der Montage der Permanentmagnete 66 und des Halteelementes 60 Isolationspapier der Rotorwicklung besser gehandhabt werden kann, was eine nicht unerheblichen Vorteil bei der Endmontage der elektrischen Maschine 10 darstellt.
-
Wie aus der Darstellung gemäß 4 des Weiteren hervorgeht, ragt das Halteelement mit seinen seitlichen Randbereichen seiner Planseite in die Polnuten 92, 94 der Klauenpolfinger 24, 25. In vorteilhafter Weise sind an den Eckpunkten, (vgl. Draufsicht gemäß 5) in tangentialer wirksame deformierbare Klemmnasen in Kreisform ausgebildet. Aus der Draufsicht gemäß 4 geht hervor, dass des Weiteren in den Randbereichen der Planseite des Halteelementes 60 eine Radialklemmung 108 mit Radialübermaß 106 ausgebildet ist. Das Radialübermaß 106 in den seitlichen Bereichen der Planseiten des Halteelementes 60 bewirkt einen Toleranzausgleich und bei der hinsichtlich der Fertigung und der Einbaulage der einander zuweisenden Polnuten 92, 94 einerseits und ermöglicht andererseits eine elastische Fixierung des Halteelementes 60 und des unter diesem liegenden Permanentmagneten 66. Bezugszeichen 103 bezeichnet eine Positionierinsel in der Planseite des Halteelementes 60.
-
5 zeigt eine Draufsicht auf die erste Ausführungsvariante des Halteelementes gemäß der Darstellung in 4.
-
Aus der Draufsicht gemäß 5 geht hervor, dass die seitlichen Bereiche der Planseite des Halteelementes 60 in die Polnuten 92, 94 der Klauenpolfinger 24, 25 eingetaucht sind. Wie aus der Darstellung gemäß 5 des Weiteren hervorgeht sind insbesondere an den Eckpunkten der Planseite sowie in beispielsweise in der Mitte der Planseite die tangential deformierbaren Klemmnasen 102, hier ausgebildet als einzelne Klemmnasen, angeordnet. Aus der Darstellung gemäß 5 geht des Weiteren hervor, dass zwischen den als Einzelklemmnasen 102, die in tangentialer Richtung fixieren und deformierbar ausgebildet sind, eine Radialklemmung 108 in Form eines Wellenabschnittes ausgeführt sind. Eben jene Wellenabschnitte 108 weisen das Radialübermaß 106 auf, welches in der Darstellung gemäß 4 angedeutet ist. Aufgrund der wellenförmig profilierten Seitenflächen der Planseite des Halteelementes 60 gemäß den Darstellungen in 4 und 5 und des Radialübermaßes 106 können die Halteelemente Toleranzen, die bei der Fertigung der Polnuten 92, 94 auftreten können, problemlos kompensieren. 5 zeigt des Weiteren, dass die Stirnseiten des Permanentmagneten 64 von den Klemmbügeln 66, an denen die Zusatzflügel 100 ausgebildet sind, überdeckt sind. Im unteren Abschnitt der Klemmbügel 64 weisen diese eine axialfedernde Klemmung 110 auf, die insbesondere an die kurzen Stirnseiten des Permanentmagneten 66 angestellt sind und diesen im Zwischenraum 74, der durch die beiden Klauenpolfinger 24, 25 begrenzt ist, zuverlässig in axiale Richtung fixieren. Bezugszeichen 103 bezeichnet die Positionierinsel in der Planseite des Halteelementes 60.
-
6 zeigt eine Frontansicht auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteelement in seiner ersten Ausführungsform.
-
Wie 6 zeigt, befindet sich am unteren Ende des Klemmbügels 64 unterhalb der Zusatzflügel 100 die axial federnde Klemmung 110, die in der Darstellung gemäß 5 an die Kurzstirnseite des Permanentmagneten 66 angestellt ist. 6 zeigt des Weiteren, dass sich in der Planseite des Halteelementes 60 auf Ober- und Unterseite jeweils die Radialklemmungen 108 mit ihrem Radialübermaß 106 jeweils über die Planseite nach unten und oben hervorstehend, erstrecken. Die Radialklemmungen 108 sind in vorteilhafter Weise als Wellenabschnitte ausgebildet und erstrecken sich – wie in 5 bereits angedeutet – zwischen den als Einzelklemmnasen ausgebildeten tangentialen, deformierbaren Klemmnasen.
-
7 zeigt eine Seitenansicht der ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes gemäß 6.
-
Aus der Seitenansicht gemäß 7 geht hervor, dass die Radialklemmung 108 in Wellenabschnittform ausgebildet, zwischen den tangentialen, deformierbaren Klemmnasen 102 liegt. Das Radialübermaß 106 ist gerade so bemessen, dass Fertigungsungenauigkeiten hinsichtlich der Nuthöhe der Polnuten 92, 94 in den einzelnen Klauenpolfingern 24, 25 kompensiert werden können. Aus der Seitenansicht gemäß 7 geht darüber hinaus hervor, dass die Klemmbügel 64 beidseits den Permanentmagneten 66 umschließen und an deren unteren Ende die axialfedernde Klemmung in Form eines Federschenkels ausgebildet ist.
-
8 zeigt eine Draufsicht auf die erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes nach 6 und 7.
-
Aus der Draufsicht gemäß 8 lässt sich entnehmen, dass die Radialklemmungen 108 in Wellenform profiliert zwischen den als Einzelklemmnasen ausgebildeten tangentialen deformierbaren Klemmnasen 102 angeordnet sind. An den kurzen Seiten der Planseite des Halteelementes 60 erstrecken sich die Klemmbügel 64, vgl. 6 und 7, an denen besagte Zusatzflügel 100 ausgebildet sind, welche eine leichtere Handhabung des Isolationspapiers einerseits und andererseits dessen Beschädigung bei der Montage der Permanentmagnete 66 in den Zwischenräumen 74 zwischen den Klauenpolfingern 24, 25 ermöglichen.
-
9 zeigt eine Draufsicht auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteelement in seiner zweiten Ausführungsvariante im im Zwischenraum 74 montierten Zustand.
-
Wie der Ansicht gemäß 9 entnommen werden kann, erstrecken sich in den Seitenbereichen der Planseite des Halteelementes 60 in seiner zweiten Ausführungsvariante in die Zeichenebene die Lochstrukturen 112, die durchgängig an den Rändern der Planseite des Halteelementes 60 gemäß seiner zweiten Ausführungsvariante verlaufen. Insbesondere sind die Lochstrukturen 112, die sich senkrecht zur Zeichenebene gemäß 9 erstrecken in einem Anstellwinkel 114 ausgebildet. Der Anstellwinkel 114 der Lochstrukturen, die als tangential deformierbare Klemmnasen 102 einerseits und als Radialklemmung 108 andererseits fungieren, liegt in der Größenordnung zwischen 15 und 35 °. Während die Polnuten 92, 94 in den Flanken der Klauenpolfinger 24, 25 bei der ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes 60 nicht eckig ausgebildet sind, sind die Polnuten 92, 94 in den Klauenpolfingern 24, 25 bei Einsatz der zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes 60 mit einem anderen Nutprofil 118 beispielsweise einer Dreieckform oder einer Trapezform 120 versehen. Das Nutprofil 118 der Polnuten 92, 94 gemäß der Darstellung in 9 ist komplementär zum Anstellwinkel 114 der Lochstruktur 112 ausgebildet.
-
Wie 9 des Weiteren entnommen werden kann, überdeckt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteelement 60 in seiner zweiten Ausführungsvariante ebenfalls mit dem Klemmbügel 64 die Stirnseite des Permanentmagneten 66 und fixiert diesen im Zwischenraum 74 zwischen den Klauenpolfingern 24, 25. Die Wirkung der Fliehkraft bei Rotation des Rotors der elektrischen Maschine 10 ist in der Darstellung gemäß 9 durch Bezugszeichen 136 angedeutet. Der durch das Halteelement 60 fixierte Permanentmagnet 66 drängt bei Rotation des Rotors der elektrischen Maschine 10 nach außen. Die Fliehkraft 136 wird aufgrund der Anstellwinkel 114 kombinierten Radialklemmung 108 und Tangentialklemmung 102 in einer Radialkraftkomponente und einer Tangentialkraftkomponente aufgeteilt. Dadurch lässt sich die Zugbelastung des in der Regel als Blechteil gefertigten Halteelementes 60 in eine Druckbelastung umwandeln. Dadurch ist das Blech höher belastbar oder es können bei gleichen Beanspruchungen dünnere Bleche eingesetzt werden, die wiederum leichter umformbar sind. Leichtere, dünnere Bleche wiederum ermöglichen kleinere Querschnitte der Polnuten 92, 94 in den Klauenpolfingern 24, 25, die wiederum einen geringeren magnetischen Verlust zur Folge haben.
-
10 zeigt eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsvariante des Halteelementes.
-
10 zeigt, dass sich die im Anstellwinkel 114 in der Planseite des Halteelementes 60 erstreckenden Lochreihen 112 durchgängig an der Seitenfläche des Halteelementes erstrecken. Die Klemmbügel 64 laufen jeweils in einer Axialklemmung 110 auf, die als offener Federschenkel ausgebildet ist und die den Permanentmagneten 66, vgl. Darstellung gemäß 11, an seinen kurzen Stirnseiten umschließt. In 11 ist darüber hinaus der Anstellwinkel 114 angedeutet, in dem die Lochstruktur 112 in der Planseite des Halteelementes 60, den permanenten Magneten 66 überdeckend, abgewinkelt ist.
-
Den 11, 12 und 13 ist die zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes in Unteransicht, Seitenansicht und Draufsicht zu entnehmen.
-
Das erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelement in seiner zweiten Ausführungsvariante weist analog zur ersten Ausführungsvariante des Halteelementes 60 die Klemmbügel 64 an den Stirnseiten auf, die jeweils in einem Federschenkel auslaufen, vgl. 13, der schlussendlich die axialfedernde Positionierung der durch die Halteelemente 60 fixierten Permanentmagnete 66 ermöglicht. Sämtlichen 11, 12 und 13 ist zu entnehmen, dass sich die im Anstellwinkel 114 in der Planseite des Halteelementes 60 ausgebildeten Lochstrukturen 112 durchgängig an den Seitenbereichen der Planseite des Halteelementes 60 erstrecken.
-
14 zeigt eine Frontansicht des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes ausgebildet in einer dritten Ausführungsvariante.
-
Wie die Frontansicht gemäß 14 zeigt, ist das Halteelement 60 in seiner dritten Ausführungsvariante in Form eines „Widderkopfes“, vgl. Position 124 in 14, beschaffen. Im Unterschied zu den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementen 60 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsvariante, umfasst die dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes 60 seitlich gerundete Konturen 126, die dem Halteelement 60 in seiner dritten Ausführungsmöglichkeit ein widderkopfförmiges Aussehen 124 verleihen. Das Halteelement 60 in seiner dritten Ausführungsmöglichkeit gemäß 14 ist analog zu den vorstehend beschriebenen Halteelementen 60 ebenfalls zwischen den Klauenpolfingern 24, 25 in dem sich dort ergebenen Freiraum 74 angeordnet und fixiert den Permanentmagneten 66. Der Klemmbügel 64 umfasst analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes 60 die Zusatzbügel 100, die sich beidseits im Wesentlichen horizontal erstrecken.
-
15 zeigt einen Teilschnitt durch einen Zwischenraum zwischen einem Klauenpolfinger und einem weiteren in 18 jedoch nicht dargestellten Klauenpolfinger.
-
15 zeigt, dass in Klauenpolfinger 24 eine Polnut 94 ausgebildet ist, die jedoch in dieser Ausführungsmöglichkeit spanlos so z. B. durch Kaltumformung gefertigt werden kann. Die hier mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildete Polnut 94 in 15 weist einerseits einen Einlaufbereich 130 und andererseits einem diesen Einlaufbereich 130 gegenüberliegenden Axialanschlag 128 auf. Die halbkreisförmige Rundung der Polnut im Klauenpolfinger 24 ist komplementär zur gerundeten Kontur 126 der Kanten in den Seitenbereichen des Halteelementes 60 ausgebildet. Durch die in 15 dargestellte Ausführung lässt sich beispielsweise der Permanentmagnet 66 am Halteelement 60 in Montagerichtung 122 sehr einfach in den Einlaufbereich 130 in der mit gerundetem Querschnitt ausgebildeten Polnut 94 einführen und einschieben. Der Axialanschlag 128 bewirkt, dass ein weiteres Einschieben des Halteelementes 60 mit darin aufgenommenen Permanentmagneten 66 nicht mehr möglich ist. Der Darstellung gemäß 15 ist zu entnehmen, dass auch in dieser Ausführungsvariante der Permanentmagnet 66 an seinen Stirnseiten von Klemmbügeln 64 fixiert ist, an denen sich einerseits die axialfedernde Klemmung in Form eines Federschenkels 110 und andererseits die Zusatzflügel 100 zur Vermeidung der Beschädigung des Isolationspapieres der Wicklung der elektrischen Maschine 10 befinden.
-
Bei dem Halteelement 60 gemäß der Darstellung in den 14 und 15 handelt es sich um ein solches, welches in seiner Planseite zwischen den Seitbereichen, die in den Polnuten 92, 94 der Klauenpolfinger 24, 25 hineinragen, Versteifungen 132 aufweist. Die Versteifungen 132 sind in der 15 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes 60 beispielsweise als Blechsicken, die im Wesentlichen ein streifenförmiges Aussehen haben, ausgeführt.
-
16 zeigt analog zur Darstellung gemäß 14 die Montageposition des Halteelementes 60 in seiner dritten Ausführungsmöglichkeit im Zwischenraum zwischen zwei Klauenpolfingern. 16 ist zu entnehmen, dass die gerundete Kontur 126 des „Widderkopfes“ 124 in jeweils beispielsweise spanlos gefertigte Polnuten in den Klauenpolfingern 24, 25 eintaucht. Unterhalb des Halteelementes 60 befindet sich der Permanentmagnet 66, der vom Klemmbügel 64 des Halteelementes in axialer Richtung fixiert ist. Bei Rotation des Rotors der elektrischen Maschine wirkt die Fliehkraft in Richtung 136. Aufgrund der gerundeten Kontur 126 erfolgt eine Kraftverteilung 116, d. h. eine Umwandlung der Fliehkraft in eine Tangentialkraftkomponente und einer Radialkraftkomponente.
-
Die 17 und 18 zeigen jeweils Draufsichten auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteelement in seiner dritten Ausführungsmöglichkeit.
-
Wie aus der Draufsicht gemäß 17 hervorgeht, können die Versteifung 132 in Form von Sicken 134, die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken und von einem Seitenbereich zum gegenüberliegenden Seitenbereich des Halteelementes 60 reichen, ausgestaltet sein. Mit Bezugszeichen 126 ist die gerundete Kontur 126 der Seitenbereiche des Halteelementes 60 in seiner dritten Ausführungsmöglichkeit gemäß den 17 und 18 bezeichnet. An den kurzen Stirnseiten des Halteelementes 60 gemäß der Darstellung in 18 erstrecken sich die Klemmbügel 64, jeweils versehen mit den Zusatzflügeln 100 zur besseren Handhabung des Isolationspapieres bei Montage der Permanentmagnete 66 mithilfe des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes 60.
-
Der Darstellung gemäß 18 ist zu entnehmen, dass die Versteifung 132 hier durch eine eingeprägte Struktur gebildet wird, die der Sickenstruktur, die in 18 dargestellt ist, nicht unähnlich ist. Anstatt der Blechsicken 132, 134 kann auch eine polygonale Struktur in die Planseite des Halteelementes 60 in seiner dritten Ausführungsvariante eingeprägt werden, was die Planseite des Halteelementes 60 steifer und federfähiger macht, so dass noch dünnere Bleche eingesetzt werden können. Je dünner die als Halteelemente 60 eingesetzten Bleche gemäß sämtlichen Ausführungsvarianten des Halteelementes 60 ausgebildet werden können, desto geringer ist die sich bei der Wirkrichtung 136 der Fliehkraft einstellende Eigenlast. Bei Drehzahlen im hohen und höchsten Bereich in der Größenordnung von 20.000 min–1 stellt dies einen nicht unerheblichen Faktor bei der Dauerbeanspruchung der elektrischen Maschine 10, insbesondere eine mechanischen Dauerbeanspruchung der Halteelemente 60, in sämtlichen Ausführungsvarianten zur Fixierung der Permanentmagneten 66 dar.
-
19 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelements mit einer in einer Planseite verlaufenden Schlitzung, insbesondere einer Längsschlitzung.
-
Wie die perspektivische Draufsicht gemäß 19 zeigt, ist gemäß dieser Ausführungsvariante des Halteelementes 60 der Permanentmagnet 66 ebenfalls zwischen den Klauenpolfingern 24, 25 arretiert. Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes 60, verläuft in der Mitte einer Planseite 142 ein Längsschlitz 138, mit dem Einbautoleranzen ausgeglichen werden können. Wie die perspektivische Ansicht gemäß 19 ebenfalls zeigt, sind die Enden der Planflächen jeweils als gebördelte Enden 140 ausgebildet, die in entsprechend konfigurierte Polnuten der Klauenpolfinger 24 bzw. 25 eingeschoben sind. Ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten des Halteelementes 60 weist dieses die Stirnseiten der Permanentmagnete 66 übergreifende Klemmbügel 64 auf, an denen Zusatzflügel 100 in Zungenform ausgebildet sind.
-
20 zeigt eine Draufsicht auf das in 19 in perspektivischer Ansicht dargestellte Halteelement.
-
Aus der Draufsicht gemäß 20 geht hervor, dass die Stirnseiten des Permanentmagneten 66 an den Zusatzflügeln 100 sowie vom Klemmbügel 64 überdeckt sind. In der in die Zeichenebene verlaufenden Planseite 142 befindet sich der Längsschlitz 138 wie in 19 angedeutet. Die gebördelten Enden 140 sind in entsprechend konfigurierte Polnuten 92 bzw. 94 der Klauenpolfinger 24, 25 aufgenommen.
-
21 zeigt eine Draufsicht auf das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteelement.
-
Dieses ist in Montagerichtung 122 in die in 21 aus Gründen der Darstellbarkeit nicht näher dargestellten Polnuten 92 bzw. 94 der Klauenpolfinger 24, 25 eingeschoben. Die gebördelten Enden 140 stehen um einen Anstellwinkel im Bereich zwischen 15° bis 35° nach oben aus der Zeichenebene hervor. Die Rundung der gebördelten Enden 140 ist korrespondierend zur Rundung der Polnuten 92 bzw. 94.
-
22 zeigt die in 19 dargestellte Ausführungsvariante jedoch ohne Schlitzung.
-
Wie der perspektivischen Ansicht gemäß 22 zu entnehmen ist, verlaufen die gebördelten Enden 140 der Planseite 142 in eben dieser aus und sind an einer Verbindungsstelle 146 vorzugsweise einer Verstanzung, einer Verprägung oder dergleichen mit der Planseite 142 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes 60 wieder verbunden.
-
Analog zu den vorstehend bereits beschriebenen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halteelementes erstrecken sich über die Stirnseite der Permanentmagnete 66 die Klemmbügel 64, die beidseitig verlaufende zungenförmige Zusatzflügel 100 aufweisen. Aus 22 geht eine gerundete Polnut 144 in dem einen Klauenpolfinger 25 hervor. Da die gerundeten Enden 140 wieder mit der Planseite 142 verbunden sind, ist die Steifigkeit aufgrund einer nicht möglichen Relativverschiebung des in 22 dargestellten Halteelementes 60 verbessert. Die gebördelten Enden 140 sind in der in 22 dargestellten Ausführungsvariante steifer ausgebildet, verglichen mit einer Ausführungsvariante der die gebördelten Enden 140 relativ verschieblich zur Planseite, d.h. ohne eine Verbindungsstelle 146 ausgebildet sind.
-
23 zeigt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteelement im montierten Zustand zwischen den gerundeten Polnuten der Klauenpolfinger.
-
23 zeigt, dass die gebördelten Enden 140 in einer Rundung ausgebildet sind, die der gerundeten Polnut 144, die sich parallel zueinander an den jeweiligen Klauenpolfingern 24 bzw. 25 befinden, entspricht.
-
Die Stirnseite des Permanentmagneten 66 ist vom Klemmbügel 64 übergriffen.
-
24 zeigt in perspektivischer Draufsicht an den Klauenpolfingern 24 bzw. 25 sich im Wesentlichen parallel zueinander erstreckende gerundete Polnuten 144.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 1020080431044 A1 [0001]
- DE 102006041981 A1 [0002, 0004]
- DE 19951155 A1 [0003, 0004]
- DE 102008044187 A1 [0005]