用于电机的齿形电极转子和三相发电机

摘要

本发明涉及一种用于电机的齿形电极转子和三相发电机。齿形电极转子具有两个极齿，它们分别支承着从一个平板部位出发的各有一个极底的齿形电极，在齿形电极转子的圆周上交替地设有极齿的齿形电极，在齿形电极之间设有中间腔，齿形电极有径向指向外面的圆柱形表面，通过该表面确定旋转轴线，斜面在圆周方向上延伸，并在齿形电极的棱边方向上延伸，斜面具有中线，其相对于斜面的在棱边方向上确定的长度l在中间平分该斜面，斜面在棱边方向上有中间段m，它相对于所述中线对称布置，并与界分齿形电极的极底和自由伸出部分的过渡平面相交，中间段达到斜面在棱边方向上的长度的8/10；齿形电极具有在圆周方向上的宽度BK，其一半在圆柱形表面上在齿形电极的垂直于旋转轴线的平面里规定了一个点，其中在这个点上可以作切线，并在垂直于旋转轴线的平面里，在切线和斜面之间夹成倾斜角α，其大小在15°和25°之间，在斜面和圆柱形表面之间是台阶状的过渡部分，它向着齿形电极的自由端的方向布置。

权利要求

1.用于电机的齿形电极转子，具有两个极齿(26，27)，它们分别支承着从一个平板部位(50)出发的、各有一个极底(53)的齿形电极(28，29)，其中在齿形电极转子(20)的圆周上交替地设有所述两个极齿(26，27)的齿形电极(28，29)，并在齿形电极之间设有中间腔，其中齿形电极(28，29)有一个径向指向外面的圆柱形表面(43)，通过该表面确定了旋转轴线(65)，其中一个斜面(68)一方面在圆周方向上延伸，另一方面在齿形电极(28，29)的棱边方向上延伸，其特征在于，

所述斜面(68)具有中线(M)，该中线相对于斜面(68)的在棱边方向上确定的长度l在中间平分所述斜面(68)，所述斜面(68)在棱边方向上有一个中间段m，该中间段相对于所述中线(M)对称地布置，并与界分齿形电极(28，29)的极底(53)和自由伸出部分的过渡平面(59)相交，其中中间段m达到斜面(68)在棱边方向上的长度的8/10；而且齿形电极(28，29)具有一个在圆周方向上的宽度BK，并且宽度BK的一半在圆柱形表面(43)上在齿形电极(28，29)的一个垂直于旋转轴线(65)的平面里规定了一个点(P)，其中在这个点(P)上可以作一条切线(T)，并在垂直于旋转轴线(65)的平面里，在切线(T)和斜面(68)之间夹成一个倾斜角α，其大小在15°和25°之间，其中在所述斜面(68)和圆柱形表面(43)之间是一个台阶状的过渡部分(80)，该台阶状的过渡部分向着齿形电极(28，29)的自由端的方向布置。

2.按权利要求1所述的齿形电极转子，其特征在于，所述中线(M)位于从极底(53)至齿形电极(28，29)的自由伸出部分的过渡平面(59)旁边。

3.按权利要求1所述的齿形电极转子，其特征在于，所述斜面(68)在旋转轴线方向(65)上，在齿形电极(28，29)的自由伸出部分上延伸≤5mm。

4.按权利要求3所述的齿形电极转子，其特征在于，所述斜面(68)在旋转轴线(65)方向上，在齿形电极(28，29)的自由伸出部分上延伸≤2mm。

5.按权利要求1所述的齿形电极转子，其特征在于，所述斜面(68)的宽度bF在4mm和

6mm之间。

6.按权利要求1所述的齿形电极转子，其特征在于，所述斜面(68)的长度l在4mm和

6mm之间。

7.按权利要求1所述的齿形电极转子，其特征在于，所述斜面(68)是一个平面，它平行于旋转轴线方向(65)或者平行于棱边方向(73)。

8.按权利要求1所述的齿形电极转子，其特征在于，所述斜面(68)位于齿形电极(28)的设有滑入棱边(73)的那一侧。

9.按上述权利要求1至8之一所述的齿形电极转子，其特征在于，所述斜面(68)无切屑地成型。

10.按权利要求1所述的齿形电极转子，其特征在于，所述电机是三相发电机。

11.按权利要求9所述的齿形电极转子，其特征在于，所述斜面(68)锻造而成。

12.三相发电机，具有一个环圆柱形定子铁芯(86)和一个按照上述权利要求之一所述的齿形电极转子(20)，其特征在于，所述斜面(68)伸到定子铁芯(86)之下，使一部分斜面(68)留在定子铁芯(86)之外。

13.按权利要求12所述的三相发电机，其特征在于，所述斜面(68)伸到定子铁芯(86)下至少1mm。

14.按权利要求12或13所述的三相发电机，其特征在于，三相发电机有确定的旋转方向(D)，在该方向上使齿形电极转子(20)旋转用于产生电流，其中每个齿形电极(28，29)有一个位于旋转方向上的棱边(73)并且具有一个反向于旋转方向的棱边(70)，而且该斜面(68)布置在齿形电极(28，29)的设有位于旋转方向(D)上的棱边(73)的那一侧。

15.按权利要求12所述的三相发电机，其特征在于，所述三相发电机是用于汽车的。

说明书

用于电机的齿形电极转子和三相发电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于电机的齿形电极转子和三相发电机。

背景技术

[0002] 由欧洲专利文献EP 0346346B1已知一种电机，它具有一种齿形电极转子。这种齿形电极转子具有两个极齿，它们支承从一个板部位出发的，各具有一个极底的齿形电极。齿形电极在齿形电极转子的圆周上交替，其中在齿形电极之间设有自由中间腔。每一个齿形电极有一个径向向外指向的圆柱壳状表面，通过该表面确定了齿形电极转子的旋转轴线。每一个齿形电极具有一个从圆柱壳状表面出发的斜面，它一方面在圆周方向上延伸，另一方面在齿形电极的一个棱边方向上延伸。借助于设置于该齿形电极转子上的斜面虽然可以减小磁噪声，所述噪声由齿形电极转子和定子之间的交变作用而产生的。此外在这个那里所示的实施方式中然而不利的是：在齿形电极整个长度上相对大的角度范围导致三相发电机相对大的功率损失。这与以下是关联的：各个齿的平均气隙由于该斜面而相对较大。

发明内容

[0003] 按照本发明，提出一种用于电机的齿形电极转子，具有两个极齿，它们分别支承着从一个平板部位出发的、各有一个极底的齿形电极，其中在齿形电极转子的圆周上交替地设有极齿的齿形电极，并在齿形电极之间设有中间腔，其中齿形电极有一个径向指向外面的圆柱形表面，通过该表面确定了旋转轴线，其中一个斜面一方面在圆周方向上延伸，另一方面在齿形电极的棱边方向上延伸，根据本发明，所述斜面具有中线，该中线相对于斜面的在棱边方向上确定的长度l在中间平分所述斜面，所述斜面在棱边方向上有一个中间段m，该中间段相对于所述中线对称地布置，并与界分齿形电极的极底和自由伸出部分的过渡平面相交，其中中间段m达到斜面在棱边方向上的长度的8/10；而且齿形电极具有一个在圆周方向上的宽度BK，并且宽度BK的一半在圆柱形表面上在齿形电极的一个垂直于旋转轴线的平面里规定了一个点P，其中在这个点上可以作一条切线T，并在垂直于旋转轴线的平面里，在切线和斜面之间夹成一个倾斜角α，其大小在15°和25°之间，其中在所述斜面和圆柱形表面之间是一个台阶状的过渡部分，该台阶状的过渡部分向着齿形电极的自由端的方向布置。

[0004] 所述用于电机的齿形电极转子具有以下优点：由于这种相对陡的斜面局限于各个齿形电极的小的长度段，因此一方面在定子和齿形电极之间的平均气隙较小，而且由此对功率只有很少的负面影响，另一方面由于倾角的限制减小了附带的噪声影响，这种噪声影响是由于交替作用关系、由齿形电极转子在具有绕组的定子里的旋转而引起的。因此这种噪声影响之所以发生，是由于装入定子铁心里的绕组通常直接在定子轴向端面之前具有开口。

[0005] 效率的进一步改善如下来实现：斜面的中间段达到斜面轴向长度的1/3。这样一方面进一步减小了平均气隙，使功率升高，另一方面使制造过程简化了，这是因为成型这种斜面、例如通过锻造所需的力减小了。

[0006] 为了特别良好地确定该斜面规定，斜面在棱边方向上有一个中心，它位于从齿形电极的极底至自由伸出部分的过渡平面旁边。

[0007] 特别有利的是：斜面在旋转轴线方向上在齿形电极的自由伸出部分上延伸≤5mm。如果斜面在齿形电极的自由伸出部分上延伸≤2mm的话，那就可以实现进一步的改进。这种长度段为2mm或者5mm，它通常还位于定子铁心之下，它有助于减弱定子铁心和齿形电极之间的作用并且另一方面使平均气隙保持在有利的界限内。关于斜面的宽度已经确保：斜面在有利情况下有4mm至6mm的宽度。以类似的方式斜面的长度有利地在4mm和6mm之间，以使机器功率良好。若这斜面是一个平面，它平行对准于旋转轴线方向，那么就可以应用一种相对简单的模具来成型该斜面。这例如适合于斜面要锻造而成的情况。然后一方面模具方向可以垂直于旋转轴方向，另一方面对应的模具没有尖角。这提高了相应的锻压模具的使用寿命。

[0008] 此外规定，在斜面和齿形电极的圆柱壳形表面之间并因此在斜面和圆柱壳状表面之间的过渡部分在齿形电极尖端的方向上是一种台阶状过渡部分。这种台阶一方面导致斜面长度的限制，使平均气隙不至于太大，另一方面这种限制造成了：即使是模具也只需具有有限的表面。对于锻造过程来说这意味着：锻造模可以相对较小。因此降低了制造费用。

[0009] 此外规定，一种三相发电机具有一个按上面所述形式的齿形电极转子。斜面应该伸出在定子铁心之下，使一部分斜面留在定子铁芯之外。这导致上述的效果：避免或者减小由于在定子铁心附近绕组里的空隙而引起的噪声激发。最低要求是：斜面至少伸出定子铁心之下1mm。关于这种斜面还起到作用的是：该斜面布置在每一个齿形电极的确定侧面上。对于三相发电机，也如对于许多另外的电机来说，规定了确定的旋转方向，在该方向上使齿形电极转子旋转用于产生电流。每一个齿形电极有一个棱边，它在旋转方向上定向并称作为滑入棱边。此外每一个齿形电极有一个棱边，它与旋转方向反向定向并相应地称为滑出棱边。斜面应该在这种情况下布置在齿形电极侧，它支承着在旋转方向上的棱边。

附图说明

[0010] 在附图中表示了一种按照本发明的齿形电极转子的一个实施例以及具有一种按照本发明的齿形电极转子的三相发电机。附图所示为：

[0011] 图1：一种三相发电机的纵向剖视图；

[0012] 图2a：表示出一半的极齿的视图；

[0013] 图2b：图2a所示极齿的剖视图；

[0014] 图3：图2a所示极齿的齿形电极的俯视图；

[0015] 图4：一个斜面的细部视图；

[0016] 图5：一个斜面的横截面；

[0017] 图6：一个斜面的第二横截面；

[0018] 图7：一个齿形电极在斜面部位里的侧视图；

[0019] 图8：三相发电机的定子铁心和齿形电极之间相对位置的简略图，其中本身指向定子的齿形电极表面旋转到纸张平面里，以便更加易于理解。

具体实施方式

[0020] 对于图1所示的交流发电机10来说是指一种三相发电机，正如它今天已经装入在汽车里的那样。但本发明对象的应用并不局限于按附图所示罐形结构方式的三相发电机，而是通常可以应用于交流发电机。

[0021] 这种交流发电机或者三相发电机10作为金属外壳具有两个轴承端盖12和13，在它们敞开的端面部位14和15之间夹紧了一个定子16。为了使两个轴承端盖12和13与定子16连接，用作夹紧元件17的是支撑螺栓，它们固定在两个轴承端盖12和13里。轴承端盖12和13各包含一个球轴承18或者19用于可旋转地装入一个齿形电极转子20。定子由薄板(薄片)组成，这些薄板由可磁化铁心组成并压紧成一个固定的板叠。该基本呈环形的定子16在其定子孔21里设有槽22用于安放交流绕组23。交流绕组23在这种三相发电机10中是三个空间偏转120°的波纹形绕组，它们在交流发电机运行时输出一种三相可利用的发电机电流至一个在交流发电机10上固定的、标出的整流器24。该整流器24将交流变成直流。齿形电极转子20基本由以下部分组成：一个可旋转地装入在球轴承18和19里的转子轴25，两个相互有间距固定在该转子轴25上的具有其齿形电极28或者29的极齿26和27，还有一个布置在两个极齿26和27之间的、也推装到转子轴25上的、由可磁化材料制成的极芯30、一个卷绕到极芯30上的并被两个极齿26和27以及几乎平行于转子轴25的齿形电极28和29所包围的励磁绕组31，除此之外还有两个同样也有间距地并排固定在转子轴5上的滑环32和33，它们各与励磁绕组31的一端电连接。各有一个弹簧加载的接触刷34或者35压在这两个滑环32和33上，接触刷在一个两者共同的接触刷夹36里导向并将励磁电流输送给随齿形电极转子20环绕运转的励磁绕组31。由塑料制成的接触刷夹36固定在轴承盖13上。励磁电流越强和齿形电极转子20的转速越高，那么三相发电机里所产生的电压就越高。输给励磁绕绕31的励磁电流由一个未示出的、大多固定在发电机
10上的调压器测定，从而使发电机电压在交流发电机的或者有关的并未示出的汽车发动机的整个转速范围内近似保持不变，也就是说与载荷的转速无关。齿形电极转子20在其两个极齿26和27中的每个极齿上优选有六个齿形电极28或者29，它们成指状，但相互以隔绝的间距相互嵌入。各有一个极齿26的齿形电极28和一个位于其旁边的极齿27的齿形电极29一起构成一个齿形电极对。这两个齿形电极28和29具有不同的极性并引起一个磁场。当齿形电极转子20旋转时通过这种磁场就在交流绕组23里产生了交流发电机10的可利用的电流。这在齿形电极28或者29和定子孔21之间的气隙用37表示。

[0022] 在交流发电机10的外壳11之外在转子轴25上设有一个用于驱动交流发电机10的皮带轮38。皮带轮38构成了一个具有风扇42的构件，该风扇用于使冷空气运输通过交流发电机10。但风扇42也可以备选地是一个单独的构件，它既可布置在金属外壳11之外，也可在外壳以内。但也可以在外壳里面在齿形电极转子20两侧各设一个风扇42(所谓紧凑型发电机)。为了将交流发电机10固定在汽车发动机上，驱动侧的轴承盖12设有一个摆臂44。用于准确固定交流发电机10的合适的第二固定工具在图1中未表示出。

[0023] 图2a表示了极齿26，其六个齿形电极28均匀分布在其圆周上。极齿26和齿形电极28在本实施例中由一个唯一的由可磁化材料制成的件制成，但也可以由多个单个件组成。极齿27及其齿形电极29基本上相当于具有其齿形电极28的极齿26。在极齿26中心是一个中心孔45，转子轴25固定于该孔里。极齿在转子轴上的固定优选通过一个在转子轴25相应部位上的滚花部位46和在极齿26的中间孔45的边缘和转子轴25之间的附加的压制部位27来实现。在极齿26的左侧用一个箭头和标号D表示了在产生发电机电流时规定的旋转方向。图2a中表示了极齿26的一个平板部位50。从该平板部位50出发，首先是一个极底53径向向外延伸。每一个齿形电极28的每个极底53都与相邻的极底通过一个中间腔56分开。在极底53上在平板部位50上支承齿形电极28的自由伸出部分。为了明确规定齿形电极28的自由伸出部分、极底53和平板部位50应作如下定义：

[0024] 平板部位50建立起与转子轴25的连接并终止于径向外面的、中间腔56或者极底53开始的地方。一个极底53径向向外面的开始按如下来确定：在两个相邻的中间腔56及其径向最里面的延伸或者位置之间画一个圆弧57，图2a。因为每一个中间腔的最里面的延伸部分附带取决于其轴向位置，因此在极底53和平板部位50之间就可能得出一种复杂的界面。

[0025] 在极底53和齿形电极28的自由伸出部分之间的轴向分界此处应该按如下来规定：这个界面59是一个径向向外面理论上延长的面，它从指向励磁绕组31的平板部位50的表面62出发。齿形电极28的圆柱形表面43规定了旋转轴线65(反之亦然)，参见图2b。

[0026] 图3表示一个齿形电极28和相邻平板部位50的一个俯视图。这里明显地可见到平板部位50、极底53、界面59和齿形电极28的自由伸出部分。该齿形电极28具有两个重要的棱边，它们可以根据极齿26的旋转方向D而详细确定。在旋转方向D上的滑入棱边这里称为棱边73。由于相反于旋转方向D定向，另一个棱边70称为所谓滑出棱边。斜面68位于齿形电极28的设有滑入棱边73的那一侧。棱边73规定了一个棱边方向，在该方向上斜面在一个方向上延伸。旋转方向D规定了一个圆周方向，斜面68同样也在该方向上延伸。

[0027] 斜面68也在棱边方向上延伸所依据的参数并不意味着：一个由斜面68构成的平面一定必须是平行于棱边73。通过这两个给出的方向只是描绘出了一个平面的几何形状。

[0028] 图4局部放大表示了齿形电极28或者极底53的描绘出斜面68周围附近的部位。斜面68的长度为l，它在棱边方向上确定。此外斜面68有一个中间段m，它相同的方向上延伸，斜面68有一个中线M，它相对于长度l来说中间平分该斜面。中间段m对于中线M为对称布置。这意味着：余下的长度段在中间段m两侧是同样大的。中间段m和两个侧面的边缘段因此构成了斜面68的总长度l。界分斜面68的线此外并不需要是直的。特别是位于极底53的分界线可以认为是一种与此明显不同的形状。此外这里还表示了从极底53至齿形电极28的过渡平面59。同时规定使过渡平面59在斜面68部位里与中间段m相交。
中间段m应该达到斜面68的轴向长度l的8/10。

[0029] 图5表示了齿形电极28的一个横截面，也参见图4。如图5所示，齿形电极在圆周方向上宽度为BK。由该宽度BK出发规定了中间线LM，它在一半宽度BK时对分开了一个齿形电极28的表面。中间线LM可以(根据齿形电极28的结构形状的不同)平行于旋转轴线65，也见图3。中间线LM在图5中也可以看作为点P。在这个点P上在一个垂直于旋转轴线65的平面中(此处为图5的纸张平面)可以作一条切线T，使切线T和斜面68在点P处夹有一个倾斜角α，该角度大小在15°和25°之间。

[0030] 因此设有一个用于电机10的、尤其是一种三相发电机的齿形电极转子20，它有两个极齿26或者27，它们从一个平板部位50出发设有多个齿形电极28或者29。每个齿形电极28或者29各有一个极底53。在齿形电极转子20的一个圆周上交替地是极齿26或者27的齿形电极28或者29。在齿形电极28或者29之间设有中间腔。每一个齿形电极28或者29具有一个指向径向外面的圆柱壳形表面43，由该表面来确定旋转轴线65。由圆柱壳形表面43出发，一个斜面68一方面在圆周方向Su上延伸，另一方面在齿形电极28的一个棱边方向上延伸。斜面68在棱边方向上具有一个中间段m，它与一个界分极底53和自由伸出的齿形电极28的过渡平面59相交。规定了使中间段m达到斜面68的轴向长度
1的8/10。斜面此外按照对图5所作的定义有一个倾斜角α，在15°和25°之间，它是在斜面68的表面和切线T之间在点P处的夹角。点P在其位置上相对于旋转轴线65将齿形电极28在圆周方向上分成两半。角α在一个垂直于旋转轴线65布置的一个平面里求出。
中间段m也可以按照本发明的另一种设计方案只达到斜面68的轴向长度l的1/3。

[0031] 斜面68在棱边方向上有一条中线M，它位于靠近该从极底53至齿形电极28或者29的自由伸出部分的过渡平面59。

[0032] 此外还规定，使斜面68在旋转轴线方向上-从过渡平面59出发-延伸一个长度la。规定斜面68在旋转轴线方向上在自由伸出的齿形电极28上延伸一个长度la的第一近似值为≤5mm，第二近似值为2mm。

[0033] 理想情况下斜面68的宽度为bF，其在4mm和6mm之间。

[0034] 斜面68应该具有一个在4mm和6mm之间的长度l。

[0035] 如图5所示，斜面68应是一个平面，在一个实施例中它平行于旋转轴线方向65。

[0036] 按照图6所示的实施例斜面68也可以是一个平面，它平行于棱边方向73。

[0037] 若斜面68不是平面，而是一个与此不同的，此处称为自由形状表面的面，那么两个最后提到的特征并不适合。所有上面提到的其它关于斜面68的说明既指斜面68的一种平的结构形式，也指斜面68的不平的结构形式。

[0038] 如图7所示，在一种特殊的结构形式中，斜面68在向着齿形电极28或者29的自由端方向上具有一个台阶状的至圆柱壳状的表面43的过渡部分80。斜面68因此与台阶80构成了一个缺口83。

[0039] 规定使斜面68无屑地成型，尤其是锻造出来。但斜面68当然也可以用一种产生切屑的加工方法来制造。

[0040] 图8表示了发电机10的一个局部部分。定子16位于定子铁心86和交流绕组23上。交流绕组23靠近端面部位14有开孔89。通常这个孔89一边由交流绕组23，另一边由定子铁心86的端面部位分界。定子36或者例如48具有槽，因此一般有36个或者48个孔89。为了进一步更好地理解斜面68至定子铁心86的位置，图8中所示的圆柱形表面43倾斜至考察平面里。按照图8显然设有一个三相发电机10，它一侧有一个环圆柱形的定子铁心86和一个按照本发明的齿形电极转子20，其中斜面68伸出到定子铁心86之下，使一部分斜面68留在定子铁心68之外。斜面68应至少伸到定子铁芯86之下1mm。对应的长度参数是长度1F，st。

[0041] 图8中还表示出：交流发电机10有一定的旋转方向D，齿形电极转子20就在该方向上旋转用于产生电流，其中每一个齿形电极28或者29都有一个棱边70，它相反于旋转方向D定向。此外每一个齿形电极还有一个棱边73，它在旋转方向D上定向，而且这里称作滑入棱边。斜面68分别布置在每一个齿形电极28或者29的设有位于旋转方向D上的棱边73的那一侧。

[0042] 关于一个齿形电极28的描述部分可以类似地应用于一个齿形电极29。

[0043] 本发明并不限于各具有六个齿形电极28或者29的极齿26或者27，而是也适用于各具有七个或者很特别的八个齿形电极28或者29的极齿结构形式。

[0044] 本发明也并不限于具有自由中间腔56的齿形电极转子20，而是也可应用于借助于一个这里未示出的齿形电极闭锁机构装上或者封闭住的这样的结构形式。