Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Drehstromgenerator, nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Es ist bekannt, toehstromgeneratoren der gattungsgemäßen Art, bei¬ spielsweise bei der Bordnetzversorgung in Kraftfahrzeugen, aufgrund ihrer großen artungsfreundlichkeit, d.h. mit wenig Verschleißtei¬ len, einzusetzen.

Der Generator erregt sich dabei durch eine feststehende, auf dem In¬ nenpol sitzende Erregerwicklung. Das Erregerfeld magnetisiert dann die wechselweise angeordneten, rotierenden Klauen des Klauenpolläu- ferSystems, auch Leitstückläufer genannt. Hierbei kommt das Prinzip zum Tragen, daß die um den Innenpol gewickelte Feldspule den gesam- ten Magnetfluß erregt und diesen über einen Luftspalt dem Klauenpol- läufersyste zuleitet. Die rotierenden Klauen müssen dabei zueinan¬ der magnetisch isoliert, jedoch mechanisch verbunden angeordnet sein.

Diese Verbindung zwischen den Klauen der jeweiligen Polradhälften erfolgt gemäß dem Stand der Technik, wie er z.B. in der DE-OS 25 48

314 beschrieben ist, über einen unmagnetischen Ring, der innerhalb der Klauen liegt oder über mehrere unmagnetische Ringseg entstücke, die zwischen den Klauen liegen, wobei die Klauen mit diesen unmagne¬ tischen Verbindungselementen zumeist verlötet sind. Aus der Anord- nung der zu verbindenden Teile ergeben sich jedoch relativ schwierig zugängliche Lötstellen und im Falle der Verwendung von Ringsegment- stücken auch eine Vielzahl von zu fertigenden und zu verb-Lndenden Teilen, die die Fertigung des Klauenpolläufers kompliziert und teuer machen. Zu beachten ist auch, daß die Verbindungen zwischen den Klauen und den unmagnetischen Verbindungselementen durch die hohe Drehzahl des Klauenpolläufers und die dabei auftretende Fliehkraft großen Belastungen ausgesetzt ist und entsprechend gut gearbeitet sein muß, um das Risiko der Lösung einer Verbindung und damit der Zerstörung des gesairrten Generators, gering zu halten.

Weiters wurde bereits zur Vermeidung der Verformung der Klauenspit¬ zen aufgrund der Fliehkraftbelastung vorgeschlagen, jede Klauenεpit- ze über einen nichtmagnetischen Verbindungsteil mit der ihr gegen¬ überliegenden Klauenwurzel des jeweiligen anderen Polringes zu ver- binden. Jedoch auch diese Lösung schafft keine Vereinfachung bei der Fertigung.

Ein weiterer wichtiger Aspekt für das einwandfreie Funktionieren von Generatoren der eingangs genannten Art ist die ausreichende Kühlung des Läufersystems, die gemäß Stand der Technik eine Luftkühlung oder eine Flüssigkeitskühlung sein kann und mittels Temperaturfühler überwacht werden, um gegebenenfalls bei tjberhitzung ein Zusatzgeblä- εe einzuschalten oder den Betrieb des Generators zu stoppen.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist unter anderem eine elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator, der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die möglichst sicher und wartungsfrei aufgrund hochbe¬ lastbarer Verbindungen zwischen Verbindungselement und den Klauen der Polradhälften ist und dennoch durch eine einfache und kostengün- stige Fertigung gebaut werden kann. Ferner soll die Abfuhr der Ver¬ lustwärme bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine einfach

und effizizient sein.

Vorteile der Erfindung 5

Erfj-rκiii»gsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des An¬ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Anordnung der als Verbindungselement dienenden nicht magne- 10 tischen Platine an der den Klauen des ersten Polringes abgewandten Fläche des ersten Polringes erlaubt es, zuerst die beiden Polrad¬ hälften zusammenzusetzen, dann die sie verbindende Platine anzu¬ fügen - oder umgekehrt - und danach alle Maßnahmen zur Befestigung der Platine an den beiden Polradhälften in einem Arbeitsvorgang • _j e vorzunehmen. Zwischen der genannten Fläche des ersten Polringes und der Platine ergibt sich zusätzlich der Vorteil, einer großen Verbindungsfläche, die auch die Abgabe der Verlustwärme vom Klauenpolläufer auf die Platine begünstigt, von wo sie durch ein herkömmliches Kühlsystem leicht abgeführt werden kann.

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Vorzugsweise wird die Verbindung zwischen der Platine und den Pol¬ radhälften durch Schmelzschweißen hergestellt, wodurch sich eine höchst zuverlässige Verbindung ergibt.

25 Vorteilhafterweise sind die Klauen des zweiten Polringes länger als die Klauen des ersten Polringes und erstrecken sich in den Lücken zwischen den Klauen des ersten Polringes bis zur genannten Fläche des ersten Polringes. Die Verkürzung der Klauen des ersten Polringes erhöht die Schleuderfestigkeit des Klauenpolläufersystems, da die

30 Fliehkraftbelaεtving an den nicht verbundenen Spitzen dieser Klauen verringert wird. Eine Verlängerung der Klauen des zweiten Polringes bis zur genannten Fläche des ersten Polringes führt dazu, daß alle Verbindungstellen der Polradhälften mit der Platine in einer Ebene liegen und sαrtit der Verbindungsvorgang weiter vereinfacht wird und

35 leicht einer Automatisierung zugänglich ist.

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Weiters kann erfindungsgemäß die nicht agnetische Platine an ihrem Umfang einen ringförmigen Ansatz aufweisen, der in Stufen in den Spitzen der Klauen des zweiten Polringes und im seinen Klauen abge¬ wandten Bereich des ersten Polringes eingreift. Damit ergibt sich eine genaue und einfache Positionierung der zu verbindenden Teile und die Verbindungsflache wird erhöht.

Die Polradhälften können als Schmiedeteile ausgebildet sein, in die die genannten Stufen durch Dreharbeit eingearbeitet werden. Die Fer- tigung der Polradhälften ist somit kostengünstig und dennoch kann eine exakt gefertigte Fügestelle für die Verbindung zwischen der Platine und den Polradhälften hergestellt werden. Dies erübrigt ein kontinuierliches Nachstellen der Schweißparaπeter und erlaubt einen Laserschweißvorgang, was gegenüber herkömmlichen Schweißen einen ge- ringeren Materialverzug verursacht.

Vorzugsweise ist zwischen der nicht magnetischen Platine und den an¬ nähernd parallel dazu liegenden Abschnitt des Gehäuses ein enger Luftspalt vorgesehen ist, der eine effiziente Abführung der Verlust- wärme ermöglicht.

Zur Unterstützung des Kühleffekts kann weiters die nicht magnetische Platine mit Bohrungen versehen sein, durch welche auch Wuchtbchrαn- gen am Klauenpolläufer angebracht werden können.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, wobei die Figur einen Schnitt durch einen Generator mit einem Klauenpolläufer- system zeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels:

Der in der Figur gezeigte Drehstromgenerator weist einen in seiner Grundstruktur bekannten Aufbau auf und besteht aus einem antriebs- seitigen Gehäuseflansch 13 und einer der Antriebsseite abgewandten Gehäusestirπwand 8, die jeweils eine Lagerung 20 für eine Läuferrfel-

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le 2 aufweisen. Innerhalb des topfförmigen Gehäuses ist ein Stator 10 befestigt. Auf der Welle 2 ist ein Klauenpolläufersystem mit einem als Polradhälfte ausgebildeten, in Klauen 41 auslaufenden, auf der Welle 2 befestigten ersten Polring 4 und einem in Klauen 31 aus- laufenden zweiten Polring 3 als weitere Polradhälfte, wobei sich je¬ weils die Spitzen der Klauen 31, 41 des einen Polrings 3, 4 in die Lücken zwischen den Klauen 41, 31 des anderen Polringes 4, 3 er¬ strecken. Zwischen den Klauen 31, 41 des Klauenpolläufersystems und der Welle 2 ist eine feststehende Erregerwicklung 25 angeordnet, die auf einem am Flansch 13 festgeschraubten Eisenkern 6 sitzt.

Die Klauen 41 des ersten Polringes 4 sind gegenüber jenen in bekann¬ ten Klauenpolläufersystemen mit reduzierter Länge ausgeführt, wo¬ durch deren Klauenaufweitung aufgrund der im Betrieb auftretenden Fliehkräfte im zulässigen Bereich bleibt. Um die notwendige Überdek- kung von Stator 10 und den gekürzten Klauen 41 aufrechtzuerhalten ist der Stator gegenüber dem bisherigen Aufbau von Generatoren die¬ ser Art entsprechend seitlich zur Söi«τ.v. ^* =r. £ hin versetzt.

Die Klauen 31 des zweiten Polringes 3 sind hingegen länger als übli¬ cherweise in Klaueripolläufersystemen, wobei die Verbiridung vorzugs¬ weise eine Verschweißung der Spitzen der Klauen 31 mit einer Platine 5 aus unmagnetischem Material ihre Aufweitung aufgrund der Flieh¬ kraft verhindert.

Die Platine 5 ist ringförmig auf der der Gehäusestirnwand 8 zuge¬ wandten Fläche 42 des ersten Polringes 4 an diesen anschließend an¬ geordnet und mit diesem verschweißt. Somit verbindet die Platine 5 die beiden Polradhälften 3, 4 mechanisch und magnetisch isolierend. Die Klauen 31 des zweiten Polringes 3 erstrecken sich über die ge¬ samte Länge des ersten Polringes 4 zwischen dessen Klauen 41 und bis zur Fläche 42, sodaß die Verbindungsstellen der Platine mit den Spitzen der Klauen 31 und mit dem Polring 4 im selben axialen Be¬ reich liegen. Wie man der Zeichnung entnehmen kann, hat die Platine 5 einen ins Gehäuseinnere weisenden, rinförmigen Ansatz 51, der in Stufen 61 in den Spitzen der Klauen 31 und in Stufen 62 im Polring 4

eingreift. Diese Stufen 61, 62 können in die als kostengünstige Schmiedeteile gearbeiteten Polringe 3, 4 gedreht werden, sodaß die Platine 5 fonrischlüssig in die Polringe 3, 4 eingepaßt werden kann. Die so entstandenen, exakten Fügestellen zwischen der Platine 5 und den Polringen 3, 4 erlaubt eine Verεchweißung mit einer Laser- εchweißvorrichtung an diesen Stellen.

Zwischen der Platine 5 und der Gehäusewand 8 ist ein enger Luftspalt 7 vorgesehen, der die im Klauenpolläufer auftretende Verlustwärme an die Gehäusewand 8 überträgt, von wo sie durch ein den Generator um¬ strömendes KüTilmedium 9 abgeführt wird. Zur Unterstützung des Kühl¬ effektes ist die Platine 5 mit Bohrungen 11, z.B. sechs Stück in 60°-Teilung angeordnet, versehen. Dies bewirkt eine Verwirbelung der erwärmten Luft im Inneren des Generators. Zusätzlich ermöglichen diese Bohrungen 11 das Anbringen von VΛichtbohrungen 12 am Klauenpol¬ läufer.