DE3341693A1

DE3341693A1 - Wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE3341693A1
Application number: DE19833341693
Authority: DE
Inventors: Alfred Bruno Mazzorana
Original assignee: Societe de Paris et du Rhone SA
Current assignee: Societe de Paris et du Rhone SA
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1983-11-18
Publication date: 1984-05-24
Also published as: FR2536603B1; FR2536603A1; ES8501181A1; ES527424A0

Description

Viechsei stromgenerator

Die Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator mit permanentmagnetischer Erregung und mechanischer Erreger-Steuerung, insbesondere Kraftfahrzeug-Lichtmaschine, deren Rotor zwei etwa sternförmige Polmassen, Rotorpole, Zahnkränze od.dgl. mit verschahtelten, schuppenartigen Klauen oder Lamellen aufweist, die aneinander gereiht sind und zum anderen mit einem ringförmigen, zentralen Magneten verbunden sind. Bei einem solchen Wechselstromgenerator mit sogenannten "Rotorklauen", bilden die beiden Polmassen mit ihren schuppenartigen Klauen am Äußeren des Rotors eine Reihe von Polen, wobei abwechselnd Nord- oder Südpole angeordnet sind. Dabei gehören alle Nordpole jeweils zu einer Polmasse und alle Südpole gehören zur anderen Polmasse. Der durch den in axialer Richtung magnetisieren Permanentmagneten erzeugte magnetische Fluß wird durch die Polmassen und ihre Klauen od.dgl. gegen den Luftspalt des Wechselstromgenerators gerichtet, wobei sich die Kraftlinien normalerweise über den Stator des Generators schließen.

Ein 'Wechselstromgenerator mit Permanent-magnet der vorbeschriebenen Art kann nicht wie ein üblicher Wechselstromgenerator mit Erregerspule auf dem Rotor geregelt werden, bei dem es genügt, den durch diese ßrregerspule hindurchgeführten

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Strom zu variieren, um den magnetischen Erregerfluß zu verändern und dadurch auch die Leistungsabgabe des Wechselstromgenerators.

Da man nicht gut auf einen sich drehenden Induktor einwirken kann, sind die einzigen elektrisch zur Verfügung stehenden Lösungen, auf den den Generator durchfließenden Strom - also einen starken Strom - einzuwirken, z.B.ein Zerhacken dieses Stromes mittels Thyristoren. Insgesamt sind die derzeit vorgeschlagenen elektrischen Lösungen jedoch kompliziert und teuer (siehe FR-PS 2 391 590 und 2 483 141).

Es ist auch bereits vorgesehen worden, die Regelung eines Wechselstromgenerators mit permanentmagnetischer Erregung so vorzunehmen, daß die magnetische Erregercharakteristik durch eine mechanische Betätigung verändert werden kann. So sieht die FR-PS 2 191 329 vor, daß der Rotor zwei Polscheiben mit abwechselnden Nord- und Südpolen aufweist, wobei die eine Polscheibe auf der Welle des Rotors befestigt ist, während die andere drehbar auf der Welle montiert ist. Der Erregerfluß wird verändert, indem die relative Winkelposition der beiden Polscheiben zueinander variiert wird, mit Hilfe einer Vorrichtung, z.B. einer elektromagnetischen Betätigung zur axialen Verschiebung und einem Übertragungsmechanismus, der diese axiale Verschiebung in eine Drehbewegung einer der Polscheiben um die Rotorachse umsetzt. Eine solche mechanische Lösung erfordert jedoch eine spezielle Konstruktion und Ausbildung des Rotors des Wechselstromgenerators, wodurch jedoch wiederum ein komplizierter Aufbau und hohe Kosten vorhanden sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile,einen Wechselstromgenerator mit permanentmagnetischer Erregung zu schaffen, bei der die Erregung mechanisch veränderbar ist, wobei jedoch keine Veränderungen des Rotor-Aufbaues erforderlich sind. Insbesondere

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soll dieser Rotor in bekannter Weise zwei Polmassen mit schuppenartigen Klauen oder Lamellen aufweisen, die einerseits aneinandergereiht und andererseits mit dem Magneten verbunden eine zusammengehörige Einheit bilden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß axial neben dem Rotor ein in seinem Abstand zu den Rotorpolen veränderbares Steuerjoch angeordnet ist. Je nach Stellung des Steuerjoches bleibt dabei der Magnetfluß praktisch unbeeinflusst oder wird bei Annäherung des Steuer Joches an den Rotor mehr oder weniger über dieses abgeleitet.

Zweckmäßigerweise ist das Steuerjoch als frei drehbarer Ring aus weich- oder f er romagne ti schein Werkstoff ausgebildet, der auf einer Seite des Rotors axial verschiebbar angeordnet ist und mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, mittels der der Ring zwischen einer Position entfernt von dem Rotor und einer Position, in der der Ring sich bei dem Rotor befindet bzw. an diesem anliegt, verschiebbar ist.

In dieser letzten Position, wo der Ring bei dem Rotor anliegt und somit gegenüber bzw. an den den magnetischen Fluß leitenden Teilen der beiden Polmassen anliegt, befindet sich der Rotor im Zustand des magnetischen Kurzschlusses. Die Leitungsabgabe ist dann etwa Null. Durch die freidrehbare Montage des Ringes kann dieser mit dem Rotor, gegen den es wirksam ist bzw. anliegt, mitdrehen. Andererseits bewirkt der Ring in seiner vom Rotor entferntestens Position praktisch keine Ablenkung des magnetischen Flusses, der dann wie üblich durch die Klauen od. dgl. des Rotors gegen den Luftspalt und den Stator des Wechselstromgenerators geleitet wird, so daß dieser dann seine größte Leistungsabgabe hat. Durch Zwischenpositionen des Ringes ergeben sich entsprechende Zwischenstufen hinsichtlich der Leistungsabgabe des Wechselstromgenerators, so daß eine kontinuierliche Regulierung möglich ist und nicht nur volle Leistung oder Null.

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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der aus weichmagnetischem Werkstoff bestehende Ring unter Zwischenschaltung eines Rotationslagers auf einer zur Welle koaxialen Schiebehülse gelagert ist, die ihrerseits axial verschiebbar auf einer mit dem Generatorgehäuse verbundenen Buchse gelagert ist, und wobei die axiale Verschiebung vorzugsweise über einen drehbaren Mitnehmer erfolgt. Durch diese Anordnung ist einerseits der Ring verdrehbar und gleichzeitig läßt er sich über die Schiebehülse in axialer Richtung verstellen. Außerdem ist durch die mit dem Generatorgehäuse verbundenen Buchse gleichzeitig eine Lagerstütze für die Welle des Rotors gebildet.

Zweckmäßigerweise ist der drehbare Mitnehmer mit einem elektrischen Steuer-Hilfsmotor verbunden. Mit Hilfe dieses Motors kann das Steuerjoch bzw. der Ring in seiner Lage relativ zu dem Rotor verändert und somit die Leistungsabgabe des Generators variiert werden.

Um die rotierende Betätigungsbewegung insbesondere des Hilfsmotors bzw. des Mitnehmers in eine axiale Verschiebung des Ringes od.dgl. umzusetzen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Buchse zumindest einen etwa schlitzförmigen, insbesondere axial orientierten Durchtritt aufweist, der von einem mit der Schiebehülse verbundenen, radialen Mitnehmerfinger durchgriffen ist, wobei der Mitnehmerfinger in eine Steuernut des drehbaren Mitnehmers zum axialen Verschieben des Ringes eingreift.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Steuernut(en) des drehbaren Mitnehmers z.B. etwa S-förmig ausgebildet sind und an einem Ende eine zurückspringende Ausnehmung als Lageverriegelung in einer Endstellung des Ringes bzw. des Mitnehmerfingers aufweisen, und wobei wenigstens eine Feder zur Druckbeaufschlagung der Schiebehülse oder des Ringes in Richtung des Rotors vorgesehen ist. Durch diese Ausbildung kann der Ring in seiner entferntesten Stellung vom Rotor verriegelt werden, wobei diese

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Stellung der maximalen Leistungsabgabe des Wechselstromgenerators entspricht.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines Generators mit einem beweglichen Steuer-Ring, der sich in einer vom Rotor abgewandten Position befindet,

Fig. 2 eine etwa Fig. 1 entsprechende Längsschnittdarstellung, hier jedoch mit gegen den Rotor anliegendem Steuer-Ring und

Fig. 3 eine Teilansicht eines Mitnehmers mit Steuernut und Durchtritt in einer Buchse für einen Mitnehmerfinger.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Kraftfahrzeug-Drehstromlichtmaschine dargestellt, wobei das Statorpaket des Stators 1 zwischen zwei gegenüberliegenden Flanschen 2, 3 montiert ist. Der Flansch 2 dient als vordere Lagerstütze für die Welle des Wechselstromgenerators und trägt ein erstes, vorderes Lager 5. Der andere Flansch 3 ist mit einer Buchse 6, die koaxial zur Welle 4 angeordnet ist, verbunden und dient als zweite, hintere Lagerstütze für diese Welle, wobei die Buchse am inneren Ende ein zweites Lager 7 innen trägt. Der Rotor 8 des Generators weist zwei sternförmige Polmassen oder Drehkränze 9, 10 mit schuppenförmigen, verschachtelten Klauen 9', 10' auf, die jeweils mit einem zentralen, ringförmigen

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Magneten 11 in Verbindung stehen. Die gesamte Einheit, die durch die beiden Polmassen 9 und 10 und durch den Magneten 11 gebildet ist, ist auf einem nicht^magnetischen Kern 12, der ggfs. als Puffer oder Dämpfer dient, montiert, wobei dieser Kern 12 direkt auf der Welle 4 montiert ist. Die Welle 4 ist über den ersten Flansch 2 hinaus verlängert und trägt eine Keilriemenscheibe 13 über die der Wechselstromgenerator sowie der Kühlventilator 14 mittels eines Keilriemens angetrieben werden kann.

Durch die u.a. eine Lagerstütze bildende Buchse 6 kann das andere Ende der 'Welle 4 im Inneren des Generators gelagert werden, wobei sich an diesen Lagerbereich ein drehbarer Mitnehmer in Form einer Trommel od.dgl., die koaxial zur Welle 4 angeordnet ist, anschließt und wobei sich an diesen Mitnehmer ein mit diesem verbundener elektrischer Hilfsmotor 16, der außen an der Lagerstützen-ßuchse 6 angeflanscht ist, anschließt.

Auf dieser Buchse 6 ist längsverschiebbar eine Schiebehülse 17 montiert. Mit der Schiebehülse 17 ist wenigstens ein Mitnehmerfinger 18 verbunden, der durch einen etwa axial orientierten Durchtritt 19 der Buchse 6 greift. Das radial innere Ende des Mitnehmerfingers 18 bzw. jedes Fingers, greift in eine Steuernut 20 des trommelartig ausgebildeten Mitnehmers 15 ein, wobei ein mögliches Profil der Steuernut 20 in Fig. 3 angedeutet ist.

Die Schiebehülse 17 trägt außen unter Zwischenschaltung eines Rotationslagers 21 einen Ring 22 aus magnetischem Werkstoff, der den Klauen des Rotors 8 gegenüberliegend einen ebenen, etwa flanschartigen Teil aufweist. Zwischen der inneren Wand des Flansches 3 und dem Ring 22 ist eine Verriegelungsfeder 23 angeordnet.

Die Führung des bzw. der Mitnehmerfinger 18 innerhalb des bzw. der schlitzförmigen, axial orientierten Durchtritten 19 ergibt eine Drehsicherung der Schiebehülse 17, erlaubt andererseits jedoch die vorgesehene Axialverschiebung von dieser. Die

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Schiebehülse 17 kann mit Hilfe des Mitnehmers 15, der eine oder mehrere Steuernuten 20 aufweist, axial verschoben werden. Der Mitnehmer 15 steht mit einem Steuer-Hilfsmotor 16, der außen am Halteflansch der Buchse 6 befestigt ist, in Antriebsverbindung, Der Ring 22 ist in Verschieberichtung fest mit der Schiebehülse 17 verbunden, wobei die axiale Verbindung durch Halteelemente 24, 25 bei dem Rotationslager 21 gegeben ist.

Wenn der Ring 22 in seine äußerste, zum Rotor 8 entfernteste Lage geführt ist, wo er den größten Abstand d (Fig. 1) auf v/eist, verursacht der Ring 22 praktisch keine Ablenkung des magnetischen Flusses, der von dem Permanentmagneten 11 ausgeht und in den beiden Polmassen 9 und 10 verläuft, deren Klauen od.dgl. Enden jeweils Nordpole bzw. Südpole bilden. Der gesamte Magnet-Erregerfluß geht somit durch den Luftspalt und den Stator 1 des Generators, so daß dieser eine maximale Leistungsabgabe aufweist.

Wenn sich der Ring 22 im Gegensatz dazu beim Rotor 8 befindet und dabei auf den Teilen der beiden Polmassen 9 und 10 aufliegt, wie es Fig. 2 zeigt, geht der von dem Permanentmagneten 11 ausgehende magnetische Fluß direkt von einer Polmasse zur anderen ohne den Luftspalt oder den Stator 1 zu durchqueren. Der Rotor 8 befindet sich somit im Zustand des magnetischen Kurzschlusses und die Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators ist damit praktisch Null. Um einen solchen magnetischen Kurzschluß zu erreichen, sind die Enden 9' der Klauen der dem Ring 22 aögewandten Polmasse 9 derart ausgebildet, daß sie insbesondere seitliche Polschuhränder bilden mit einer Außenseite, die in der gleichen, parallel zur Ebene des Ringes 22 befindlichen Ebene liegt, wie die Außenseite der anderen Polmasse 10. Somit kann der Ring 22 in Kontakt mit Teilen kommen, die zu den beiden Polmassen 9 und 10 gehören, so daß der magnetische Fluß auf wirksamste Weise abgeleitet werden kann.

Wern das Profil der Steuernut 20 bzw. jeder Nut des drehbaren Mitnehmers 15 an einem Ende eine Ausnehmung 20' oder

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Hinterschneidung aufweist, wie es Fig. 3 zeigt, ist beim Eingreifen des Mitnehmerfingers 18 in diese Ausnehmung 20' eine stabile Verriegelungslage für den Ring 22 vorhanden. Um den Mitnehmerfinger 18 von dem Ende der Steuernut 20 mit der Ausnehmung 20' wegzuführen, muß die Federkraft der Druckfeder 23 überwunden werden, um ein axiales Verschieben der Schiebehülse 17 und somit des Ringes 22 in Richtung zu dem Roter 8 zu erreichen.

Wenn man zwischen dem Steuer-Hilfsmotor 16 und dem Mitnehmer 15 eine selbsthemmende Übertragung vorsieht,

kann man den Abstand d zwischen dem Ring 22 und dem Rotor 8 variieren und erhält dabei eine Vielzahl von stabilen Zwischenpositionen. Man kann so auf diese kontinuierliche Art den durch den Ring 22 abgelenkten Anteil des magnetischen Flusses variieren und somit auch die Leistung des Wechselstromgenerators, insbesondere wenn für den Steuermotor 16 ein Schrittmotor verwendet wird. Neben der im Ausführungsbeispiel gezeigten Ausführungsform eines Wechselstromgenerators mit permanentmagnetischer Erregung umfasst die Erfindung auch andere Varianten, die eine mechanische Steuerung besitzen und nach dem gleichen Grundprinzip mit unterschiedlichen Konstruktionsdetails ausgeführt sind. Insbesondere kann die Zahl der Mitnehmerfinger 18 und dementsprechend auch die Zahl der Durchtritte 19 und der Steuernuten 20 des Mitnehmers

15 beliebig vorgesehen sein. Der elektrische Steuer-Hilfsmotor

16 kann auch durch jede andere angepasste Betätigungshilfe ersetzt sein. Die Verriegelungsfeder 23 könnte anstatt zwischen dem Flansch 3 und dem Ring 22 auch zwischen der Buchse 6 und der Schiebehülse 17 montiert sein. Auch könnte diese Feder 23 durch mehrere kleinere Federn, die um die Achse des Generators verteilt sind, ersetzt sein.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

- Zusammenfassung -

Leerseite

Claims

Ansprüche

'.. 1 ./Wechselstromgenerator mit permanentmagnetischer Erregung und mechanischer Erreger-Steuerung, insbesondere Kraftfahrzeug-Lichtmaschine, deren Rotor zwei etwa sternförmige Polmassen, Rotorpole, Zahnkränze od.dgl. mit verschachtelten, schuppenartigen Klauen oder Lamellen aufweist, die aneinandergereiht sind und zum anderen mit einem ringförmigen, zentralen Magneten verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß axial neben dem Rotor (8) ein in seinem Abstand zu den Rotorpolen (9, 10) veränderbares Steuerjoch (22) angeordnet ist.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerjoch als frei drehbarer Ring (22) aus weich- oder ferromagnetischem Werkstoff ausgebildet ist, der auf einer Seite des Rotors (8) axial verschiebbar angeordnet ist und mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, mittels der der Ring (22) zwischen einer Position entfernt von dem Rotor (8) und einer Position in der der Ring sich bei dem Rotor befindet, bzw. an diesem anliegt, verschiebbar ist.

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3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus we ichmagne ti schein Werkstoff bestehende Ring (22) unter Zwischenschaltung eines Rotationslagers (21) auf einer zur Welle (4) koaxialen Schiebehülse (17) gelagert ist, die ihrerseits axial verschiebbar auf einer mit dem Generatorgehäuse verbundenen Buchse gelagert ist und daß die axiale Verschiebung vorzugsweise über einen drehbaren Mitnehmer (15, 20) erfolgt.
4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (6) zumindest einen etwa schlitzförmigen, insbesondere axial orientierten Durchtritt (19) aufweist, der von einem mit der Schiebehülse (17) verbundenen, radialen Mitnehmerfinger (18) durchgriffen ist, und daß der Mitnehmerfinger in eine Steuernut (20) bzw. Steuerkurve des drehbaren Mitnehmers (15) zum axialen Verschieben des Ringes (22) eingreift.
5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernut(en) (20) des drehbaren Mitnehmers (15) z.B. etwa S-förmig ausgebildet sind und an einem Ende eine zurückspringende Ausnehmung (20') als Lageverriegelung in einer Endstellung des Ringes (22) bzw. des Mitnehmerfingers (18) aufweisen und daß wenigstens eine Feder (23) zur Druckbeaufschlagung der Schiebehülse (17) oder des Ringes (22) in Richtung des Rotors vorgesehen ist.
6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (6) auf der die Schiebehülse (17) gleitend montiert ist und den Ring (22) aus weichmagnetischem Werkstoff trägt, gleichzeitig als Lagerstütze für die Welle (4) des Rotors (8) des Wechselstromgenerators dient.

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7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Mitnehmer (15) mit einem elektrischen Steuer-Hilfsmotor (16), vorzugsweise einem Schrittmotor od.dgl. verbunden ist.
8. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem bzw. Mitnehmer- oder Übertragungssystem zwischen dem Hilfsmotor (16) und dem Mitnehmer (15) selbsthemmend ausgebildet ist.
9. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Klauen der dem Ring(22)abgewandten Polmasse insbesondere seitliche Polschuhränder bilden mit einer Außenseite, die in der gleichen,parallel zur Ebene des Ringes (22) befindlichen Ebene liegt, wie die Außenseite der anderen Polmasse (10) derart, daß dieser Ring(22)in seiner angenäherten Position zum Rotor (8) in Kontakt mit Teilen kommt, die zu den beiden Polmassen (9, 10) gehören.

- Beschreibung -