DE1088600B

DE1088600B - Elektrischer Stromerzeuger, insbesondere fuer die Verwendung als Lichtmaschine

Info

Publication number: DE1088600B
Application number: DES59750A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Adolf Thewalt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1958-09-09
Filing date: 1958-09-09
Publication date: 1960-09-08

Description

Elektrischer Stromerzeuger, insbesondere für die Verwendung als Lichtmaschine Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Stromerzeuger, insbesondere für die Verwendung als Lichtmaschine, mit umlaufendem Polrad aus Permanentmagneten, wobei Polrad- und Ständerbohrung derart geformt sind, daß durch eine axiale Verschiebung von Polrad und Ständer gegeneinander der wirksame Luftspalt selbsttätig geändert wird.
Es ist bekannt, Wechselstromgeneratoren mit einem Polrad aus Permanentmagneten auszurüsten, um Schleifringe und Bürsten für die Erregung zu vermeiden. Ferner haben diese Maschinen den Vorteil, daß mit Rücksicht auf die leichtere Beherrschung der Fliehkraft und auf den Wegfall des Kommutators größere Drehzahlen zugelassen sind, die Maschinen also verhältnismäßig leicht ausgeführt werden können. Ein Nachteil dieser bekannten Generatoren ergibt sich jedoch hinsichtlich der Regelung der von der Maschine erzeugten Spannung, insbesondere bei verschiedenen Drehzahlen. Bei kleinen Generatoren wurde bereits vorgeschlagen, einen Fliehkraftregler einzubauen, der zur groben Regelung der erzeugten Spannung- das Polrad des Stromerzeugers entgegen der Kraft einer Feder verstellt und damit den Luftspalt zwischen Polrad und Ständer selbsttätig ändert, womit eine Änderung der erzeugten Spannung verbunden ist.
Eine derartige Regeleinrichtung eignet sich für Lichtmaschinenanlagen von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen od. dgl. nicht,. denn die damit erzielte Regelgenauigkeit entspricht nicht den dort gestellten Forderungen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator der beschriebenen Art aufzubauen, der hinsichtlich der Genauigkeit den bekannten Einrichtungen wesentlich überlegen ist und der sich vor allem auch für größere'Leistungen ausführen läßt.
Erfindungsgemäß wird der Stromerzeuger mit einer in Abhängigkeit- von elektrischen Größen, wie Strom oder Spannung,--arbeitenden Verschiebeeinrichtung ausgestattet. Da-d)xrch ist es möglich, sehr fein zu regeln und alle auftretenden Störgrößen, wie erhöhte Stromabnahme,. geringe Drehzahl usw., in einem einzigen Steuerglied zusammenzufassen.
Mit besonderem _ Vorteil wird dem verschiebbaren Polrad noch an- einer oder von beiden Seiten des Ständers ein Streujoch zugeordnet, so daß bei der Verschiebung des permanentmagnetischen Polrades nicht bloß eine Veränderung= des Luftspaltes zum Ständer, sondern außerdem auch -eine gegenläufiige Veränderung des Luftspaltes: zwischen. dem Polrad und dem Streujoch erreicht wird,--'wodurch ein erheblicher Anteil des Flusses von der aktiven Wicklung ferngehalten werden kann. Hierbei kann die dem Polrad zugewendete Fläche der Streujoche abgestuft oder auch konisch ausgeführt werden. Ein derartiges Streujoch kann entweder feststehend oder auch an dem Polrad befestigt ausgeführt werden, wobei es dann die seitliche Verschiebung des Polrades mitmacht. Durch die Neigung der Oberfläche sowie durch Abstände und Höhe einer etwaigen Abstufung kann den Erfordernissen der jeweils gewünschten Charakteristik weitgehend Rechnung getragen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Mit 1 ist die Welle der Maschine bezeichnet, die das Polrad 2 aus Permanentmagneten 4 trägt. Diesem Polrad ist ein Ständer 5 zugeordnet. Sowohl Polrad als auch Ständer sind konisch ausgeführt, so daß der Luftspalt 6 bei einer seitlichen Verschiebung des Polrades geändert wird. Mit 7 ist die Wicklung des Ständers bezeichnet, in,der bei dem Umlauf des Polrades Strom erzeugt wird. Mit 8 ist eine Feder bezeichnet, die das Polrad samt der Welle von rechts nach links drückt. 9 stellt eine von dem Maschinenstrom durchflossene Spule dar, die auf einen Eisenkörper 10 wirkt, der gleichfalls auf die Welle aufgesetzt ist. 11 ist eine Riemenscheibe, mit deren Hilfe der mechanische Antrieb auf die Maschine übertragen wird. 12 und 13 stellen Streujoche dar, die hier gleichfalls teilweise mit konischen Flächen 14 ausgeführt sind, denen entsprechende konische Stirnflächen 16 des Polrades zugeordnet sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei einer axialen Verschiebung des Rades ein erheblicher Teil des Kraftflusses unter Umgehung der Wicklung über die Streujoche fließt.
Für manche Anwendungszwecke kann es vorteilhaft sein, das Polrad gegenüber der Welle verschiebbar auszuführen, so daß die Welle selbst nicht axial verschoben wird, was eine Vereinfachung der Lagerung mit sich bringt und außerdem unerwünschte Lageveränderungen des Übertragungsmittels, wie der Riemenscheibe oder -des Zahnrads, vermeidet. Das Polrad ist in diesem Fall lediglich in Umfangsrichtung starr mit der Welle gekuppelt. Um den Luftspalt zwischen Polrad und Ständer auf einen Minimalwert zu begrenzen, kann ein Anschlag vorgesehen sein.
Die angegebene Kombination ermöglicht es also, die Vorteile einer Maschine mit Permanenterregung, die insbesondere in geringem Material- und Gewichtsaufwand sowie in dem Wegfall jeglicher Bürsten bestehen, mit einer einfachen und praktisch verlustfreien Regelbarkeit zu verbinden. Im Zusammenhang mit Trockengleichrichtern, insbesondere Siliziumgleichrichtern, ist hierbei die Möglichkeit gegeben, den von der Maschine erzeugten ein- oder mehrphasigen Wechsel- oder Drehstrom gleichzurichten, so daß man eine einfache Lichtmaschine für Fahrzeuge jeglicher Art erhält. Hierbei treten die Vorteile des Wechselstromes insbesondere bei der Verwendung für verhältnismäßig hohe Leistungen stark in den Vordergrund. Die mit der Maschine zusammengebauten Siliziurrigleichrichter können vorzugsweise durch den Kühlstrom der Maschine gleichfalls gekühlt werden.
Die Neigung der Oberfläche des Polrades bzw. Ständers hat insbesondere den Vorteil, daß man mit sehr kleinen Axialbewegungen eine große Wirkung erzielen kann. Es ist also nur erforderlich, wenig Masse bzw. diese nur um einen kleinen Weg zu bewegen, was für die Regelungsvorgänge, insbesondere hinsichtlich der Spannung, von großem Vorteil ist.
Unter Umständen ist es auch möglich, in den durch die Verschiebung gewonnenen, vergrößerten Luftspalt noch Streukörper einzuschieben, wodurch gleichfalls eine Änderung der Durchflutung erreicht werden kann.
Durch die über das Streujoch bzw. etwaige Streukörper fließenden Kraftlinien werden auf das Polrad ebenfalls Kräfte mit in Axialrichtung liegenden Komponenten ausgeübt, die für die Zwecke der Erfindung ausgenutzt werden können. Zwecks Erzielung einer bestimmten Charakteristik kann die von .dem gemeinsamen Fluß zwischen Ständer und Polrad ausgeübte Kraft zur Verstellung des Polrades in axialer Richtung mit herangezogen werden. Die verschiedenen auf das Polrad einwirkenden Kräfte können derart abgestimmt sein, daß sich der Luftspalt selbsttätig auf einen Wert einstellt, durch den die Maschinenspannung unabhängig von der Drehzahl praktisch konstant gehalten wird. ;

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrischer Stromerzeuger, insbesondere für die Verwendung als Lichtmaschine, mit umlaufendem Polrad aus Permanentmagneten, wobei Polrad- und Ständerbohrung derart geformt sind, daß durch eine axiale Verschiebung von Polrad und Ständer gegeneinander der wirksame Luftspalt selbsttätig geändert wird, dadurcfi gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebung durch Kräfte erfolgt, die in Abhängigkeit von elektrischen Größen, wie Strom oder Spannung, gesteuert werden.
2. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polrad und Ständerbohrung oder wenigstens eines von beiden abgestuft ausgeführt sind.
3. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polrad sowie Ständerbohrung oder wenigstens eines von beiden konisch ausgeführt sind.
4. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer oder zu beiden Seiten des Ständers ein Streujoch angeordnet ist, über das gegebenenfalls ein erheblicher Teil des Magnetflusses fließt.
5. Stromerzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl :die Stirnflächen des Polrades wie auch die diesen zugeordneten Flächen der Streujoche oder wenigstens eines von beiden konisch ausgeführt sind.
6. Stromerzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Polrades wie auch die diesen zugeordneten Flächen der Streujoche oder wenigstens eines von beiden abgestuft ausgeführt sind.
7. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag vorgesehen ist, der den Luftspalt zwischen Polrad und Ständer auf einen Minimalwert begrenzt. B.
Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Federn vorgesehen sind, die den durch die Magnetkräfte zwischen Polrad und Ständer ausgeübten Zug wenigstens teilweise kompensieren.
9. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine besondere, von einem Steuerstrom durchflossene Magnetwicklung vorgesehen ist, die auf das Polrad eine Verstellkraft ausübt.
10. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem gemeinsamen Fluß zwischen Ständer und Polrad ausgeübte Kraft zur Verstellung des Polrades in axialer Richtung zwecks Erzielung einer bestimmten Charakteristik mit herangezogen wird.
11. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen, auf das Polrad einwirkenden Kräfte derart abgestimmt sind, daß sich der Luftspalt stelbsttätig auf einen Wert einstellt, durch den die Maschinenspannung unabhängig von der Drehzahl praktisch konstant gehalten wird.
12. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polrad gemeinsam mit der Welle verschiebbar ausgeführt ist.
13. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polrad auf der Welle in Achsrichtung lose verschiebbar und lediglich in Umfangsrichtung starr gekuppelt aufgesetzt ist.
14. Lichtmaschine mit Wechselstromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumgleichrichter zur Gleichrichtung mit der Maschine zusammengebaut sind, die vorzugsweise durch den Kühlstrom der Maschine gleichfalls gekühlt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 420456, 883 621, 895620.