Titel

Spulenkörpervorrichtung

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Spulenkörpervorrichtungen bekannt, die zum Bewickeln mit mindestens einer Spule vorgesehen sind. Diese Spulenkörpervorrichtungen weisen typischer Weise einen hohlprofilartigen Bereich auf, der starr ist und üblicher Weise auch nicht dazu vorgesehen ist, in der Längserstreckung des hohlprofilartigen Bereichs komprimiert zu werden. In den letzten Jahren wird immer öfter vorgesehen, dass so genannten Läuferwicklungen bzw. Erregerwicklungen von Klauenpolrotoren mit dem Zusammenpressen der Klauenpolplatinen ebenfalls konnpaktiert werden. Bei diesem Kompaktieren brechen typischer Weise derartige Spulenkörpervorrichtungen, wenn diese aus Kunststoff (Thermoplast, Duroplast) hergestellt sind.

Es ist vorgesehen, eine neue Gestaltung für derartige Spulenkörpervorrichtungen vorzuschlagen, die zusammengepresst werden können, dabei aber nicht brechen.

Offenbarung der Erfindung

Dies hat den ersten Vorteil, dass beim Komprimieren dieser Spulenkörpervorrichtung auf dem Klauenpol bzw. dem Klauenpolkern bzw. Polkern der zweite axiale Teilbereich gezielt beansprucht wird und demzufolge dort eine gezielte Komprimierung der Spulenkörpervorrichtung stattfindet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist konkret vorgesehen, dass der zweite axiale Teilbereich einen im Längsschnitt wellenförmigen Abschnitt auf- weist. Dieser wellenförmige Abschnitt ermöglicht bei gleichem Material für die Spulenkörpervorrichtung als Ganzes eine gezielte Verringerung der Federsteifig- keit des zweiten axialen Teilbereichs durch eine spezielle Formgebung, die hier durch den wellenförmigen Abschnitt erreicht wird. Beim Kompaktieren der Spu- lenkörpervorrichtung und damit des wellenförmigen Abschnitts wird typischer

Weise erreicht, dass dieser seine Erstreckung in radialer Richtung verändert. Es ist daher vorgesehen, dass der wellenförmige Abschnitt in einer Umfangsnut des Polkerns des Rotors angeordnet ist. Ganz besonders ist dabei vorgesehen, dass diese Umfangsnut an einer ganz bestimmten Stelle des Polkerns positioniert ist. So ist bei vielen Polkernen ein so genannter angeformter Polkernteil vorhanden.

Diese Polkernteile stoßen dabei in der Mitte des Polkerns und damit auch in der Mitte der Spulenkörpervorrichtung an aneinander. Es ist dabei vorgesehen, dass diese Umfangsnut an dieser Stoßstelle angeordnet ist. Dies ermöglicht eine einfache Einarbeitung der Nut bzw. von Nutteilen in die Polkerne bzw. Polkernteile und deren Ende.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass dementsprechend der zweite axiale Teilbereich in Richtung der zentralen Achse in einer Mitte des hohlprofilartigen Bereichs ist. Schließlich ist vorgesehen, dass diese Spu- lenkörpervorrichtung auf einem Polkern sitzt, der Teil eines Klauenpolrotors ist, welcher in einer elektrischen Maschine eingebaut ist.

Die Erfindung wird nachfolgen von einigen Figuren näher erläutert. Figur 1 zeigt dabei einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine, die als Wechselstromgenerator ausgeführt ist,

Figur 2 zeigt eine Spulenkörpervorrichtung in einer räumlichen Darstellung,

Figur 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch Spulenkörpervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 4 zeigt die Spulenkörpervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dessen schematische Anordnung auf einem Polkern,

Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spulenkörpervorrichtung, bei der ein axialer Teilbereich mit geringerer Federsteifig- keit außermittig angeordnet ist.

In Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, hier in der Ausführung als Generator bzw. Wechsel-, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge, dargestellt. Diese elektrische Maschine 10 weist u. a. ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das ein erstes Lagerschild 13.1 und ein zweites Lagerschild 13.2 umfasst. Das Lagerschild 13.1 und das Lagerschild 13.2 nehmen in und zwischen sich einen sogenannten Ständer 16 auf, der einerseits ein im Wesentlichen kreisringförmiges Ständereisen 17 umfasst, in dessen nach radial innen gerichteten, sich axial erstreckenden Nuten eine Ständerwicklung 18 eingefügt ist. Dieser ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten genuteten Oberfläche, die eine elektromagnetisch wirksame Oberfläche 19 ist, einen Rotor 20, der hier beispielsweise als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 umfasst u. a. zwei Klauenpolplatinen 22 und 23, an deren Außenumfang jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger als elektromagnetisch erregbare Pole 24 und 25 angeordnet sind. Beide Klauenpolplatinen 22 und 23 sind im Rotor 20 derart angeordnet, dass deren sich in axiale Richtung erstreckende Klauenpolfinger bzw. Pole 24 bzw. 25 am Umfang des Rotors 20 einander abwechseln. Der Rotor 20 hat demnach ebenfalls eine elektromagnetisch wirksame Oberfläche 26. Es ergeben sich durch die sich am Umfang abwechselnden Pole 24 bzw. 25 magnetisch erforderliche Zwischenräume 21, die hier auch 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 bzw. 13.2 drehbar gelagert. Eine Drehachse ist eine zentrale Achse 29 der Maschine 10. An beiden Klauenpolplatinen 22 und 23 ist je eine Polkernhälfte angeformt, die zusammen einen Polkern ausmachen. 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 plat- tenförmigen bzw. 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 bspw. von einer axialen Stirnseite der elektrischen Maschine 10 durch den Innenraum der elektrischen Maschine 10 hindurch zu einer radial außen befindlichen Umgebung zu ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 40 im Wesentlichen an den axialen Enden der Lagerschilde 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 für Kühlluft durchlässigen Wicklungsüberhang 45 hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt wird der Wicklungsüberhang (Wickelkopf) 45 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch den Wicklungsüberhang (Wi- ckelkopf) 45 bzw. nach dem Umströmen dieses Wicklungsüberhangs 45 durch hier in dieser Figur 14 nicht dargestellte Öffnungen einen Weg nach radial außen.

In Figur 2 ist eine Spulenkörpervorrichtung 60 in einer räumlichen Darstellung dargestellt. Diese Spulenkörpervorrichtung 60 dient dazu, die eingangs erwähnte

Erregerwicklung 51 aufzunehmen. Hierzu weist die Spulenkörpervorrichtung 60 einen hohlprofilartigen Bereich 63 auf. Dieser hohlprofilartige Bereich 63 dient dazu, von seinem Außenumfang bzw. Umfang 65 mit dem Draht der Erregerwicklung 51 bewickelt zu werden. Die Wicklung ist hier nicht dargestellt. Die Spu- lenkörpervorrichtung 60 weist neben dem hohlprofilartigen Bereich 63 jeweils am axialen Ende des hohlprofilartigen Bereichs 63 jeweils einen Flansch 68 bzw. 71 auf. Dieser Flansch 68 bzw. 71 erstreckt sich jeweils vom hohlkörperartigen Bereich 63 und dem Bezug zur zentralen Achse 29 nach radial außen. Von einem jeden Flansch 68 bzw. 71 erstrecken sich des Weiteren jeweils auf die zentrale Achse 29 bezogen in Richtung einer Mitte des hohlprofilartigen Bereichs 63 jeweils Lappen 74 bzw. 77, die zum Bewickeln mit der Erregerwicklung 51 weggespreizt werden, d. h., dass dieser Lappen 74 bzw. 77 entweder in eine radiale Position in einer direkten Verlängerung der Flansche 68 bzw. 71 gebogen oder darüber hinaus nach etwas weiter axial außen nach rechts bzw. nach links gebo- gen werden. Nach dem Bewickeln mit der Erregerwicklung 51 werden die Lap- pen 74 bzw. 77 wieder zurückgebogen, damit diese Lappen 74 bzw. 77 die Erregerwicklung 51 von radial außen zumindest teilweise abdecken. Diese Lappen 74 bzw. 77 dienen später im eingebauten Zustand dazu, einen Schutz der Erregerwicklung 51 gegen die nach radial innen gerichtete Oberfläche der Pole 24 bzw. 25 zu bilden. Der hohlprofilartige Bereich 63 ist bei diesem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und Figur 3 und auch nach Figur 4 derartig gestaltet, dass dieser einen ersten axialen Teilbereich 80 aufweist, der auch eine bestimmte Federsteifigkeit Cl aufweist. Mit dieser Federsteifigkeit Cl ist eine Federstei- figkeit des ersten axialen Teilbereichs 80 in Richtung der zentralen Achse 29 gemeint. Dieser erste axiale Teilbereich 80 verläuft zwischen dem Flansch 71 und einem zweiten axialen Teilbereich 83, der in diesem Ausführungsbeispiel in der axialen Mitte des hohlprofilartigen Bereichs 63 angeordnet ist. Zwischen dem zweiten axialen Teilbereich 83 und dem Flansch 68 befindet sich ein weiterer, dritter axialer Teilbereich 86, der in diesem Fall die gleiche Federsteifigkeit Cl, wie der erste axiale Teilbereich aufweist. Der zweite axiale Teilbereich 83 hat ebenfalls eine Federsteifigkeit, die hier mit C2 bezeichnet ist. Auch diese Federsteifigkeit bezieht sich auf eine Federsteifigkeit des zweiten axialen Teilbereichs in Richtung der zentralen Achse 29. Dabei ist insgesamt vorgesehen, dass die Federsteifigkeit C2 des zweiten axialen Teilbereichs 83 kleiner als die Federsteifigkeit Cl des ersten axialen Teilbereichs 80 ist.

In Figur 3 ist in schematischer Art und Weise ein Längsschnitt durch die Spulen- körpervorrichtung 60 dargestellt. Der wesentliche Inhalt dieser Darstellung bezieht sich hierbei auf den zweiten axialen Teilbereich 83 und dessen Ausführung. Wie hier gut erkennbar ist, hat der zweite axiale Teilbereich 83 einen im Längsschnitt wellenförmigen Abschnitt 89. Dieser wellenförmige Abschnitt 89 führt aufgrund der leichteren Stauchbarkeit gegenüber dem ersten axialen Teilbereich 80, welcher hier rein zylinderringartig ausgeführt ist, zu der erwähnten geringeren bzw. kleineren Federsteifigkeit C2 des zweiten axialen Teilbereichs.

In Figur 4 ist dargestellt, wie die Spulenkörpervorrichtung 60 auf dem Rotor 20 bzw. auf dem Polkern 86 sitzt. Wie bereits erwähnt, ist der Polkern 86 dadurch gebildet, dass an der Klauenpolplatine 22 eine Polkernhälfte 89 und an der Klauenpolplatine 23 eine Polkernhälfte 92 angeformt ist. Wie hier gut zu erkennen ist, weist jede Polkernhälfte 89, 92 zur Stoßstelle 95 hin jeweils einen Absatz 98 bzw. 99 auf. Da beide Absätze 98 bzw. 99 an der Stoßstelle 95 aneinander bzw. nebeneinander angeordnet sind, bilden diese beiden Absätze 98 bzw. 99 zusammen eine Umfangsnut 101 des Polkerns 86. Wie hier gut zu erkennen ist, greift der zweite axiale Teilbereich 83 mit seinem wellenförmigen Abschnitt 89 in die Umfangsnut 101 des Polkerns 86 ein und ist somit in dieser Umfangsnut 101 des Rotors 20 angeordnet. Wie bereits erwähnt, ist damit die Umfangsnut 101 an einer Stoßstelle 95 angeordnet, an der die zwei Polkernteile 89 bzw. 92 des Ro- tors 20 aneinander grenzen bzw. stoßen. Es wird damit auch deutlich, dass der zweite axiale Teilbereich 83 in Richtung der zentralen Achse 29 in einer Mitte des hohlprofilartigen Bereichs 63 ist.

Ist ein Rotor 20 soweit vorgeformt, dass auf der Welle 27 die beiden Klauenpol- platinen 22 und 23 mit der Erregerwicklung 51 bewickelten Spulenkörpervorrich- tung 60 vormontiert sind, so wird typischer Weise ein Schritt vorgenommen, bei dem die beiden Klauenpolplatinen 22, 23 zusammengedrückt werden, bis eine Stoßstelle 95 nach Möglichkeit ein Fugenmaß von Null aufweist. Bei diesem Zusammenpressen wird typischer Weise die Erregerwicklung 51 und damit auch die Spulenkörpervorrichtung 60 axial zusammengepresst. Während bei bisher bekannten und verwendeten Spulenkörpervorrichtungen ein derartiges Zusammenpressen nur selten vorgenommen wurde, so wird dies mittlerweile immer öfter verwendet. Um dabei ein Brechen des hohlprofilartigen Bereichs 63 zu vermeiden, ist der zweite axiale Teilbereich 83 da, der eine geringere Federsteifigkeit C2 als benachbarte bzw. ein benachbarter axialer Teilbereich 80 aufweist. Bei diesem Kompaktieren bzw. Zusammenpressen ist es dem axialen Teilbereich 83 möglich, in die Nut 95 auszuweichen. Doch selbst wenn die Klauenpolplatinen 22 und 23 keine Absätze 98 bzw. 99 aufweisen, so ermöglicht doch dieser zweite axiale Teilbereich 83 ein Ausweichen, beispielsweise in Zwischenräume zwischen die typischer Weise orthozyklisch gewickelte Erregerwicklung 51.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Spulenkörpervorrichtung 60 ist für den hohlprofilartigen Bereich 63 lediglich vorgesehen, einen ersten axialen Teilbereich 80 mit einer Federsteifigkeit Cl und einen zweiten axialen Teilbereich 83 mit einer zweiten Federsteifigkeit C2 zu verwenden. Auch hier sind die Feder- Steifigkeiten Cl, C2 in Richtung der zentralen Achse 29 zu messen. Wie hier gut zu erkennen ist, ist der zweite axiale Teilbereich 83 nicht in der Mitte in Richtung der zentralen Achse 29. Vielmehr ist der zweite axiale Teilbereich 83 außermittig angeordnet.

Schließlich ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 10 mit dem Rotor 20 und mit dem Polkern 86 eine Spulenkörpervorrichtung 60 mit einer Erregerwicklung 51 aufweist, wie sie zuvor beschrieben ist.