电机的制作方法
【专利说明】电机
【背景技术】
[0001] 从EP910155A1中已知一种电机，其实施为所谓的爪形极发电机 (Klaue吨olgenerator)。该电机具有定子（St注nder)和转子，其中，相邻地布置在转子 的圆周处的不同地极化的励磁极或爪形极化lauenpole)在旋转运动时在定子的定子绕组 中产生定子电压。该种电机的励磁极实施为所谓的爪形极。
【发明内容】
[0002] 本发明的目的在于，实现显著地减小电机的铜质量。在保持效率和功率输出的情 况下既减小励磁绕组的重量又减小定子绕组的重量。此外可显著提高功率密度。
【附图说明】
[0003] 附图示出了；
[0004] 图1示出了电机的纵截面，
[0005] 图2示出了定子铁巧的侧视图，
[0006] 图3示出了转子的展开的外圆周的示意性视图，
[0007] 图4示出了在两个爪形极转子之间的间隙，在间隙中插入有永磁装置，
[000引图4A示出了空载电压和满载电流与电机的可变的结构比例相关的变化曲线，
[0009] 图5示出了绕组端部及其被通风装置覆盖的侧视图，
[0010] 图6示出了定子的槽的侧视图，
[0011] 图7示出了线图，在其中观察在1800 1/min下与磁回路的长度比和直径比相关的 标准化的输出电流，
[001引图8示出了另一线图，在其中观察在1800 1/min下与磁回路的其他长度比相关的 标准化的输出电流，
[0013] 图9 W另一放大的正视图示出了定子铁巧，
[0014] 图10示出了线图，在其中在1800/min下输出电流的比例与定子铁巧几何结构的 比例有关，
[0015]图11示出了线图，在其中关于定子铁巧的轴向长度和电磁路径的沿旋转轴线的 长度的比例绘制了电流和所使用的铜质量的比例。
【具体实施方式】
[0016] 在图1中示出了电机10的截面，电机10在此实施为用于机动车的发电机或交流 发电机、特别是=相发电机。电机可利用相应的控制装置起作用，但也可用作起动机发电 机。电机10尤其具有两件式的壳体13,该壳体包括第一轴承盖13. 1和第二轴承盖13. 2。 轴承盖13. 1和轴承盖13. 2本身容纳所谓的定子16,定子包括基本上圆环形的定子铁巧 17,在定子铁巧的沿径向向内指向的沿轴向延伸的槽中插入有定子绕组18。环形的定子16 W其沿径向向内指向的开槽的表面包围在此例如构造为爪形极转子的转子20,所述表面为 在电磁方面起作用的表面19。
[0017] 转子20尤其包括两个极板22和23,在极板的外圆周处分别设置有沿轴向延伸的 爪形极指作为可电磁极化的爪形极24和25。两个极板22和23在转子20中如此布置，即， 其沿轴向延伸的爪形极24和25在转子20的圆周处彼此交替。因此，转子20同样具有在 电磁方面起作用的表面26。通过在圆周处交替的爪形极24或25得到在磁方面所需的间隙 21，该间隙在此也称为爪形极间隙。转子20借助于轴27和位于各个转子侧部的各个滚动 轴承28可旋转地支承在相应的轴承盖13. 1或13. 2中。
[0018] 转子20总共具有两个轴向的端面，在该端面处分别固定有通风装置30。该通风装 置30主要由板状的或盘状的区段组成，从中W已知的方式伸出通风叶片。通风装置30用 于通过在轴承盖13. 1和13. 2中的开口 40实现例如从电机10的轴向端侧穿过电机10的 内腔到位于径向外部的周围环境的换气。为此，开口 40基本上设置在轴承盖13. 1和13. 2 的轴向端部处，通过该开口借助于通风装置30将冷却空气吸入电机10的内腔中。该冷却 空气通过通风装置30的旋转沿径向向外加速，使得冷却空气可穿过冷却空气可透过的基 本上呈环形的绕组端部（Wicke化opf)45。通过该种效应冷却绕组端部45。冷却空气在穿 过绕组突出部或绕组端部45之后或在环绕绕组端部45流过之后通过在此在图1中未示出 的开口沿着在径向上向外的路径流动。
[0019] 在图1中所示的且位于发电机的右侧上的保护罩47保护各种构件不受环境影响。 因此，保护罩47例如覆盖用于向励磁绕组51供给励磁电流的所谓的滑环组件49。围绕滑 环组件49布置有冷却体53,该冷却体在此用作正极冷却体。正极冷却体之所W称为正极冷 却体，是因为其可导电地与蓄电池（例如起动机馈电部）的正极连接。轴承盖13.2用作所 谓的负极冷却体。在轴承盖13. 2和冷却体53之间设置有连接板56,该连接板用于将设置 在轴承盖13. 2中的负极二极管58和在冷却体53中的在此在本图示中未示出的正极二极 管彼此连接，并且由此构成本身已知的桥接电路。
[0020] 由此，在图1中公开了具有定子16的电机10,定子具有定子铁巧17。定子铁巧17 具有基本上呈圆筒形的带有中轴线63的开口 60,亦参见图2。开口 60容纳转子20。定子 铁巧17具有轴向长度L17a并且定子铁巧17保持定子绕组18。此外，定子铁巧17具有内 径D17i和外径D17a。转子20同样具有旋转轴线66,该旋转轴线在已装配的状态下与中轴 线63重合。
[0021] 转子20具有轴向的端侧69,在该端侧处设置有具有通风叶片72的通风装置30。 通风装置抗扭地与转子20优选直接连接。转子20具有可电磁激励的路径75,该路径具有 极巧78,在该极巧处在两个沿旋转轴线的端部80、82处分别连接有一个极板22、23 ;从一 个极板22伸出具有北极性的爪形极24,并且从另一极板23伸出具有南极性的爪形极25， 其中，在转子20的圆周处爪形极24和25按照北极性和南极性交替。沿径向布置在爪形极 24、25内部的极巧78具有沿旋转轴线的长度L78。
[0022] 在图3中可看到转子20的展开的外圆周的示意性示图。可看到爪形极24和25 的梯形的面84和85,该些梯形的面通过本身作为转子20的限制面将电磁通量引导到在定 子16的齿处的限制面或从该处吸收电磁通量。转子20包括已经提及的在两个相邻的极性 相反的爪形极24、25之间的具有纵向86的间隙21。纵向86与在爪形极24和25之间的中 线重合。如果间隙例如由爪形极24和25的彼此平行延伸的侧面限定，则中线在爪形极24 和25的侧面之间的中间中延伸。
[0023] 如图4所示，在两个爪形极24、25之间的间隙21中插入有永磁装置88。永磁装 置88具有在间隙21的纵向86上的长度L88 (不包括无磁活性的区段，如保持元件）。永磁 装置88用于补偿在具有北极性的爪形极24和具有南极性的爪形极25之间的电磁的或磁 的漏损通量。规定了永磁装置88的长度L88和极巧的沿旋转轴线的长度L78的比例大于 1. 3。也就是说，爪形极24和25的顶部123和124分别突出到极性相同的爪形极根部130 和131的间隙89和91中。换言之：北极性的爪形极124的顶部123突出到两个南极性的 爪形极125的两个爪形极根部131之间。在此，爪形极根部应限制到在轴向上连接到爪形 极124、125的自由突出的部分处的体积区域上。图4A示出了相应的线图，该线图在考虑永 磁体的情况下仿真得到。一方面关于L88/L78的比例示出了在全负荷且转子转速为1800/ min的情况下所产生的电流IG的变化曲线，另一方面该线图示出了在空转且定子绕组18中 的励磁电流IE为0安培时在18000/min下所感应的电压化的变化曲线。L88/L78的期望 的最小比例1. 3由所感应的电压化的变化曲线的拐点给出。L88/L78的期望的优选的大于 1. 6的比例由所感应的电压化的变化曲线的开始急剧下降给出。通过比例L88/L78〉l. 6的 选择保证了通过永磁体感应的电压小于二极管的齐纳电压。该电压通常〉=20V。
[0024] 在变型方案中规定，永磁装置88的长度L88和极巧78的沿旋转轴线的长度L78 的比例大于1.6。
[0025] 此外规定，定子绕组18具有绕组端部45,该绕组端部具有导线连接部93,该导线 连接部在沿旋转轴线的长度L93上从定子铁巧17引出并且又引回到定子铁巧17。如果所 观察的导线连接部93为伸出得最远的导线连接部93 (图5)，则该同时为绕组端部的沿旋 转轴线的长度L45。通风装置30沿径向布置在绕组端部45的内部（图1和图5)。在长度 L45a上的被绕组端部45和通风装置30共同在旋转轴线的方向上覆盖的区域和在此导线连 接部93的被通风装置30沿旋转轴线覆盖的长度L93的部分应大于0. 5,优选大于0. 7。由 此，L45a与L45的比例或L45a与L93的比例应大于0. 5,优选大于0. 7。
[0026] 定子绕组18插入到定子铁巧的沿径向向内敞开的槽96中（图6)。在此定义了 槽96的在电磁方面起作用的面100。面100由齿103和槽底部106在朝辆109的方向上限 定。在两个齿顶115之间的槽口 112中的面110不予考虑，因为该空间在该结构形式中不 是设置为用于布置绕组。在槽96的在电磁方面起作用的面100的内部且由槽衬里116包 围地分别存在有定子绕组18的在电磁方面起作用的绕组组件117,该绕组组件包括例如相 绕组的线圈侧118。绕组组件117包括至少一个具有在电气方面起作用的导线横截面面积 A120的导线横截面120,其中，在槽96中的至少一个导线横截面面积A120与在电磁方面起 作用的面100的比例小于0. 5,且由此在槽96中所有的导线横截面120与在电磁方面起作 用的面100的比例小于0.5。
[0027] 图7示出了线图，在其中在X轴上显示了计算出的对D17i和D17a的不同变型方 案给出的比例值17i/D17a)。极巧78具有直径D78和沿旋转轴线的长度L78。图7的标记 在右侧的y轴标明了对多个变型方案所采用的L78和D78的比例。在该设计方案的范围