電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]從文獻(xiàn)EP 910155A1中已知一種電機(jī)，其實(shí)施成所謂的爪極發(fā)電機(jī)。該電機(jī)具有定子和轉(zhuǎn)子，其中，在轉(zhuǎn)子的周邊處相鄰設(shè)置的不同地極化的激勵極或爪極在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時在定子的定子繞組中產(chǎn)生定子電壓。該電機(jī)的激勵極實(shí)施為所謂的爪極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目標(biāo)是，實(shí)現(xiàn)顯著地減小電機(jī)的銅質(zhì)量。在保持效率和功率輸出的情況下，不僅減小勵磁繞組的重量而且減小定子繞組的重量。此外，可明顯提高功率密度。
【附圖說明】
[0004]附圖中:
[0005]圖1示出了電機(jī)的縱剖視圖，
[0006]圖2示出了定子鐵心的側(cè)視圖，
[0007]圖3示出了轉(zhuǎn)子的展開的外周邊的示意圖，
[0008]圖4示出了在兩個爪極輪之間的間隙，在該間隙中插入永磁裝置，
[0009]圖4A示出了怠速電壓和全負(fù)荷電流與電機(jī)的可變的結(jié)構(gòu)比例相關(guān)的變化曲線，
[0010]圖5示出了繞組端部及其被通風(fēng)器覆蓋的覆蓋情況的側(cè)視圖，
[0011]圖6示出了定子的槽的側(cè)視圖，
[0012]圖7示出了一個圖表，在該圖表中看到與磁回路的長度比例和直徑比例有關(guān)的在18001/min時的標(biāo)準(zhǔn)化的輸出電流，
[0013]圖8示出了另一圖表，在該另一圖表中看到與磁回路的其他長度比例有關(guān)的在18001/min時的標(biāo)準(zhǔn)化的輸出電流，
[0014]圖9以另一放大的端部視圖示出了定子鐵心，
[0015]圖10示出了一個圖表，在該圖表中在18001/min時的輸出電流的比例與定子鐵心幾何結(jié)構(gòu)的比例相關(guān)，
[0016]圖11示出了一個圖表，在該圖表中關(guān)于定子鐵心的軸向長度和電磁路徑的沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的長度的比例繪制了電流和使用的銅質(zhì)量的比例。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在圖1中示出了電機(jī)10的剖視圖，在此電機(jī)實(shí)施為用于機(jī)動車輛的發(fā)電機(jī)或更具體地說交流發(fā)電機(jī)、尤其是三相發(fā)電機(jī)。但是，該電機(jī)也可通過相應(yīng)的控制用作起動機(jī)發(fā)電機(jī)。該電機(jī)10尤其具有兩件式的殼體13，該殼體包括第一軸承蓋13.1和第二軸承蓋13.2。軸承蓋13.1和軸承蓋13.2將所謂的定子16容納在其中，該定子包括基本上圓環(huán)形的定子鐵心17，在其朝向徑向內(nèi)部的軸向延伸的槽中插入定子繞組18。該環(huán)形的定子16通過其徑向向內(nèi)的開槽的表面(該表面為在電磁方面起作用的表面19)包圍轉(zhuǎn)子20，該轉(zhuǎn)子在此例如構(gòu)造成爪極轉(zhuǎn)子。
[0018]轉(zhuǎn)子20尤其包括兩個極板22和23，在軸向方向上延伸的爪極指作為可電磁極化的爪極24和25分別布置在極板的外周邊處。兩個極板22和23布置在轉(zhuǎn)子20中，使得其在軸向方向上延伸的爪極24或25在轉(zhuǎn)子20的周邊處彼此交替。因此，轉(zhuǎn)子20同樣具有在電磁方面起作用的表面26。通過在周邊處交替的爪極24和25產(chǎn)生在磁方面所需的間隙21，所述間隙在此也被稱為爪極間隙。轉(zhuǎn)子20借助于軸27和在每一轉(zhuǎn)子側(cè)各設(shè)一個的滾動軸承28可旋轉(zhuǎn)地支承在相應(yīng)的軸承蓋13.1或13.2中。
[0019]轉(zhuǎn)子20總共具有兩個軸向端面，在這兩個軸向端面處分別固定有通風(fēng)器30。通風(fēng)器30基本上由板形的或盤形的區(qū)段組成，通風(fēng)器葉片以已知的方式起始于該區(qū)段。該通風(fēng)器30用于通過在軸承蓋13.1和13.2中的孔40實(shí)現(xiàn)例如從電機(jī)10的軸向端側(cè)穿過電機(jī)10的內(nèi)腔到位于徑向外部的環(huán)境的空氣交換。為此，孔40基本上設(shè)置在軸承蓋13.1和13.2的軸向端部處，通過所述孔借助于通風(fēng)器30將冷卻空氣吸入電機(jī)10的內(nèi)腔中。該冷卻空氣通過通風(fēng)器30的旋轉(zhuǎn)朝向徑向外部加速，從而冷卻空氣可穿過對于冷卻空氣來說可通過的基本上環(huán)形的繞組端部45。通過該效應(yīng)冷卻繞組端部45。冷卻空氣在穿過繞組外伸段或者說繞組端部45之后或者在繞該繞組端部45環(huán)流之后通過這里在圖1中未示出的孔朝向徑向外部流出。
[0020]在圖1中示出的并且位于發(fā)電機(jī)右側(cè)上的保護(hù)罩47保護(hù)不同的構(gòu)件免受環(huán)境影響。即，保護(hù)罩47例如覆蓋所謂的滑環(huán)組件49，該滑環(huán)組件用于給勵磁繞組51供給勵磁電流。圍繞該滑環(huán)組件49布置冷卻體53，其在此用作正極冷卻體。該正極冷卻體之所以稱為正極冷卻體，是因?yàn)槠渑c蓄電池(例如起動機(jī)電流供給裝置)的正極導(dǎo)電連接。軸承蓋13.2用作所謂的負(fù)極冷卻體。在軸承蓋13.2和冷卻體53之間布置有接線板56，該接線板用于使布置在軸承蓋13.2中的負(fù)二極管58和在此未在該視圖中示出的在冷卻體53中的正二極管相互連接并且由此呈現(xiàn)出本身已知的橋式電路。
[0021]因此，在圖1中公開了一種具有定子16的電機(jī)10，該定子具有定子鐵心17。定子鐵心17具有基本上圓柱形的具有中央軸線63的孔60，也見圖2。該孔60容納轉(zhuǎn)子20。定子鐵心17具有軸向長度L17a，并且定子鐵心17保持定子繞組18。此外，定子鐵心17具有內(nèi)直徑D17i和外直徑D17a。轉(zhuǎn)子20也具有旋轉(zhuǎn)軸線66，其在裝配好的狀態(tài)下與中央軸線63重合。
[0022]轉(zhuǎn)子20具有軸向端面69，具有通風(fēng)器葉片72的通風(fēng)器30布置在該軸向端面69處。通風(fēng)器與轉(zhuǎn)子20不可相對旋轉(zhuǎn)地(優(yōu)選是直接地)連接。
[0023]轉(zhuǎn)子20具有可電磁激勵的路徑75，該路徑具有極芯78，在該極芯上在兩個沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的端部80、82處各連接一個極板22、23:具有北極極性的爪極24起始于一個極板22，并且具有南極極性的爪極25起始于另一極板23，其中，爪極24和25根據(jù)北極極性和南極極性在轉(zhuǎn)子20的周邊處交替。徑向地布置在爪極24、25之內(nèi)的極芯78具有沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的長度L78。
[0024]在圖3中可看到轉(zhuǎn)子20的展開的外周邊的示意圖?？煽吹阶O24和25的梯形面84和85，其將電磁通量通過本身作為轉(zhuǎn)子20的邊界面引導(dǎo)到定子16的齒處的邊界面，并且從該處吸收電磁通量。轉(zhuǎn)子20具有已經(jīng)闡述的具有縱向86的在兩個相鄰的極性相反的爪極24、25之間的間隙21。縱向86與在爪極24和25之間的中線重合。如果該間隙例如由爪極24和25的彼此平行延伸的側(cè)面限定，則該中線在爪極24和25的側(cè)面之間的中心中延伸。
[0025]如圖4所示，在兩個爪極24、25之間的一個間隙21中插入永磁裝置88。該永磁裝置88具有在間隙21的縱向86上的長度L88(除了在磁性上不活躍的區(qū)段、例如保持元件之外)。該永磁裝置88用于補(bǔ)償在具有北極極性的爪極24和具有南極極性的爪極25之間的電磁或磁的漏損通量。規(guī)定，永磁裝置88的長度L88和極芯的沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的長度L78的比例大于1.3。也就是說，爪極24和25的尖端123和124分別伸入極性相同的爪極根部130和131的間隙89和91中。換句話說:北極的爪極124的尖端123伸入兩個南極的爪極125的兩個爪極根部131之間。在此，爪極根部應(yīng)限制于沿軸向與爪極124、125的懸臂部分連接的體積范圍。圖4A示出了一個相應(yīng)的圖表，該圖表在考慮永磁體的情況下仿真得到。一方面，關(guān)于L88/L78的比例示出了在全負(fù)荷和1800/min的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的情況下所產(chǎn)生的電流IG的變化曲線，另一方面，該圖表示出了在18000/min時在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)且定子繞組18中的激勵電流IE為零安培時感應(yīng)電壓Ui的變化曲線。所希望的為1.3的L88/L78的最小比例以感應(yīng)電壓Ui的變化曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為基礎(chǔ)。所希望的優(yōu)選的大于1.6的L88/L78的比例以感應(yīng)電壓Ui的變化曲線的開始的劇烈下降為基礎(chǔ)。通過選擇比例L88/L78 >
1.6保證，通過永磁體感應(yīng)的電壓小于二極管的齊納電壓。該齊納電壓通常>=20V。
[0026]在一種變型方案中規(guī)定，永磁裝置88的長度L88和極芯78的沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的長度L78的比例大于1.6。
[0027]此外定義，定子繞組18具有繞組端部45，該繞組端部具有導(dǎo)線連接器93，該導(dǎo)線連接器在沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的長度L93上從定子鐵心17引出并且又引回到該定子鐵心17。如果所述導(dǎo)線連接器93是伸出最遠(yuǎn)的導(dǎo)線連接器93 (圖5)，則其同時是繞組端部L45的沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的長度。通風(fēng)器30徑向地布置在繞組端部45之內(nèi)(圖1和圖5)。由繞組端部45和通風(fēng)器30共同在沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向上覆蓋的在長度L45a上的區(qū)域以及在此導(dǎo)線連接器93的由通風(fēng)器30沿旋轉(zhuǎn)軸線方向覆蓋的長度L93的份額應(yīng)大于0.5、優(yōu)選地大于0.7 ο L45a相對于L45或L45a相對于L93的比例相應(yīng)地應(yīng)大于0.5，優(yōu)選地大于0.7。
[0028]定子繞組18被插入定子鐵心的徑向向內(nèi)打開的槽96中(圖6)。在此，定義了槽96的電磁有效的面100。該面100通過齒103和槽底106在朝向磁軛109的方向上限定。不考慮在兩個齒頂115之間的槽隙112中的面110，因?yàn)樵谠摻Y(jié)構(gòu)形式中，該空間未設(shè)置成用于布置繞組。在槽96的電磁有效的面100之內(nèi)并且被槽襯116包圍地，分別設(shè)有定子繞組18的電磁有效的繞組組件117，其包括例如相繞組或者說支路繞組的線圈側(cè)118。繞組組件117包括具有電有效的導(dǎo)線橫截面積A120的至少一個導(dǎo)線橫截面120，其中，至少一個導(dǎo)線橫截面積A120進(jìn)而在一個槽(96)中的所有導(dǎo)線橫截面(120)與電磁有效的面100的比例小于0.5。
[0029]圖7示出了這樣的圖表，在其中，在X軸上示出了可計(jì)算的對于D17i和D17a的不同變量給出的比例(D17i/D17a)。極芯78具有直徑D78和沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的長度L78。圖7的右側(cè)繪出的y軸給出為多種變型方案假設(shè)的L78和D78的比例。在該設(shè)計(jì)方案的范圍中，不同的比例證實(shí)為適宜的:極芯78的沿旋轉(zhuǎn)軸線方向的長度L78和極芯78的直徑D78的比例應(yīng)在0.21至0.36之間、優(yōu)選地在0.225和0.348之間，且尤其優(yōu)選地在0.25至0.33之間。定子鐵心17的內(nèi)直徑D17i和定子鐵心17的外直徑D17a之間的比例應(yīng)大于0.788并且小于0.854，優(yōu)選地大于0.795并且小于0.848并且尤其優(yōu)選地在0.802至