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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine hybriderregte elektrische Maschine mit einem
ortsfesten Stator und einem polumschaltbaren Rotor nach der Gattung
des Patentanspruchs 1.
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Derartige
elektrische Maschinen eignen sich als Synchronmaschinen sowohl zum
Betrieb an einem festen Drehstromnetz als Generator sowie als Elektromotor.
Des Weiteren sind derartige Maschinen im Generatorbetrieb zur Regelung
der induzierten Spannung einer mehrphasigen Statorwicklung geeignet,
wie sie beispielsweise in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen benötigt
werden. Dabei sind die Pole am Umfang des Rotors zum Teil permanentmagnetisch
und zum anderen Teil elektrisch erregt.
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Aus
der Druckschrift
US-PS
7,408,280 B2 ist es bekannt, bei einem Fahrzeuggenerator
am Rotor nach Art eines Lundellrotors ein Rotorblechpaket zwischen
zwei auf eine Läuferwelle befestigten Polplatinen anzuordnen,
wobei die beiden Polplatinen jeweils auf ihrer Innenseite einen
zylindrischen Vorsprung haben, der jeweils die eine Hälfte
eines Polkernes bildet, auf dem eine Ringspule zur Felderregung
des Rotors befestigt ist. Im Bleckpaket sind hier zusätzlich
tangential magnetisierte Permanentmagnete eingesetzt, welche die
elektrisch erregten Pole verstärken. Diese Maschine ist
jedoch nicht polumschaltbar und somit in der Betriebsweise als regelbarer
Generator beschränkt einsetzbar.
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Eine ähnliche
elektrische Maschine ist aus der Druckschrift
US 2006/011 38 61 A1 bekannt,
wobei dort das kreisringförmige Rotorblechpaket am Außenumfang
der beiden auf der Maschinenwelle befestigten Polplatinen aufgesetzt
ist. Auch dort wird das von der Ringspule erzeugte elektrische Feld durch
tangential magnetisierte Permanentmagnete verstärkt, deren
magnetische Streufelder durch Zusatzmagnete am Umfang der beiden
Polplatinen gedämpft werden. Auch diese Maschine ist nicht
polumschaltbar und somit ist auch ihr Einsatzbereich beschränkt.
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Aus
der Druckschrift
US
2006/011 92 06 A1 ist schließlich ein hybriderregter
Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, welcher durch eine Umsteuerung
der elektrischen Erregung polumschaltbar ausgelegt ist. Die Pole
des Rotors sind an seinem Außenumfang durch Nuten voneinander
getrennt, so dass sich bei der höheren Polzahn die Nord-
und Südpole abwechseln, wogegen bei der kleineren Polzahl
mehrere benachbarte Pole jeweils einen gemeinsamen Süd-
oder Nordpol bilden. Während die Permanentmagnete dort
jeweils in einem ausgestanzten Fenster unterhalb eines Poles eingesetzt sind,
werden zur elektrischen Erregung des Rotors einzelne Spulen um freigestanzte
Polzähne des Rotors gewickelt. Dabei wirken auf die Erregerspulen
im Betrieb hohe Fliegkräfte und die Drehzahlfestigkeit ist
dementsprechend eingeschränkt. Ferner benötigt man
dort zur Herstellung der Erregerspulen ein kompliziertes und aufwändiges
Wickelverfahren, wodurch ferner der Kupferfüllfaktor an
den Polzähnen des Rotors relativ gering ist.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, eine elektrische Synchronmaschine
mit einem hybriderregten, polumschaltbaren Rotor mit einer einfach
herstellbaren und montierbaren Erregerspule auszurüsten,
um einen drehzahlfesten Rotor mit einem möglichst einfachen
und robusten Aufbau zu realisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei
elektrischen Maschinen mit einem hybriderregten Polrad ergibt sich
mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 der Vorteil,
dass mit der Ausführung der Erregerspule als Ringspule ein
hoher Kupferfüllfaktor des Rotors erreicht und damit ein
starkes und homogenes elektrisches Feld im Rotor erzeugt werden
kann. Des Weiteren erhält man durch die Anordnung der Ringspule
um die Maschinenachse eine hohe Drehzahlfestigkeit des Rotors und
damit einen kostengünstigen, einfachen und robusten Rotoraufbau.
In einfachster Weise wird dabei die Erregerspule vorgewickelt.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
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Um
die Teile des Rotors auf möglichst einfache Weise herstellen
und montieren zu können, wird vorgeschlagen, die Erregerspule
auf einen zylindrischen Polkern 31 aufzusetzen bzw. aufzuwickeln,
an dessen Stirnseiten jeweils eine Polplatine angeordnet ist, über
die der elektrisch erregte Permanentmagnetfluss zu den Polen am
Rotorumfang geführt wird.
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Der
Polkern kann dabei jeweils zur Hälfte an den beiden Polplatinen
einstückig angeformt sein oder einstückig mit
der Maschinenwelle hergestellt werden. In bevorzugter Weise wird
jedoch vorgeschlagen, den Polkern und die Polplatinen als separate,
leicht herstellbare Teile auf der Maschinenwelle zu befestigten.
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Für
einen möglichst einfachen und robusten Aufbau des Rotors
ist es zweckmäßig, wenn die Erregerspule von einem
kreisringförmigen Rotorblechpaket konzentrisch umgeben
ist, in welchem die vorzugsweise radial magnetisierten Permanentmagnete für
die magnetische Erregung des Rotors eingesetzt sind. Zur Erzielung
einer möglichst guten magnetischen Verbindung zwischen
Polplatinen und Rotorblechpaket wird vorgeschlagen, dass die beiden
Polplatinen mit radial nach außen gerichteten Flussleitabschnitten
an den Stirnseiten des Rotorblechpaketes anliegen. Zur Vermeidung
von magnetischen Kurzschlüssen sind dabei zweckmäßigerweise
die Flussleitabschnitte der einen Polplatine zu den Flussleitabschnitten
der anderen Polplatine jeweils um mindestens eine Polteilung der
höheren Polzahl des Rotors versetzt.
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Bei
Verwendung der elektrischen Maschine als Drehstromgenerator für
Kraftfahrzeuge ist es zur Erzielung einer geringen Spannungs- und
Stromwelligkeit, von geringen magnetischen und mechanischen Schwingungen
sowie zur Geräuschdämpfung und Dämpfung
einer Ankerrückwirkung zweckmäßig, wenn
der hybriderregte Rotor mit einem Stator zusammen wirkt, der eine
fünfphasige Statorwicklung trägt, deren fünf
Wicklungsstränge zu einem Fünf-Zack-Stern in Reihe
geschaltet sind, in dem vorzugsweise jeweils ein benachbarter Wicklungsstrang übersprungen
wird.
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Zur
Erzielung eines hohen Wirkungsgrades wird in Weiterbildung der Erfindung
vorgeschlagen, dass zwischen den elektrisch und den magnetisch erregten
Polen am Umfang des Rotors tangential magnetisierte, poltrennende
Permanentmagnete im Rotorblechpaket eingesetzt sind. Zweckmäßigerweise werden
dabei die tangential magnetisierten Permanentmagnete jeweils zwischen
zwei permanentmagnetisch erregten Polen oder zwischen einem permanentmagnetisch
und einem elektrisch erregten Pol oder zwischen zwei elektrisch
erregten Polen angeordnet.
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Für
den Einsatz der elektrischen Maschine als Generator in Kraftfahrzeugen
ist die Erregerspule zweckmäßigerweise derart
auszulegen, dass die Ausgangsspannung der Statorwicklung durch eine Änderung
von Stärke und Richtung des Erregerstromes in der Erregerspule
vorzugsweise last- und temperaturabhängig zwischen einem
zulässigen Maximalwert und dem Wert Null regelbar ist.
Dabei wird vorzugsweise im normalen Generatorbetrieb der Maschine
der Rotor die höhere Polzahl aufweisen, wobei Stärke
und Richtung des Erregerstromes zweckmäßigerweise
so zu wählen ist, dass im Zusammenwirken mit den Permanentmagneten
am Umfang des Rotors etwa gleich starke Pole abwechselnder Polarität
auftreten.
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Zur
Unterdrückung von magnetischen Streuflüssen wird
ferner vorgeschlagen, dass zumindest eine der beiden Polplatinen
einen Flussleitbereich mit mehreren Flussleitabschnitten aufweist,
von denen mindestens einer einen elektrisch erregten Pol und vorzugsweise
ein anderer einen permanentmagnetisch erregten Pol kontaktiert.
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Des
Weiteren lässt sich der Wirkungsgrad der Maschine dadurch
verbessern, dass zumindest ein Eisenkern im Bereich eines elektrisch
erregten Poles in das Rotorblechpaket axial eingesetzt wird, um
die Leitung des elektrisch erregten Feldes innerhalb der axial geschichteten
Lamellen des Bleckpaketes zu verbessern.
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Ferner
ist in zweckmäßiger Weise das Rotorblechpaket
am Umfang jeweils zwischen zwei Polen mit einer poltrennenden Nut
versehen. Unterhalb eines jeden permanentmagnetisch erregten Pols
des Rotorblechpaketes ist zweckmäßigerweise ein
etwa der Polbreite entsprechend breites Fenster zur Aufnahme eines radial
magnetisierten Permanentmagneten ausgestanzt. Außerdem
ist in Ausgestaltung der Erfindung im Rotorblechpaket zur Aufnahme
eines tangential magnetisierten Dauermagneten zu den magnetisch
und elektrisch erregten Polen versetzt ein radial ausgerichtetes
Fenster unterhalb einer poltrennenden Nut ausgestanzt.
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In
zweckmäßiger Ausgestaltung des Rotors werden bei
einer höheren Polzahl von vorzugsweise zwölf Polen
zwischen jeweils zwei permanentmagnetisch erregten Polen mit abwechselnder
Polarität vorzugsweise zwei elektrisch erregte Pole mit
abwechselnder Polarität am Umfang des Rotorblechpaketes angeordnet.
Eine solche Polfolge lässt sich ebenso an einem achtpoligen
Rotor realisieren.
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Möchte
man jedoch bei derartigen Maschinen die Ausgangsspannung des Generators
möglichst schnell regeln können, sollte die Anzahl
der elektrisch erregten Pole um mehr als das zweifache größer
sein als die magnetisch erregten Pole. Hierzu wird in Weiterbildung
der Erfindung vorgeschlagen, dass bei der höheren Polzahl
von vorzugsweise zwölf Polen zwischen jeweils zwei permanentmagnetisch erregten
Polen mit gleicher Polarität vorzugsweise drei elektrisch
erregte Pole mit abwechselnder Polarität angeordnet sind.
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Einen
besonders guten Übergang des elektrisch erregten Magnetflusses
von den beiden Polplatinen zu dem Rotorblechpaket lässt
sich dadurch erzielen, dass der Flussleitbereich am Außenumfang der
Polplatinen jeweils durch eine Schulter von den Polplatinen abgesetzt
ist, welche am Innenumfang des Rotorblechpaketes anliegt. Die Flussleitbereiche der
Polplatinen sind dabei in vorteilhafter Weise in Umfangsrichtung
durch jeweils eine Aussparung voneinander getrennt, deren Boden
radial unterhalb der Schulter liegt.
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Zur
Unterstützung des permanentmagnetisch erregten Flusses
ist es ferner vorteilhaft, wenn der Flussleitbereich der Polplatinen
mit einem seiner Flussleitabschnitte radial unterhalb eines Permanentmagneten
mit der Stirnseite des Rotorblechpaketes kontaktiert ist.
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Ferner
wird zur Verringerung von magnetisch verursachten Geräuschen
der Maschine vorgeschlagen, dass Rotorblechpaket über seinen
Außenumfang an den Polen mit mindestens einer Anfasung zu
versehen, deren Breite zwischen der 0,05 und 0,7-fachen Breite einer
Polteilung der höheren Polzahl liegt und deren Tiefe dem
0,01 bis 0,1-fachen der radialen Breite des ringförmigen
Rotorblechpaketes entspricht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge als erfindungsgemäße
elektrische Maschine mit einem polumschaltbaren Rotor im Längsschnitt,
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2 ein
Schaltbild des Generators mit einer Brückenschaltung einer
fünfphasigen Statorwicklung in einer Anordnung als fünfzackiger
Stern,
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3 eine
Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Rotors
als erstes Ausführungsbeispiel.
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4a, 4b zeigt
den Rotor aus 3 in der Vorderansicht mit der
elektrischen Umsteuerung zwischen zwölf und vier Polen.
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5 zeigt
in einem Diagramm den Verlauf der Ausgangsspannung der Maschine
im Generatorbetrieb in Abhängigkeit vom Erregerstrom.
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6a zeigt
eine vereinfachte Ansicht des Rotors in seiner axialen Erstreckung
und Erstreckung in Umfangsrichtung.
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6b zeigt
das kreisringförmige Rotorblechpaket in seiner radialen
Erstreckung und seiner Erstreckung in Umfangsrichtung.
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6c zeigt
eine alternative Ausführung des kreisringförmigen
Rotorblechpakets in seiner radialen Erstreckung und Erstreckung
in Umfangsrichtung.
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7 zeigt
einen Blechschnitt zur gemeinsamen Herstellung der Lamellen des
Rotor- und Statorblechpaketes,
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8 zeigt
ein hochkant gerolltes kreisringförmiges Rotorblechpaket
in einer Seitenansicht,
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9 zeigt
eine Fixierungsform des kreisringförmigen Rotorblechpaketes
an einer Polplatine.
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10 zeigt
eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen
Rotors als zweites Ausführungsbeispiel,
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11a, 11b zeigt
den Rotor aus 10 in Vorderansicht mit der
elektrischen Umsteuerung zwischen zwölf und sechs Polen.
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12 zeigt
eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen
Rotors als drittes Ausführungsbeispiel.
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13a, 13b zeigt
den Rotor aus 12 in der Vorderansicht mit
der ektrischschen Umsteuerung zwischen zwölf und vier Polen
und
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13c zeigt in schematischer Darstellung die Abwicklung
des Rotors aus 12 mit der elektrischen Umsteuerung
von 12 auf 6 Pole.
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14 bis 21 zeigen Alternativlösungen in schematischer
Darstellung des Rotors gemäß 13c.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
als erfindungsgemäße elektrische Maschine 10 ein
Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge im Längsschnitt
dargestellt. Dieser weist unter anderem ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das
aus einem ersten Lagerschild 13a und einem zweiten Lagerschild 13b besteht.
Das Lagerschild 13a und das Lagerschild 13b nehmen
in sich einen Stator 16 auf, mit einem kreisringförmigen
Statorblechpaket 17, in dessen nach innen offene und sich axial
erstreckende Nuten 19 eine Statorwicklung 18 eingelegt
ist. Der ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner
radial nach innen gerichteten Oberfläche einen dauermagnetisch
und elektromagnetisch erregten Rotor 20, der als hybriderregter
Rotor ausgebildet ist. Der Stator 16 wirkt hierbei über
einen Arbeitsluftspalt mit dem im Stator 16 drehbar gelagerten
Rotor 20 zusammen. Der Rotor 20 weist über
seinen Umfang in einer vorgegebenen Folge mehrere Nordpole N und
Südpole S auf, die durch polbildende Permanentmagnete 25,
sowie durch eine Erregerspule 29 ausgebildet werden. Dabei
lässt sich die Polzahl des Rotors 20 in Abhängigkeit
von der Stärke und Richtung eines Erregerstromes in der
Erregerspule 29 umsteuern. Die Erregerspule 29 ist
hierbei als Ringspule um die Achse x der Maschine ausgebildet. Radial
innerhalb der Erregerspule 29 liegt der Polkern 31.
Der elektromagnetisch aktive Teil des Rotors 20 wird axial
durch zwei Polplatinen 22 und 23 begrenzt. Diese
führen das elektrisch erregte Feld vom Polkern hin zu einem
kreisringförmigen Rotorblechpaket 21. Das kreisringförmige
Rotorblechpaket 21 ist vorzugsweise in Achsrichtung laminiert.
Radial innerhalb des Rotorblechpaketes 21 ist die Erregerspule 29 angeordnet.
Die Übertrittstellen zwischen jeweiliger Polplatine 22, 23 und
dem Rotorblechpaket 21 sind im Bereich seiner Stirnseiten 21a, 21b gestuft,
in dem am radial äußeren Bereich der Polplatinen
jeweils ein Flussleitbereich 39 durch eine Schulter 39a von
den Polplatinen abgesetzt ist, so dass eine größere Übertrittsfläche
zum Rotorblechpaket 21 für das elektrisch erregte
Feld entsteht. Die hier aufgezeigte Konstruktion, bei der sowohl
ein Übertritt des elektrisch erregten Feldes in radialer
als auch in axialer Richtung von der Polplatine 22, 23 in
das Rotorblechpaket 21 möglich ist, ist besonders
effektiv.
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Der
Rotor 20 ist mittels einer Maschinenwelle 27 und
je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in
den jeweiligen Lagerschilden 13a beziehungsweise 13b drehbar
gelagert. Er weist zwei axiale Stirnflächen auf, an denen
jeweils ein Lüfter 30 befestigt ist. Diese Lüfter 30 bestehen
im wesentlichen aus einem plattenförmigen beziehungsweise scheibenförmigen
Blechabschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise
ausgehen. Diese Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 48 in
den Lagerschilden 13a und 13b einen Luftaustausch
zwischen der Außenseite und dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu
ermöglichen. Dazu sind die Öffnungen 48 an
den axialen Enden der Lagerschilde 13a und 13b 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 radial
nach außen beschleunigt, so dass sie durch die kühlluftdurchlässigen
Wickelköpfe 50 auf der Antriebsseite und 51 auf
der Elektronikseite hindurch treten kann. Durch diesen Effekt werden
die Wickelköpfe 50, 51 gekühlt.
Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch die Wickelköpfe 50, 51,
beziehungsweise nach dem Umströmen dieser Wickelköpfe 50, 51 einen
Weg radial nach außen durch nicht dargestellte Öffnungen.
In 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47,
die verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt.
So deckt diese Schutzkappe 47 beispielsweise eine Schleifringbaugruppe 49 ab,
die die Erregerspule 29 mit Erregerstrom versorgt. Um diese
Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet,
der hier als Pluskühlkörper wirkt, an dem Plusdioden 59 montiert
sind. Als so genannter Minuskühlkörper wirkt das
Lagerschild 13b. Zwischen dem Lagerschild 13b und
dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet, welche
im Lagerschild 13b befestigte Minusdioden 58 und
Plusdioden 59 im Kühlkörper 53 in
Form einer Gleichrichter-Brückenschaltung 69 (s. 2)
miteinander verbindet.
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In 2 ist
das Schaltbild des Wechselstromgenerators 10 dargestellt,
dessen Statorwicklung 18 mit fünf phasenbildenden
Wicklungssträngen 70, 71, 72, 73, 74 ausgeführt
ist. Die fünf Wicklungsstränge 70, 71, 72, 73, 74 sind
zu einer Grundschaltung als fünfzackiger Stern (Drudenfuß)
in Reihe geschaltet, wobei die jeweils in den Zacken des Sterns verschalteten
Stränge einen Winkel von ca. 36° el. einschließen,
indem jeweils ein benachbarter Strang übersprungen wird.
An den Verschaltungspunkten 80, 81, 82, 83, 84 der
Zacken des fünfzackigen Sterns ist die Gleichrichter-Brückenschaltung 69 angeschlossen.
Die Wicklungsstränge sind wie folgt verschaltet. Der Wicklungsteilstrang 70 ist
am Verschaltungspunkt 80 mit dem Wicklungsteilstrang 71 verbunden.
Der Wicklungsstrang 71 ist an seinem gegenüberliegenden
Ende am Verschaltungspunkt 81 mit dem Wicklungsstrang 72 verbunden.
Der Wicklungsstrang 72 ist an seinem gegenüberliegenden
Ende am Verschaltungspunkt 82 mit dem Wicklungsstrang 73 verbunden.
Der Wicklungsteilstrang 73 ist an seinem gegenüberliegenden
Ende am Verschaltungspunkt 83 mit dem Wicklungsstrang 74 verbunden.
Der Wicklungsstrang 74 ist an seinem gegenüberliegenden
Ende am Verschaltungspunkt 84 mit dem Wicklungsstrang 70 verbunden.
Die Verschaltungspunkte befinden sich vorzugsweise axial auf oder
neben dem elektronikseitigen Wickelkopf 51 um möglichst
kurze Verschaltungswege zu realisieren. Hierzu treten die jeweils
zu verschaltenden Anschlussdrähte der Wicklungsstränge 70, 71, 72, 73, 74 eines
Verschaltungspunktes 80, 81, 82, 83, 84 vorzugsweise
aus in Umfangsrichtung direkt benachbarten Nuten 19 aus.
Die Verschaltungspunkte 80, 81, 82, 83, 84 der
Wicklungsstränge 70, 71, 72, 73, 74 sind
mit einem separaten Brückengleichrichter 69 verbunden,
der aus fünf Minusdioden 58 und fünf Plusdioden 59 aufgebaut
ist. Gleichspannungsseitig ist ein Spannungsregler 66 parallel
geschaltet, der durch Beeinflussung des Stromes durch die Erregerspule 29 über
seinen Ausgang 66a die Spannung des Generators regelt.
Der Spannungsregler kann zusätzlich noch eine Verbindung
zum Gleichrichter aufweißen, um den Spannungsabfall über
einer Diode zu messen und hieraus die aktuelle Drehzahl des Generators
zu ermitteln. Das Bordnetz ist schematisch durch die Bordnetzbatterie 61 und
durch Bordnetzverbraucher 62 dargestellt. Es ist zur besseren
Regelung auch möglich, die Erregerspule 29 mit
Hilfe von vier Endstufen, die zu einer H-Brückenschaltung
verbunden werden, anzusteuern. Hierdurch wird es möglich,
in die Erregerspule 29 auch negative Erregerströme
einzuprägen. Dies ergibt Vorteile in bezug auf das Leistungsabregelungsverhalten
des Generators bzw. in bezug auf die Regelgeschwindigkeit, da zum
schnellen Entregen auch negative Spannungen an die Erregerspule 29 angelegt
werden können.
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Die 3 zeigt
die Explosionszeichnung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines hybriderregten Rotors 20. Zuerst werden im Folgenden
die einzelnen Komponenten des Rotors 20 näher
erläutert, später wird auf den Zusammenbau näher
eingegangen.
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Die
Maschinenwelle 27 weist an ihrem einen Ende ein Gewinde 36 zur
Montage einer Riemenscheibe auf. Zur Befestigung des Polkerns 31,
bzw. der Polplatinen 22, 23 ist ein gerändelter
Bereich 37 auf der Maschinenwelle 27 vorgesehen.
Die Maschinenwelle 27 weist vorzugsweise einen Anschlag 38 auf,
der die Polplatinen 22, 23 und den Polkern 31 in axialer
Richtung sichert. Die Maschinenwelle 27 weist weiterhin
axial verlaufende Nuten 38a in dem Bereich auf, an dem
später die Schleifringbaugruppe 49 montiert wird.
Die Nuten 38a dienen dazu, die Anschlussleiter 29a zwischen
Erregerspule 29 und Schleifringbaugruppe 49 aufzunehmen.
Der Durchmesser der Maschinenwelle 27 im Bereich der Schleifringbaugruppe 49 ist
hierbei reduziert. Die Maschinenwelle 27 ist zumindest
teilweise gehärtet.
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Die
elektronikseitige Polplatine 23 hat in der axialen Mitte
ein zylindrisches Loch zur Aufnahme der Maschinenwelle 27.
Die Übertrittstelle von der Polplatine 23 zum
Rotorblechpaket 21 ist mittels einer Schulter 39a gestuft
ausgeführt, sodass sowohl eine axiale als auch eine radiale Übertrittsfläche
für das elektrisch erregte Feld entsteht. Hierbei haben die Übertrittsflächen
nicht nur die Funktion der Übertragung des elektrisch erregten
Feldes, sondern auch die Funktion der radialen, bzw. axialen Fixierung
und Zentrierung des Rotorblechpaketes 21. Es ist aber auch
möglich, die Polplatinen 22, 23 mit nur rein
radialen, bzw. axialen Übertrittsflächen herzustellen,
allerdings müssen hierzu dann zusätzlich Maßnahmen
zur Fixierung und Zentrierung getroffen werden, wobei jedoch die
mögliche Abgabeleistung sinkt, da das Feld durch die verringerte Übertrittsfläche
geringer wird. Die hier dargestellte Polplatine 23 besitzt
zwei Flussleitbereiche 39, die radial aus dem zylindrischen
Grundkörper der Polplatine 23 hervorstehen. Jedes
der hier dargestellten Flussleitbereiche 39 erstreckt sich über
drei Pole P des zwölfpoligen Rotors 20, wobei
die beiden äußeren Pole jeweils einen elektrisch
erregten Pol des Rotors 20 bilden, so dass zwei äußere
Flussleitabschnitte 39e eines jeden Flussleitbereiches 39 jeweils
einen elektrisch erregten Pol P kontaktieren, indem sie an der vorderen
Stirnseite des Rotorblechpaketes 21 anliegen. Ein mittlerer
Flussleitabschnitt 39m der Flussleitbereiche 39 liegt
jeweils im Be reich eines permanentmagnetisch erregten Poles P stirnseitig
am Rotorblechpaket 21 an einer radial weiter innen gelegenen
Stelle an, wo er den polbildenden radial magnetisierten Permanentmagnet 25 nicht
unmittelbar kontaktiert. Hierdurch wird vermieden, dass das Feld
des polbildenden radial magnetisierten Permanentmagneten 25 durch
die Polplatinen 22, 23 kurzgeschlossen wird. Die
Feldübertragung erfolgt an jedem Flussleitbereich 39 in
radialer Richtung und in axialer Richtung in das Rotorblechpaket 21.
Die elektronikseitige Polplatine 23 weißt gegenüber
der antriebseitigen Polplatine 22 noch eine weitere Funktion
auf. Die Anschlüsse der Erregerspule 29 müssen in
dem Bereich der Lücke in Umfangsrichtung zwischen den beiden
Flussleitbereichen 39 und dem Rotorblechpaket 21 geführt
werden. Hierzu können noch zusätzliche Anprägungen,
bzw. Nuten an der Polplatine 23 angebracht werden. Die
Auswuchtung des Rotors 20 erfolgt vorzugsweise durch Bohrungen im
Bereich der axialen Außenflächen der Polplatinen 22, 23.
Der Bereich der radialen, bzw. axialen Feldübertragung
ist vorzugsweise bearbeitet, d. h. überdreht. Die antriebsseitige
Polplatine 22 ist im Aufbau identisch zur elektronikseitigen
Polplatine 23, allerdings ist sie um 90° mechanisch
gedreht, um entsprechend die durch die elektronikseitige Polplatine 23 noch
nicht kontaktierten elektrisch, bzw. magnetisch erregten Pole des
Rotorblechpaketes 21 zu kontaktieren. Zur Vermeidung magnetischer
Kurzschlüsse sind die Flussleitbereiche 39 der
Polplatinen 22, 23 in Umfangsrichtung durch jeweils
eine Aussparung 22a voneinander getrennt, deren Boden 22b radial
unterhalb der Schulter 39a liegt.
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Die
Erregerspule 29 ist in Umfangsrichtung gewickelt, sodass
am radial inneren Abschnitt der axialen Endfläche und am
gegenüberliegenden radial äußeren Abschnitt
der axialen Endfläche der Erregerspule 29 der
Anfang, bzw. das Ende der Erregerspule 29 liegen. Die Erregerspule 29 kann
in einem Spulenträger vorgewickelt werden, der aus Kunststoff
oder Papier besteht und eine elektrische Isolation radial zum Polkern 31 und
axial zu den Polplatinen 22, 23 herstellt. Vorzugsweise
wird die Erregerspule 29 auch radial in Richtung des Rotorblechpakets 21 isoliert.
Dies kann durch Umlegen der Kunststoff-, bzw. Papierisolation erfolgen
oder durch ein zusätzliches Isolierband. Die Erregerspule 29 wird
vorzugsweise durch Imprägnierung mit der umgebenden Isolation
verbunden. Der Polkern 31 ist mit einem zylindrischen,
sich axial erstreckenden Loch 31a versehen, um darin die
Maschinenwelle 27 aufzunehmen.
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Das
kreisringförmige Rotorblechpaket 21 ist in Achsrichtung
laminiert mit einer Blechstärke zwischen 0,1 mm und 2,0
mm. Unterhalb 0,1 mm ist die Widerstandsfähigkeit des Rotorblechpakets 21 gegen
Fliehkräfte zu gering. Oberhalb von 2,0 mm ist die Verringerung
der Wirbelstromverluste auf der Außenfläche des
Rotors 20 nicht mehr ausreichend, sodass die im Rotor eingebauten
Permanentmagneten 24, 25 geschädigt,
bzw. entmagnetisiert werden können. Die axiale Länge
des Rotorblechpaketes 21 entspricht der axialen Länge
des kreisringförmigen Statorblechpaketes 17, bzw.
ist für einen Toleranzausgleich bis zu. 2 mm länger
als das kreisringförmige Statorblechpaket 17.
Das Rotorblechpaket 21 weißt in Achsrichtung verlaufende
Nuten 32 an der Außenfläche auf, die
die Rotorpole P voneinander trennen. Weiterhin sind in dem Rotorblechpaket 21 axiale,
tangential ausgerichtete, etwa der Polbreite entsprechend breite
Fenster 35 ausgestanzt, in die jeweils ein polbildender
radial magnetisierter Permanentmagnet 25 eingesetzt wird.
Weiterhin sind axiale, radial ausgerichtete Fenster 34 unterhalb
poltrennender Nuten 32 ausgestanzt, in die poltrennende
Permanentmagnete 24 eingesetzt werden, die tangential magnetisiert
sind. Das Rotorblechpaket 21 wird durch Schweißnähte
innerhalb der poltrennenden Nuten 32 zusammengehalten.
Die Schweißungen sind in Umfangsrichtung vorzugsweise zwei
Polteilungen 2pt beabstandet, wobei die Polteilung pt im elektrisch
erregten Zustand, d. h. bei maximaler Polzahl definiert ist. Es
können zur Verstärkung der Drehzahlfestigkeit
Schweißungen nach jeder Polteilung pt vorgesehen werden.
Es können statt Schweißungen auch Niete, bzw.
Knöpfungen eingesetzt werden.
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Das
hier dargestellte Rotorblechpaket 21 weist insgesamt zwölf
Pole auf, wobei vier der Pole durch radial magnetisierte Permanentmagnete 25 gebildet
werden und acht Pole elektrisch erregt werden. Dadurch kann die
Maschine mittels der Erregerspule 29 von zwölf
nach außen wirkenden Polen auf vier nach außen
wirkende Pole umgeschaltet werden. Um die Leistungsfähigkeit
des Systems zu steigern, sind an den Positionen des Rotorblechpakets 21,
an denen sich axial die Flussleitbereiche 39 unterschiedlicher
Polarität angrenzend gegenüberstehen, die poltrennenden
tangential magnetisierten Permanentmagnete 32 eingefügt.
Diese können, um eine kostengünstige Variante
herzustellen auch nicht bestückt werden. Allerdings bildet
sich dann im Fenster 34 ein Streufluss aus, der leistungsreduzierend wirkt.
Die poltrennenden Permanentmagnete 24 weisen vorzugsweise
einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Die polbildenden
Permanentmagnete 25 weisen vorzugsweise einen trapezförmigen
Querschnitt auf. Das Rotorblechpaket ist so aufgebaut, dass in Umfangsrichtung
jeweils einem permanent erregten Nordpol, ein elektrisch erregter
Südpol, ein poltrennender Permanentmagnet, ein elektrisch
erregter Nordpol, ein permanent erregter Südpol, ein elektrisch
erregter Nordpol, ein poltrennender Permanentmagnet, ein elektrisch
erregter Südpol, ein permanent erregter Nordpol, ein elektrisch
erregter Südpol, ein poltrennender Permanentmagnet, ein elektrisch
erregter Nordpol, ein permanent erregter Südpol, ein elektrisch
erregter Nordpol, ein poltrennender Permanentmagnet und ein elektrisch
erregter Südpol folgen.
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Im
Folgenden wird anhand der Explosionszeichnung nach 3 auch
der Zusammenbau des Rotors 20 erläutert. Zuerst
wird die elektronikseitige Polplatine 23 ausgerichtet und
auf die Maschinenwelle 29 gepresst. Dann wird der Polkern 31 auf
die Maschinenwelle 27 gepresst. Die Erregerspule 29 wird
nun entweder direkt auf einen Spulenträger auf den Polkern 31 gewickelt
oder als fertige Baugruppe auf dem Polkern 31 montiert.
Dann wird das Rotorblechpaket 21 mit den bestückten
Permanentmagneten 24, 25 auf die elektronikseitige
Polplatine 23 aufgeschoben. Die Permanentmagnete 24, 25 sind
hierbei z. B. durch Harz oder mechanische Sicherungen fixiert. Dann
wird die antriebsseitige Polplatine 22 ausgerichtet und
auf der Maschinenwelle 27 verstemmt. Dann werden die Lüfter 30,
das elektronikseitige Wälzlager 28 und die Schleifringbaugruppe 49 montiert.
Zuletzt wird der Rotor 20 durch Bohrungen in den Polplatinen 22, 23 ausgewuchtet.
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Die
verwendeten Permanentmagnete 24, 25 sind vorzugsweise
aus Seltenerdmagnetmaterial NdFeB. Das Permanentmagnetmaterial weist
vorzugsweise einen Neodym Nd-Massenprozentanteil größer
10%, einen Massenprozentanteil Eisen Fe von größer
40%, einen Massenprozentanteil Kupfer Cu kleiner als 2% und einen
Massenprozentanteil Titan Ti kleiner 1% auf. Die Curietemperatur
der Permanentmagnete liegt vorzugsweise über 200°C.
Die Remanenz Bt liegt vorzugsweise über 1,0 Tesla, die
Koerzitivfeldstärke HcB liegt vorzugsweise über
700 kA/m. Die Permanentmagnete 24, 25 sind vorzugsweise
gesintert, wobei die Dichte größer 7,0 g/cm^3 ist.
Für die Abmessungen innerhalb des Rotors gelten folgende
Vorzugsbereiche: Rotoraußendurchmesser zum Innendurchmesser
des kreisringförmigen Rotorblechpakets 21 liegt
zwischen 1,1 und 1,25. Der Rotoraußendurchmesser zum Außendurchmesser
des Polkerns 31 ist vorzugsweise größer
als 1,5; insbesondere liegt der Wert zwischen 1,6 und 2,2. Der Polkern weißt
eine axiale Länge zur Summe der axialen Länge
der Polplatinen 22, 23 von 0,5 bis 1,5 auf. Die
Erregerspule weist vorzugsweise einen Widerstand zwischen 1,4 und
3,0 Ohm für eine 14 V Auslegung auf. Der Polkern kann auch
je zur Hälfte an den axialen Innenflächen der
Polplatinen angeformt sein. Dies hat den Vorteil, dass dann nur
ein effektiver Luftspalt zwischen den Polplatinen in axialer Richtung
vorhanden ist. Der Generator weist vorzugsweise während
des Betriebs einen Druckunterschied zwischen den axialen Endflächen
des Rotors auf, sodass sich ein Kühlluftstrom entlang der
axial verlaufenden Nuten 32 des Rotorblechpaketes 21 ausbildet.
Alternativ können auch Löcher im Rotorblechpaket
ausgebildet sein, die diesen Kühlluftstrom ermöglichen.
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In 4a ist
die am Umfang des Rotors 20 auftretende Polfolge dargestellt,
die sich bei einem durch die Erregerspule 29 fließenden
Erregerstrom Ie ergibt. Zwischen den poltrennenden tangential magnetisierten
Permanentmagneten 24 sind am Rotorumfang vier polbildende
radial magnetisierte Permanentmagnete 25 angeordnet, die
mit abwechselnder radialer Polarität mit dem von der Erregerspule 29 erzeugten
Feld zusammenwirken. Dadurch ergeben sich bei Bestromung der Erregerspule
mit einem Erregerstrom Ie am Rotorumfang zwölf Pole abwechselnder
Polarität.
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Die 4b zeigt
den Zustand, wenn die Stromrichtung in der Erregerspule umgekehrt
wird. Hierdurch lässt sich die Polzahl des Rotors 20 umsteuern,
in dem durch die Umkehrung des in 4a erkennbaren
elektrisch erregten Feldes Φe der
Erregerspule 29 die Polarität der Polplatinen 22, 23 und damit
der elektrisch ausgebildeten Pole am Rotorumfang wechselt, was in 4b durch
in Klammern dargestellte Polarität verdeutlicht wird. Daraus
ergibt sich nunmehr am Rotorumfang eine vierpolige Anordnung mit
abwechselnder symmetrischer Polarität. Die in 4b eingezeichneten
magnetischen Felder Φm der polbildenden Permanentmagnete
schließen sich über die Polplatinen, bzw. über
den Polkern. Die in 4a eingezeichneten magnetischen
Felder Φm der polbildenden Permanentmagnete 25 schließen sich
rotorseitig innerhalb des Rotorblechpaket-Segmentes, bestehend aus
dem jeweiligen magnetisch erregten Pol und den beiden benachbarten
elektrisch erregten Polen.
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Mit
Hilfe der 5 wird nunmehr näher
erläutert, dass die Ausgangsspannung Ua der Statorwicklung 18 des
Wechselstromgenerators 10 nach 1 durch eine Änderung
von Stärke und Richtung des Erregerstromes Ie in der Erregerspule 29 vorzugsweise
last- und temperaturabhängig zwischen einem zulässigen
Maximalwert und dem Wert 0 regelbar ist. Dabei ist über
die Zeitachse t der vom Erregerstrom Ie abhängige Verlauf
der Ausgangsspannung Ua der Maschine 10 über eine
halbe Umdrehung des Rotors 20 (180° mechanisch)
dargestellt. Bei der zwölfpoligen Wechselstrom-Statorwicklung 18 ergeben
sich folglich bei einer halben Umdrehung des Rotors 20 drei
volle Perioden. Bei maximal zulässigem Erregerstrom Ie >> 0 wird mittels des nunmehr zwölfpoligen
Rotors 20 bei vorgegebener Belastung die maximale Ausgangsspannung
Ua1 in der Statorwicklung 18 erzeugt, mit der die jeweilige
Bordnetzbatterie 61 im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs in
an sich bekannter Weise über den Brückengleichrichter 69 zu
versorgen ist. In ebenfalls bekannter Weise wird dabei die Ausgangsspannung
Ua der elektrischen Maschine 10 in Abhängigkeit
von der Gleichspannung im Kraftfahrzeug-Bordnetz mehr oder weniger
stark herunter geregelt. Für die elektrische Maschine 10 nach 1 bedeutet
dies, dass bei einem entsprechend reduzierten Erregerstrom Ie > 0 an der Statorwicklung 18 die
entsprechend reduzierte Ausgangsspannung Ua2 auftritt, indem durch
die schwächere elektrische Erregung im Rotor 20 das
magnetische Gesamtfeld des Rotors 20 geschwächt
wird. Diese Schwächung des Gesamtfeldes setzt sich fort bis
zu einem Erregerstrom Ie = 0, bei dem nun noch eine relativ kleine
Ausgangsspannung Ua3 in der Statorwicklung 18 induziert
wird. Wird nunmehr gar die Richtung des Erregerstromes Ie in der
Erregerspule 29 gewechselt, ergibt sich gemäß 4a und 4b eine
Umsteuerung der Polzahl 2p am Rotor 20 von zwölf
Polen auf vier Pole. In diesem Fall werden in den einzelnen Spulen
eines Wicklungsstranges 70, 71, 72, 73, 74 der
Statorwicklung 18 entgegen gesetzt gerichtete Spannungen
induziert, die sich mehr oder weniger teilweise aufheben. Die dabei auftretende
Ausgangsspannung Ua4 bewegt sich nun in einem kleinen Bereich um
den Spannungswert 0. Erhöht man schließlich den
Erregerstrom Ie in umkehrter Richtung auf höhere Werte
Ie << 0, so erhält man
eine in 5 gestrichelt dargestellte Ausgangsspannung
Ua5 mit um 180° elektrisch versetzten Halbwellen der Ausgangsspannung
Ua. Für die Blindleistungsregelung muss die induzierte
Spannung zwischen einem Maximum und einem Minimum regelbar sein;
sie darf nicht 0 oder negativ werden, sonst kippt die Maschine in
einen instabilen Zustand.
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Die 6a zeigt
einen abgerollten Abschnitt des Rotors 20 in der Draufsicht,
in der man die axiale Erstreckung und die Erstreckung in Umfangsrichtung sieht.
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Zwischen
den Flussleitbereichen 39 der beiden Polplatinen 22, 23 ist
das kreisringförmige Rotorblechpaket 21 befestigt.
Hierbei ergibt sich, bedingt durch die Einspannkräfte eine
Deformation des kreisringförmigen Rotorblechpaketes 21 im
Bereich der Stirnseiten 21a, 21b, sodass sich
das Rotorblechpaket 21 leicht mäanderförmig
um die Flussleitbereiche 39 der Polplatinen 22, 23 legt.
Die Auslenkung des kreisringförmigen Rotorblechpaketes 21 gegenüber der
Polplatine 22, 23 muss bei dem vorgestellten System
größer 0 mm sein um einen Toleranzausgleich der
axialen Abmessungen von Polkern 31 und Polplatinen 22, 23 zu
ermöglichen. Die Auslenkung s sollte aber nicht größer
sein als 2 mm, da hierdurch die Verbindungsstellen der Lamellen
des kreisringförmigen Rotorblechpaketes 21 gestresst
werden und somit die Drehzahlfestigkeit des Rotors 20 nicht
mehr gewährleistet werden kann. Das kreisringförmige
Rotorblechpaket 21 hat eine axiale Länge le, die
Flussleitbereiche 39 der Polplatinen haben jeweils eine axiale
Länge von lp. Die Länge des Rotorblechpaketes 21 sollte
hierbei im Bereich von 1,0 bis 3,0 der doppelten Länge
der Flussleitbereiche 39 sein. Das kreisringförmige
Rotorblechpaket 21 wird in Umfangsrichtung abwechseln von
den Flussleitbereichen 39 der Polplatinen 22, 23 kontaktiert,
wobei jeder Flussleitbereich 39 aus zwei Flussleitabschnitten 39e für
einen elektrisch erregten Pol besteht, zwischen denen ein kürzerer
Flussleitabschnitt 39m für einen permanentmagnetisch
erregten Pol liegt.
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Die 6b zeigt
das gleiche Segment des Rotorblechpaketes 21 aus 6a,
allerdings in der Vorderansicht und über den Umfang abgewickelt. Das
kreisringförmige Rotorblechpaket 21 weist axial verlaufende
Nuten 32 im Abstand einer Polteilung pt auf. In diesen
Nuten 32 ist das kreisringförmige Rotorblechpaket 21 geschweißt.
Weiter sind die poltrennenden Permanentmagnete 24 dargestellt,
die eine Breite von bm1 aufweisen, die hier größer
als 4 mm sein muss, damit sich der poltrennende Permanentmagnet 24 im
Betrieb nicht durch das Gegenfeld entmagnetisiert. Sie sollte aber
kleiner sein als ein drittel der Polteilung, um die Polfläche
der elektrisch erregten Pole nicht zu verkleinern. Der poltrennende
Permanentmagnet 24 weist eine Höhe von hm1 auf,
die zwischen der Höhe he des kreisringförmigen
Rotorblechpaketes 21 und der Höhe des polbildenden
Permanentmagneten 25 hm2 liegt. Die polbildenden Permanentmagnete 25 weiser
eine Breite von b2max auf, die zwischen dem 0,8 und 1,2-fachen der
Polteilung pt sein sollte. Die Nuten 32 radial oberhalb
des poltrennenden Permanentmagneten 24 weisen eine Tiefe
von t1 auf. Die Nuten 32 seitlich am polbildenden Permanentmagneten 25 weisen
eine Tiefe von t2 auf, die hierbei zwischen dem 1,5 und 0,8-fachen
von t1 liegen sollte.
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Die 6c zeigt
eine Alternative des in 6b dargestellten
Aufbaus. Hierbei ist eine Anfasung auf jeder ablaufenden Kante der
Pole dargestellt. Die ablaufende Kante hat hierbei eine Breite ba und
eine Tiefe ta. Es ist vorteilhaft, wenn die Breite ba zwischen 0.05
und 0,7 der Polteilung pt liegt und die Tiefe ta zwischen 0.01 und
0,1 der Höhe he des Rotorblechpakets 21, wobei
eine Tiefe von 2 mm nicht überschritten werden sollte.
Diese Anfasung der Pole ist zur Dämpfung von Magnetgeräuschen
sinnvoll für jede Art von geblechten Rotorblechpaketen 21,
egal ob Permanentmagnete 24, 25 eingesetzt werden oder
nicht.
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Die 7 zeigt
ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren von kreisringförmigen
Statorblechpaketen 17 mit den Nuten 19 und von
kreisringförmigen Rotorblechpaketen 21 mit den
Fenstern 34, 35, wobei die kreisringförmige
Statorblechpaketlamelle 17a um die kreisringförmige
Rotorblechpaketlamelle 21d freigestanzt wird. Hierdurch
wird der Verschnitt an dem dafür verwendeten Blechband 17b reduziert.
Es ist also grundsätzlich vorteilhaft, wenn das kreisringförmige
Rotorblechpaket die gleiche Blechdicke der Lamellen aufweist wie
das kreisringförmige Ständerblechpaket. Es ist
ebenfalls sinnvoll, wenn das Blechmaterial der Rotorblechpakete
identisch ist.
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Die 8 zeigt
eine Seitenansicht eines kreisringförmigen Rotorblechpaketes 21.
Das Rotorblechpaket ist aus einer Lamelle 40 hergestellt,
die spiralförmig aufgerollt wird. Der Anfang der Lamelle ist
entsprechend mit 40a und das Ende mit 40b gekennzeichnet.
Durch die Herstellung des kreisringförmigen Rotorblechpaketes 21 aus
einer Lamelle kann der Verschnitt des Bleches weiter reduziert werden. Anfang 40a und
Ende 40b der Lamelle 40 liegen einander an den
axialen Enden des kreisringförmigen Rotorblechpaketes gegenüber,
wobei der Abstand in Umfangsrichtung eine Polteilung nicht überschreiten sollte.
Es ist vorteilhaft, wenn sich zwischen den Lamellen eine Oxidschicht
oder eine Isolationsschicht befindet, um Wirbelströme auf
dem Außenumfang des Rotors 20 zu reduzieren.
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Die 9 stellt
eine weitere Ausführungsform der Erfindung raumbildlich
dar. Im kreisringförmigen Rotorblechpaket 21 sind
am Innenumfang sich nach radial innen erstreckende Vorsprünge 41 angeordnet.
Diese dienen dazu, eine genaue Positionierung der Teile zu erzielen
und die radiale Übertrittsfläche des magnetischen
Flusses aus den Polplatinen 22, 23 zu erhöhen,
indem an den Polplatinen 22, 23, entsprechende
Nuten 42 vorgesehen sind, in denen die Vorsprünge 41 einrasten.
Hierdurch kann der magnetische Kreis verbessert und somit die Abgabeleistung
der Maschine erhöht werden. Durch die Vorsprünge 41 bzw.
Nuten 42 wird zusätzlich das kreisringförmige
Rotorblechpaket 21 gegen Verdrehung geschützt,
indem eine mechanische Fixierung zwischen Polplatine 22, 23 und
Rotorblechpaket 21 stattfindet. Es ist vorteilhaft, die
Nuten 42 auf den Polplatinen 22, 23 und
die Vorsprünge 41 auf dem kreisringförmigen
Rotorblechpaket 21 anzuordnen, da die Vorsprünge 41 so
leicht gestanzt werden können und die Nuten 42 bei
der Herstellung der Passfläche auf der Polplatine 22, 23 durch
z. B. einen Überdrehvorgang nicht stören. Prinzipiell
können aber auch die Nuten 42 auf dem kreisringförmigen
Rotorblechpaket 21 und die Vorsprünge 41 auf
der Polplatine 22, 23 angeordnet werden. Durch
unterschiedlichen Versatz der Nuten 42 bzw. Vorsprünge 41 in
Umfangsrichtung oder wenn auf einer Polplatine 22 entsprechend mehr
Nuten 42 angeordnet sind als auf der anderen Polplatine 23,
lässt sich auch eine Montagehilfe erreichen, die sicherstellt,
dass die Polplatinen 22, 23 nur auf die für
sie bestimmte Seite des kreisringförmigen Rotorblechpaketes 21 montiert
werden können. Die Polplatinen 22, 23 werden
vorzugsweise durch einen Warmumformvorgang hergestellt, z. B. durch Schmieden,
sodass auch komplizierte Geometrien ohne bzw. mit wenig mechanischer
Nachbearbeitung möglich sind.
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Eine
weitere Maßnahme um das kreisringförmige Rotorblechpaket 21 zu
fixieren ist, die Polplatinen 22, 23 an den axialen Übertrittsflächen
mit Vorsprüngen zu versehen, die in axiale Löcher
oder Vertiefungen im kreisringförmigen Rotorblechpaket
einrasten.
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Die 10 zeigt
die Explosionszeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines hybriderregten Rotors 20. Dabei werden im Folgenden
die einzelnen Komponenten des Rotors 20 näher
erläutert. Maschinenwelle 27, Erregerspule 29 und
Polkern 31 sind dabei mit den entsprechenden Teilen des
ersten Ausführungsbeispieles gemäß 3 identisch.
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Die
elektronikseitige Polplatine 23 hat in Abänderung
zum ersten Ausführungsbeispieles drei Flussleitbereiche 39,
die radial aus dem zylindrischen Grundkörper der Polplatine 23 hervorstehen. Jedes
der hier dargestellten Flussleitbereiche 39 hat nur einen
Flussleitabschnitt 39e. Er erstreckt sich jeweils über
eine Polteilung des zwölfpoligen Rotors 20, wobei
alle Flussleitbereiche 39 der Polplatine 23 in
diesem Beispiel elektrisch erregte Pole kontaktieren. Die Feldübertragung
erfolgt an jedem Flussleitbereich 39 in radialer Richtung
und in axialer Richtung in das Rotorblechpaket 21.
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Die
antriebsseitige Polplatine 22 ist im Aufbau unterschiedlich
zur elektronikseitigen Polplatine 23. Die antriebseitige
Polplatine 22 weist drei Flussleitbereiche 39 auf,
die sich jeweils über drei Polteilungen des zwölfpoligen
Rotors 20 erstrecken, wobei die beiden äußeren
Flussleitabschnitte 39e jeweils einen elektrisch erregten
Pol des Rotors 20 kontaktieren. Der jeweils mittlere Pol
P des Rotorblechpaketes 21 wird an einer radial weiter
innengelegenen Stelle unterhalb des polbildenden Permanentmagnetes 25 von
dem mittleren Flussleitabschnitt 39m kontaktiert. Hierdurch
wird vermieden, dass das Feld der polbildenden, radial magnetisierten
Permanentmagneten 25 durch die Polplatine 22 kurzgeschlossen wird.
Prinzipiell ist es auch möglich, die antriebseitige Polplatine 22 auch
aus sechs Flussleitabschnitten 39e herzustellen und das
Material der hier dargestellten Flussleitabschnitte 39m wegfallen
zu lassen.
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Das
kreisringförmige Rotorblechpaket 21 ist vorzugsweise
in Achsrichtung laminiert. Das Rotorblechpaket 21 weißt
in Achsrichtung verlaufende Nuten 32 an der Außenfläche
auf, die die Rotorpole P voneinander trennen. Weiterhin sind in
dem Rotorblechpaket 21 drei axial ausgerichtete Fenster 35 vorgesehen,
in den jeweils ein polbildender, radial magnetisierter Permanentmagnet 25 eingesetzt
wird. Weiterhin sind zwischen den Fenstern 35 sechs axial ausgerichtete
Fenster 34 vorgesehen, in die poltrennende, tangential
magnetisierte Permanentmagnete 24 eingesetzt werden. Das
Rotorblechpaket 21 wird vorzugsweise durch Schweißnähte
innerhalb der poltrennenden Nuten 32 zusammengehalten.
Das hier dargestellte Rotorblechpaket 21 weist insgesamt zwölf
Pole P auf, wobei drei der Pole durch Permanentmagnete 23 gebildet
und neun Pole elektrisch erregt erden. Mittels der Erregerspule 29 kann
der Rotor 20 damit von zwölf nach außen
wirkenden Polen auf sechs nach außen wirkende Pole umgeschaltet werden.
Um die Leistungsfähigkeit des Systems zu steigern, sind
an den Positionen des Rotorblechpakets 21, an denen axial
die Flussleitbereiche 39 unterschiedlicher Polarität
gegenüberstehen die poltrennenden Permanentmagnete 24 eingefügt.
Die poltrennenden Permanentmagnete 24 weisen vorzugsweise
einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Die polbildenden
Permanentmagnete 25 weisen vorzugsweise einen trapezförmigen
Querschnitt auf. Die Übertrittstelle des Magnetflusses
von den Polplatinen 22, 23 zum Rotorblechpaket 21 ist
gestuft ausgeführt, sodass an den Schultern 39a sowohl
eine axiale als auch eine radiale Übertrittsfläche
für das elektrisch erregte Feld entsteht.
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In 11a ist die am Umfang des Rotors 20 auftretende
Polfolge dargestellt, die sich bei einem durch die Erregerspule 29 fließenden
Erregerstrom Ie im zweiten Ausführungsbeispiel ergibt.
Zwischen den poltrennenden Permanentmagneten 24 sind am Rotorumfang
drei polbildende Permanentmagnete 25 angeordnet, die mit
gleicher radialer Polarität mit dem von der Erregerspule 29 erzeugten
Feld zusammenwirken. Dadurch ergeben sich bei Bestromung der Erregerspule
mit einem Erregerstrom Ie am Rotorumfang zwölf Pole abwechselnder
Polarität. Der Rotor 20 ist so aufgebaut, dass
in Umfangsrichtung jeweils einem permanent erregten Südpol,
ein elektrisch erregter Nordpol, ein poltrennender Permanentmagnet 24,
ein elektrisch erregter Südpol, ein poltrennender Permanentmagnet 24,
ein elektrisch erregter Nordpol, ein permanent erregter Südpol,
ein elektrisch erregter Nordpol, ein poltrennender Permanentmagnet 24,
ein elektrisch erregter Südpol, ein poltrennender Permanentmagnet 24,
ein elektrisch erregter Nordpol, ein permanent erregter Südpol,
ein elektrisch erregter Nordpol, ein poltrennender Permanentmagnet 24,
ein elektrisch erregter Südpol, ein poltrennender Permanentmagnet 24 und
zuletzt ein elektrisch erregter Nordpol folgt.
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Die 11b zeigt den Zustand, wenn die Stromrichtung
in der Erregerspule Umgekehrt wird. Hierdurch lässt sich
die Polzahl des Rotors 20 umsteuern, in dem durch die Umkehrung
des in 11a erkennbaren elektrisch erregten
Feldes Φe der Erregerspule 29 die
Polarität der Polplatinen 22, 23 und damit
der elektrisch ausgebildeten Pole am Rotorumfang jeweils ihre Polarität
wechselt. Daraus ergibt sich nunmehr am Rotorumfang eine sechspolige
Anordnung mit abwechselnder symmetrischer Polarität. Die
in 11b eingezeichneten Felder Φm der polbildenden
Permanentmagnete 25 schließen sich über
die Polplatinen 22, 23 bzw. über den
Polkern 31. Die in 11a eingezeichneten
Felder Φm der polbildenden Permanentmagnete schließen
sich innerhalb des Rotorblechpaketes 21.
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Die 12 zeigt
die Explosionszeichnung eines dritten Ausführungsbeispiels
des hybriderregten Rotors 20. Dabei werden im Folgenden
die einzelnen Komponenten des Rotors 20 näher
erläutert. Maschinenwelle 27, Erregerspule 29 und
Polkern 31 sind dabei mit den entsprechenden Teilen des
ersten Ausführungsbeispieles gemäß 3 identisch.
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Die
hier dargestellte elektronikseitige Polplatine 23 besitzt
vier Flussleitbereiche 39, die radial aus dem zylindrischen
Grundkörper der Polplatine 23 hervorstehen. Jedes
der hier dargestellten Flussleitbereiche 39 erstreckt sich
mit je einem Flussleitabschnitt 39e über eine
Polteilung des zwölfpoligen Rotors 20, wobei alle
Flussleitbereiche 39 in diesem Beispiel elektrisch erregte
Pole kontaktieren. Die Übertrittstelle von der Polplatine 23 zum
Rotorblechpaket 21 ist gestuft ausgeführt, sodass
an den Schultern 39a sowohl eine axiale als auch eine radiale Übertrittsfläche
für das elektrisch erregte Feld entsteht. Hierbei dienen
die Übertrittsflächen auch zur Fixierung und Zentrierung
des Rotorblechpaketes 21.
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Die
antriebsseitige Polplatine 22 ist im Aufbau identisch zur
elektronikseitigen Polplatine 23, allerdings ist sie um
90° mechanisch gedreht, um entsprechend die durch die elektronikseitige
Polplatine 23 noch nicht kontaktierten elektrisch erregten
Pole P des Rotorblechpaketes 21 zu kontaktieren.
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Das
kreisringförmige Rotorblechpaket 21 ist vorzugsweise
in Achsrichtung laminiert. Das Rotorblechpaket 21 weißt
in Achsrichtung verlaufende Nuten 32 an der Außenfläche
auf, die die Rotorpole voneinander trennen. Weiterhin sind in dem
Rotorblechpaket 21 vier axial ausgerichtete Fenster 35 vorgesehen,
in denen zumindest ein polbildender, radial magnetisierter Permanentmagnet 25 eingesetzt
wird. Weiterhin sind dort vier axial ausgerichtete Fenster 34 vorgesehen,
in denen poltrennende, tangential magnetisierte Permanentmagnete 24 eingesetzt
werden. Des Weiteren sind zwischen je einem Fenster 35 für
einen radial magnetisierten und einem Fenster 34 für
einen tangential magnetisierten Permanentmagneten 24, 25 weitere
axial ausgerichtete Fenster 44 im Rotorblechpaket 21 ausgestanzt,
in denen weichmagnetische Eisenkerne 43 eingesetzt werden.
Die axialen Übertrittsflächen der Polplatinen 22, 23 kontaktieren
direkt die in den axialen Fenstern 44 des Rotorblechpaketes 21 eingesetzten
Eisenkerne 43. Diese Eisenkerne 43 verbessern
die Leitung des elektrisch erregten Feldes innerhalb der axial geschichteten
Lamellen des Rotorblechpaketes 21, wodurch die Leistungsabgabe
verbessert werden kann. Die Eisenkerne 43 werden hierzu
vorzugsweise von einem Federelement 45, das an einem der
axialen Kontaktierfläche der Polplatine 22, 23 gegenüberliegenden
Ende des Rotorblechpaketes 21 liegt und eine axiale Kraft
auf den Eisenkern 43 in Richtung Kontaktierfläche
ausübt. Das Federelement 45 kann z. B. als Vorsprung
in einer axialen Abschlusslamelle ausgeführt werden und
entsprechend der gewünschten Federwirkung vorgespannt werden.
Hierdurch ergeben sich mindestens zwei unterschiedliche Konturen
der Lamellen des Rotorblechpaketes 21. Es ist auch möglich
die Federelemente 45 auch innerhalb eines Lüfters 30 oder
Luftleitbleches anzubringen. Die Eisenkerne 43 müssen
aufgrund der Federelemente 45 von beiden axialen Enden
des Rotorblechpaketes 21 bestückt werden. Der
Einsatz von Eisenkernen ist bei allen beschriebenen Ausführungsformen
vorstellbar. Die Feldübertragung erfolgt an jedem Flussleitbereich 39 in
radialer Richtung und in axialer Richtung in das Rotorblechpaket 21,
bzw. in den Eisenkern 43.
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Das
hier dargestellte Rotorblechpaket 21 weist insgesamt zwölf
Pole auf, wobei vier der Pole durch Permanentmagnete 23 gebildet
und acht Pole elektrisch erregt werden. Dadurch kann mittels der Erregerspule 29 von
zwölf nach außen wirkenden Polen auf vier nach
außen wirkende Pole umgeschaltet werden. Um die Leistungsfähigkeit
des Systems zu steigern, sind an den Positionen des Rotorblechpakets 21,
an denen axial die Flussleitbereiche 39 unterschiedlicher
Polarität angrenzend gegenüberstehen, die poltrennenden
Permanentmagnete 32 eingefügt. Die poltrennenden
Permanentmagnete 24 weisen vorzugsweise einen rechteckförmigen
Querschnitt auf. Die polbildenden Permanentmagnete 25 weisen
vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt auf. Die Übertrittstelle
von den Polplatinen 22, 23 zum Rotorblechpaket 21 ist
gestuft ausgeführt, sodass an den Schultern 39a sowohl
eine axiale als auch eine radiale Übertrittsfläche
für das elektrisch erregte Feld entsteht.
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In 13a ist die am Umfang des Rotors 20 auftretende
Polfolge dargestellt, die sich bei einem durch die Erregerspule 29 fließenden
Erregerstrom Ie ergibt. Die vordere Polplatine 23 hat dabei
die eingetragene Polarität eines Nordpols. Zwischen den poltrennenden
tangential magnetisierten Permanentmagneten 24 sind am
Rotorumfang vier polbildende radial magnetisierte Permanentmagnete 25 angeordnet,
die mit abwechselnder radialer Polarität mit dem von der
Erregerspule 29 erzeugten Feld zusammenwirken. Dadurch
ergeben sich bei Bestromung der Erregerspule mit einem Erregerstrom
Ie am Rotorumfang zwölf Pole abwechselnder Polarität.
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Die 13b zeigt den Zustand, wenn die Stromrichtung
in der Erregerspule umgekehrt wird. Hierdurch lässt sich
die Polzahl des Rotors 20 umsteuern, in dem durch die Umkehrung
des in 13a erkennbaren elektrisch erregten
Feldes Φe der Erregerspule 29 die
Polarität der Polplatinen 22, 23 und damit
der elektrisch ausgebildeten Pole am Rotorumfang wechselt, was in 13b durch die in Klammern dargestellte Polarität
verdeutlicht wird. Daraus ergibt sich nunmehr am Rotorumfang eine
vierpolige Anordnung mit abwechselnder symmetrischer Polarität.
Die in 13b eingezeichneten magnetischen Felder Φm
der polbildenden Permanentmagnete 25 schließen
sich über die Polplatinen, bzw. über den Polkern.
Die in 13a eingezeichneten magnetischen
Felder Φm der polbildenden Permanentmagnete 25 schließen
sich rotorseitig innerhalb des Rotorblechpaket-Segmentes, bestehend
aus dem jeweiligen magnetisch erregten Pol und den beiden benachbarten
elektrisch erregten Polen.
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Die 13c zeigt in schematischer Darstellung die Abwicklung
des Rotors aus 12 mit der elektrischen Umsteuerung
von 12 auf 4 Pole. Die Abwicklung erstreckt sich dabei nur über
etwas mehr als 3 Polpaare, da sich die Polfolge danach über
den restlichen Rotorumfang wiederholt. Die radiale Erstreckung der
Teile ist durch den Pfeil R und der Umfang durch den Pfeil U dargestellt.
Im oberen Teil der Darstellung ist die hintere Polplatine 22,
darunter ist das Rotorblechpaket 21 und darunter die vordere Polplatine 23 dargestellt.
Bei der höheren Polzahl haben die Polplatinen und die Pole
am Umfang des Rotorblechpaketes 21 die jeweils dort eingetragenen Polaritäten,
wogegen die in Klammern eingetragenen Polaritäten durch
die elektrische Umsteuerung auf die kleinere Polzahl auftreten.
Man erkennt dabei, dass zunächst die Polarität
an den benachbarten Polen des Rotorblechpaketes 21 über
den Umfang gesehen stets wechselt, sodass sich gemäß 13a zwölf Pole ergeben. Durch die elektrische
Polumsteuerung wechseln sich nun jeweils drei benachbarte Südpole
mit drei Nordpolen ab, sodass sich gemäß 13b 4 Pole ergeben.
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In 13c ist eine erste über dem Rotorumfang
sich wiederholende Grundform der Pole erkennbar. Sie beginnt mit
einem poltennenden Permanentmagneten 24, gefolgt von einem
elektrisch erregten Nordpol und einem magnetisch erregten Südpol,
an dem sich dann spiegelbildlich und mit entgegengesetzter Polarität
ein poltennender Permanentmagnet 24, ein elektrisch erregter
Südpol, ein magnetisch erregter Nordpol und ein elektrisch
erregter Südpol anschließt. Dementsprechend sind
auch die Flussleitbereiche 39 der Polplatinen 22, 23 mit
einer sich wiederholenden Grundform ausgebildet, wonach die elektrisch
erregten Nordpole mit den Eisenkernen 43 von den längeren
Flussleitabschnitten 39e der hinteren Polplatine 22 stirnseitig
kontaktiert sind. Die Stirnseiten des Rotorblechpaketes 21 radial
unterhalb des magnetisch erregten Südpols sind außerdem
im Bedarfsfall, wie gestrichelt angedeutet, von einem dazwischen
liegenden kürzeren Flussleitabschnitt 39m kontaktiert.
In gleicher Weise sind die Flussleitabschnitte 39e und 39m der
vorderen Polplatine 23 ausgebildet. Die beiden Polplatinen 22, 23 sind
dabei mit ihren Flussleitbereichen 39 um jeweils 3 Pole
gegeneinander versetzt.
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Mit
den 14 bis 20 werden
weitere Alternativlösungen des erfindungsgemäß ausgebildeten
Rotors 20 in der schematisch Darstellung gemäß 13c erörtert. Dabei erfolgt auch dort
die Abwicklung des Rotors nur über einen Teil des Umfanges
mit einer Polfolge, die sich danach über den restlichen
Rotorumfang in ihrer Grundform wiederholt. Durch eine entsprechende
Wiederholung der Grundform in der Anordnung der elektrisch und permanentmagnetisch
erregten Pole am Rotorumfang lassen sich Maschinen mit größeren
oder kleineren Polpaarzahlen des Rotors 20 darstellen.
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In 14 ist
ein von 12 auf 6 Pole umsteuerbarer Rotor 20 nach der Ausführung
aus 10 und 11 dargestellt
mit der Abänderung der Polplatinen 22, 23 in
der Weise, dass hier die kürzeren Flussleitabschnitte 39m weggelassen
wurden. Hier sind folglich nur die Flussleitabschnitte 39e an
den Polplatinen 22, 23 stehen geblieben. Die Grundform
in der Anordnung der elektrisch und permanentmagnetisch erregten
Pole am Rotorumfang besteht hier aus 4 Polen. Sie beginnt mit einem
poltennenden Permanentmagneten 24, gefolgt von einem elektrisch
erregten Nordpol, einem magnetisch erregten Südpol und
einem elektrisch erregten Nordpol, an den sich ein poltennender
Permanentmagnet 24 und ein elektrisch erregter Südpol
anschließt.
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In 15 ist
ein von 12 auf 6 Pole umsteuerbarer Rotor 20 mit einer
aus vier Polen bestehenden Grundform dargestellt. Sie beginnt mit
einem poltennenden Permanentmagneten 24, gefolgt von einem elektrisch
erregten Nordpol und einem magnetisch erregten Südpol,
an den sich dann spiegelbildlich und mit entgegengesetzter Polarität
ein poltennender Permanentmagnet 24 und ein elektrisch
erregter Südpol anschließt. Dementsprechend sind
auch die Flussleitbereiche 39 der Polplatinen 22, 23 mit
einer sich wiederholenden Grundform ausgebildet, wonach die elektrisch
erregten Nordpole stirnseitig von einem längeren Flussleitabschnitten 39e der
hinteren Polplatine 22 und das Rotorblechpaket 21 radial
unterhalb des magnetisch erregten Südpols von einem benachbarten
kürzeren Flussleitabschnitt 39m stirnseitig kontaktiert
sind. In gleicher Weise sind die Flussleitabschnitte 39e und 39m der
vorderen Polplatine 23 ausgebildet und mit dem Rotorblechpaket 21 kontaktiert.
Die beiden Polplatinen 22, 23 sind dabei mit ihren
Flussleitbereichen 39 um jeweils 2 Pole gegeneinander versetzt.
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In 16 ist
ein von 12 auf 4 Pole umsteuerbarer Rotor 20 gemäß 13c dargestellt, bei dem lediglich die im Rotorblechpaket 21 eingesetzten
Eisenkerne 43 weggelassen sind. Der Rotor hat eine aus
sechs Polen bestehenden Grundform. Sie beginnt mit einem poltennenden
Permanentmagneten 24, gefolgt von einem elektrisch erregten
Nordpol, einem magnetisch erregten Südpol und einem elektrisch
erregten Nordpol, an dem sich dann spiegelbildlich und mit entgegengesetzter
Polarität ein poltennender Permanentmagnet 24,
ein elektrisch erregter Südpol, ein magnetisch erregter
Nordpol und ein elektrisch erregter Südpol anschließt.
Gegenüber der Ausführung nach 15 haben
hier die Flussleitbereiche 39 der beiden Polplatinen 22, 23 neben
dem verkürzten Flussleitabschnitt 39m aus 15 noch einen
zweiten, längeren Flussleitabschnitt 39e für den
jeweils zusätzlichen elektrisch erregten Pol der Grundform.
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In 17 ist
ein von 16 auf 4 Pole umsteuerbarer Rotor 20 mit einer
aus acht Polen bestehenden Grundform dargestellt. Sie beginnt mit
einem poltennenden Permanentmagneten 24, gefolgt von einem elektrisch
erregten Südpol, einem magnetisch erregten Nordpol, einem
elektrisch erregten Südpol und einem magnetisch erregten
Nordpol, an dem sich dann spiegelbildlich und mit entgegengesetzter
Polarität ein poltennender Permanentmagnet 24,
ein magnetisch erregter Südpol, ein elektrisch erregter
Nordpol, ein magnetisch erregter Südpol und ein elektrisch
erregter Nordpol anschließt. Dementsprechend sind auch
die Flussleitbereiche 39 der Polplatinen 22, 23 mit
einer sich wiederholenden Grundform ausgebildet. Gegenüber
der Ausführung nach 16 haben hier
die Flussleitbereiche 39 der beiden Polplatinen 22, 23 neben
dem zweiten längeren Flussleitabschnitt 39e zusätzlich
noch einen verkürzten Flussleitabschnitt 39m für
den jeweils zusätzlichen magnetisch erregten Pol der Grundform.
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In 18 ist
ein von 12 auf 2 Pole umsteuerbarer Rotor 20 mit einer
aus zwölf Polen bestehenden Grundform dargestellt. Sie
beginnt mit einem poltennenden Permanentmagneten 24, gefolgt
von einem elektrisch erregten Nordpol, einem magnetisch erregten
Südpol, einem elektrisch erregten Nordpol, einem magnetisch
erregten Südpol, einem elektrisch erregten Nordpol und
einem magnetisch erregten Südpol, an dem sich dann spiegelbildlich
und mit entgegengesetzter Polarität ein poltennender Permanentmagnet 24,
ein magnetisch erregter Nordpol, ein elektrisch erregter Südpol
usw. anschließt. Dementsprechend sind auch die Flussleitbereiche 39 der Polplatinen 22, 23 mit
einer Grundform ausgebildet. Gegenüber der Ausführung
nach 17 haben hier die Flussleitbereiche 39 der
beiden Polplatinen 22, 23 neben dem zweiten, kürzeren
Flussleitabschnitt 39m zusätzlich noch einen weiteren
längeren und kürzeren Flussleitabschnitt 39e und 39m für
den jeweils zusätzlichen magnetisch und elektrisch erregten
Pol der Grundform.
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In 19 ist
ein von 14 auf 2 Pole umsteuerbarer Rotor 20 dargestellt,
bei dem sich im Vergleich zur Ausführung nach 17 statt
drei nunmehr vier elektrisch erregte Nordpole mit drei permanentmagnetisch
erregten Südpolen abwechseln. Ferner sind damit die poltrennenden
Permanentmagnete 24 zwischen zwei benachbarte elektrisch
erregte Pole unterschiedlicher Polarität angeordnet und
nicht wie in 17 zwischen zwei benachbarten
permanentmagnetischen Polen. Dementsprechend sind im Bereich zwischen
zwei poltrennenden Permanentmagneten 24 an dem Flussleitbereich 39 der
Polplatine 22 drei Flussleitabschnitte 39m zwischen
vier längeren Flussleitabschnitten 39e angeordnet.
Der Flussleitbereich 39 der vorderen Polplatine 23 ist
in gleicher Weise ausgebildet, jedoch dazu um eine entsprechende
Polfolge mit entgegengesetzter Polarität versetzt.
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In 20 ist
ein von 16 auf 2 Pole umsteuerbarer Rotor 20 mit einer
aus 16 Polen bestehenden Grundform dargestellt, bei dem sich im
Vergleich zur Ausführung nach 19 statt
drei nunmehr vier magnetisch erregte Südpole mit vier elektrisch
erregten Nordpolen abwechseln. Ferner sind damit die poltrennenden
Permanentmagnete 24 zwischen zwei benachbarten magnetisch
erregten Polen unterschiedlicher Polarität angeordnet und
nicht wie in 17 zwischen zwei benachbarten
elektrisch erregten Polen. Dementsprechend sind im Bereich zwischen
zwei poltrennenden Permanentmagneten 24 an dem Flussleitbereich 39 der
Polplatine 22 vier kürzere Flussleitabschnitte 39m neben
vier längeren Flussleitabschnitten 39e angeordnet.
Der Flussleitbereich 39 der vorderen Polplatine 23 ist
spiegelbildlich in gleicher Weise ausgebildet, jedoch dazu um eine
entsprechende Polfolge versetzt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So können bei den Polplatinen ggf.
die kürzeren Flussleitabschnitte 39m gemäß 14 und 16 entfallen.
Des Weiteren können die Polplatinen 22, 23 bei
allen Ausführungsbeispielen an den Flussleitbereichen 39 auch mit
einer Schulter 39a versehen werden, die dann jeweils an
der Innenseite des Rotorblechpaketes 21 anliegt. Aus den 15 bis 17 sowie 18 bis 20 ist
ferner erkennbar, dass über den Umfang des Rotorblechpaketes 20 sich
die Abstände von einem poltrennenden Permanentmagneten 24 zum nächsten
jeweils um einen Pol vergrößern und die Flussleitbereiche 39 der
beiden Polplatinen 22, 23 dementsprechend um eine
Polbreite zunehmen. Folglich sind die poltrennenden Permanentmagnete 24 entweder
zwischen zwei elektrisch oder zwischen zwei magnetisch erregten
Polen angeordnet. Diese Systematik gilt generell, dass heißt
auch für die nicht dargestellte Anordnung von fünf
Polen zwischen zwei poltrennenden Permanentmagneten 24.
Ferner kann prinzipiel die Erregerspule 29 im Bedarfsfall auch
in mehrere Spulen aufgeteilt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7408280
B2 [0003]
- - US 2006/0113861 A1 [0004]
- - US 2006/0119206 A1 [0005]