DE6918682U - Mit einem fahrzeugtachometer kombinierter elektrischer generator - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl„-Ing.W.Beyer

Dipl.-Wirtsch.-Ing.B.Jochem

6000 Frankfurt/Main Freiherr-vom-Stein-Str.18

Ford-Werke
Aktiengesellschaft 5ooo Köln / Rhein Ottoplatz 2

Mit einem Fahrzeugtachometer kombinierter elektrischer Generator

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Generator in Kraftfahrzeugen zur Erzeugung eines periodisch sich ändernden Stromes von der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionaler Frequenz.

In Kraftfahrzeugen sind eine grosse Anzahl verschiedener Generatoren zur Erzeugung einer Wechselspannung bekannt, deren Frequenz proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Die erzeugten Ströme dieser Generatoren werden für verschiedene Kontrollfunktionen, beispielsweise zur Steuerung eines elektrischen oder elektronischen Kontrollsystemes der Fahrzeuggeschwindigkeit , herangezogen.

Po 7882 hg / 6.5.1969

Bekannte elektrische Generatoren zur Erzeugung einer Steuerspannung in Kraftfahrzeugen bestehen in der Regel aus einer gesonderten Vorrichtung mit eigener Spule, magnetischen Feldern und mechanischen Gliedern zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes. Die Geräte benötigen daher einen gesonderten Platz im Kraftfahrzeug und stellen einen zusätzlichen Kostenfaktor dar. In vielen Fällen werden diese elektrischen Generatoren direkt von den Fahrzeugrädern angetrieben und sind demzufolge in unmittelbarer Radnähe angeordnet. In anderen Fällen befinden sich die Generatoren im Antriebsstrang und werden daher mit einer der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Drehbewegung angetrieben.

In einer weiteren bekannten Vorrichtung befinden sich die elektrischen Generatoren in einer zweiteiligen elektrischen Tachometerwelle, in der die Standard-Tachometerwelle geteilt ist und einen permanenten Magneten eines elektrischen Generators antreibt. Dieser Generator besitzt separate Spulenwindungen zur Erzeugung einer der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale Spannung,.sobald die Tachometerwelle rotiert. Diese Generatoren besitzen weiterhin Kupplungsglieder, die die beiden Teile der Tachometerwelle miteinander verbinden, so daß die Tachometerantriebswelle mit einer Geschwindigkeit proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit angetrieben werden kann. Zwar stellt dieser Generator gegenüber den oben aufgezeigten eine Vereinfachung dar, da er keine besonderen mechanischen Antriebsglieder mehr benötigt, er ist aber aufgrund der unterteilten Tachometerwelle relativ kostspielig in der Herstellung und gegen mechanische Einflüsse anfällig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen ausserordentlich einfachen, die obigen Nachteile vermeidenden Generator zur Erzeugung einer geschwindigkeitsabhängigen elektrischen Spannung zu schaffen, der keine gesonderten mechanischen Antriebe

Fo 7882 hg / 6.5.1969

918682

β ♦ t * * · * 1 * 4

benötigt und nur einen äusserst geringen Raum im Kraftfahrzeug beansprucht. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Spulenkern einer Induktionsspule mit einer stationären Polfläche eines von einer Tachowelle angetriebenen permanenten Magneten eines mechanischen Tachometers magnetisch verbunden ist und ein Teil des magnetischen Kraftflusses in der Polfläche zur Induzierung eines elektrischen Stromes,in der Spule ableitbar ist.

Der erfindungsgemässe mechanisch-elektrische Tachometer befindet sich in einem Gehäuse oder Tragrahmen aus unmagnetischem Material. Ein Magnet, vorzugsweise ein permanenter Magnet, ist mit der Tachometerwelle verbunden. Diese Tachometerwelle wird mit einer zur Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Drehgeschwindigkeit angetrieben. Eine aus ferromagnetischem Material in Form eines Halbzylinders gefertigte Polfläche oder Polschuh ist am Tachometerrahmen befestigt. Ein als Wirbelstromanker ausgebildetes, in den Luftspalt zwischen dem permanenten Magneten und dem Polschuh angeordnetes Drehglied ist im Tragrahmen drehbar gelagert und mit der Anzeigetrommel des Tachometers starr verbunden. Eine zwischen einer Trommel seite und dem Tragrahmen angeordnete Spiralfeder bringt das Gegenmoment für das vom Wirbelstromanker auf die Anzeigetrommel übertragene Drehmoment auf.

Am Tachometertragrahmen ist eine Spule angeordnet, die mit der ferromagnetischen Polfläche magnetisch verbunden ist und deren Kern einen Teil des magnetischen Kraftflusses der Polschuhe zur Erzeugung eines Induktionsstromes in der Spule abzweigt. Der mit der Polfläche des Tachometers verbundene Spulenkern kann einen Polschuh aufweisen, der die äussere Stirnseite der Spule begrenzt. >'

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung genauer erläutert. Es zeigen:

Fo 7882 hg / 6.5.1969

69186«2

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Geschwindigkeitsanzeiger oder Tachometer und den elektrischen Generator gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschn tt längs der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

In den Fig. der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Ein Tachometer Io der Trommelbauart besitzt eine Trommel 11, die die Fahrzeuggeschwindigkeit in herkömmlicher Weise anzeigt. Zwei Wellenstümpfe 12 und 13 an beiden Stirnseiten der Trommel sind in einem Rahmen 14 gelagert. Dieser Rahmen besteht aus einem dia- oder paramagnetischen Material und weist einen bogenförmig geformten Bodenteil 15 und senkrechte Endwände 16 und 17 auf, in denen die Wellenstümpfe 13 und 14 der Trommel 11 gelagert sind.

Der Rahmen 14 besitzt weiterhin eine Stirnwand 18 mit einem Lager 2o, in dem eine mit einem magnetischen Glied, vorzugsweise einem permanenten Magneten 22,befestigte Welle 21 drehbar geführt wird. Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist der aus einem Zylinderkörper bestehende Permanentmagnet 22 an seinem Umfang in verschiedene Zonen unterteilt, die die Nord- und Südpole 23, 24, 25, und 26 darstellen. Es liegt auf der Hand, daß die genaue Form und die Anzahl der Pole des Permanentmagnetens 22 für den Betrieb der erfxndungsgemassen Vorrichtung nicht wesentlich ist.

Die Welle 21 wird mit einer der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Drehgeschwindigkeit angetrieben, und zwar kann das in herkömmlicher Weise über eine Tachometerwelle erfolgen, deren eines Ende an der Welle 21 befestigt ist und deren Hnderes Ende mit einem umlaufenden Zahnrad im Fahrzeuggetriebe gekoppelt ist. Eine aus ferromagnetischein Material bestehende magnetische Polfläche 28 besteht aus zwei im wesent-

Fo 7882 hg / 6.5.1969

lichen rechtwinklig aufeinander stehenden Wandteilen 29 und

31. Diese vorzugsweise aus Stahl bestehende Polfläche ist mittels herkömmlicher Halteglieder, beispielsweise Nieten

32, am bogenförmigen Bodenteil 15 des Rahmens 14 befestigt.

Ein kappenförmiger Wirbelstromanker 33 befindet sich zwischen dem permanenten Magneten 22 und der Polfläche 28. Dieser Wirbelstromanker besteht aus einem gutleitenden, unmagnetischen Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer.

Bei einer Drehbewegung des permanenten Magneten 22 durchsetzt das zwischen den Nord- und Südpolen des permanenten Magneten bestehende Feld den Wirbelstromanker 33 und die Polfläche 28. Die magnetischen Kraftlinien zwischen dem Südpol 23 und dem Nordpol 26 laufen beispielsweise durch den den Wirbelstromanker 33 und den permanenten Magneten 22 voneinander trennenden Luftspalt, durch den Wirbelstromanker 3 3 und durch den weiteren Luftspalt zwischen dem Wirbelstromanker und der Polfläche 28. Der Kraftfluss läuft dann weiter in dieser Polfläche 28, durchsetzt den Luftspalt zwischen der Polfläche und den Wirbelstromanker 3 3 ebenso wie den Wirbelstromanker 33 und den zwischen dem Wirbelstromanker und dem Nordpol 26 des permanenten Magneten 22 liegenden Luftspalt. Die Rotation des permanenten Magneten 22 induziert Wirbelströme in dem hochleitenden, nicht-magnetischen Material des Wirbelstromankers 33. Diese Wirbelströme wiederum erzeugen einen Magnetfluss, der mit dem Magnetfluss des permanenten Magneten 22 zusammenwirkt und im Wirbelstromanker 33 einen Drehmoment erzeugt, das wiederum über die Welle 13 auf die Trommel 11 übertragen wird. Dieses Drehmoment ist der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional und wird von einer Spiralfeder 36 aufgefangen, deren eines Ende mit der Wand 16 des Rahmens 14 und deren anderes Ende mit der Trommel 11 verbunden ist. Eine Standardanzeige 38, bei der eine Linse 39 mit einer schrägen Linie 4o auf der Trommel 11 zusammenwirkt, dient der Anzeige

Fo 7882 hg / 6.5.1969

der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Der erfindungsgemässe elektrische Generator besteht aus einer Spule 41 mit einer genau bestimmten Anzahl von Windungen eines gutleitenden Drahtes« Sie besitzt eine weitgehende zylindrische Form und weist eine sie durchsetzende Zentralöffnung 42 auf. Dor Draht der Spule 41 kann auf einen gebrächlichen Spulenkörper 43 gewickelt sein. Ein ferromagnetisches Glied verbindet die Spule 41 mit den vom permanenten Magnet 22 erzeugten magnetischen Kraftflusskreisen, die durch den Wirbelstromanker 33 und die Polfläche 28 laufen. Dieses ferromagnetische Glied durchragt die Öffnung 42 der Spule 41, den Spulenkörper 43, das nichtmagnetische Material des bogenförmigen Teiles 15 des Rahmens 14 und ist in der Wand 29 der Polfläche 28 verankert. Dieses ferromagnetische Glied 44 dient der Befestigung der Spule 41 und des Spulenkörpers 4 3 am Bogenteil 15 des Rahmens 14. Es kann als Stahlbolzen ausgeführt sein, dessen Gewinde 45 in eine Gewindeöffnung 46 im Teil 15 des Rahmens 14 eingeschraubt wird. Das Ende 47 des ferromagnetischen Bolzens 44 steht vorzugsweise mit der Wand 29 der Polfläche 28 in Eingriff, wobei dies aber nicht unbedingt notwendig sein muß. Es ist lediglich erforderlich, daß das Ende 47 des ferromagnetischen Bolzens 44 in geringem Abstand und genügend dicht an der Wand 29 liegt, um einen Nebenfluss zu erzeugen. Der Kopf 48 des ferromagnetischen Bolzens 44 kann zum Halten eines vorzugsweise kreisförmigen, ferromagnetischen Polschuhes 51 ausgebildet sein.

Bei einer Drehbewegung der Welle 21 rotiert auch der permanente Magnet 22, wobei der Magnetfluss von einem der Pole des permanenten Magneten 22, beispielsweise dem Nordpol 26, durch den oben beschriebenen Kreis zur Betätigung des Wirbelstromankers 33 und zurück zu den Südpolen 23 und 25 fliesst. Ein Teil des Magnetflusses in der Wand 29 der Polfläche 28

Fo 7882 hg / 6.5.1969

6918 6

fliesst in das Ende 47 des ferromagnetischen Bolzens 44. Es bildet sich ein magnetischer Teilkreis über den Bolzen 44, den Polschuh 51 und die zwischen den Polen, beispielsweise den Südpolen 23 und 25, des permanenten Magneten befindliche Luft. Dieser Kraftfluss durchsetzt den bogenförmigen Teil des Rahmens, der aus einen nichtferromagnetischen Material besteht. Sobald der Magnet 22 umläuft, ändert sich gleichzeitig der durch die Wand 29 der Polfläche 28 und das Ende 47 des ferromagnetischen Bolzens 44 fliessende Kraftfluss. Die Fliessrichtung kehrt sich um, sobald ein Gegenpol den Bereich des ferromagnetischen Bolzens 44 durchläuft. Diese Wechselfolge ist der Stärke und Geschwindigkeit des permanenten Magneten 22 proportional. Dieser wechselnde Magnetfluss läuft über den ferromagnetischen Bolzen 44, den Polschuh und kehrt zum permanenten Magneten in oben beschriebener Weise zurück. Dieser wechselnde Magnetfluss durchsetzt die Windungen der Spule 41 und induziert in ihnen einen periodisch sich ändernden elektrischen Strom, dessen Grosse proportional zur Winkelgeschwindigkeit der permanenten Metgneten 22 ist. Weiterhin ist die Frequenz des periodisch wechselnden elektrischen Energieflusses der Spule 41 proportional der Winkelgeschwindigkeit der permanenten Magneten 22, da die Folge in der die Nord- und Südpole den Bereich des ferromagnetischen Bolzens passieren proportional zur Drehgeschwindigkeit des permanenten Magneten 2 2 ist.

Die oben beschriebene Vorrichtung stellt demzufolge einen sehr einfachen und umkomplizierten elektrischen Generator für ein Fahrzeug dar, dessen Abgangsenergie eine der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale Frequenz besitzt. Dieser Stromfluss kann für Steuerzwecke anderer Mechanismen im Fahrzeug, beispielsweise eines automatischen elektronisch betätigten Geschwindigkeitssteuersystems, verwendet werden. Darüberhinaus wird das magnetische System eines mechanischen Tacho-

Fo 7882 hg / 6.5.1969

meters zur Erzeugeng eines alternierenden elektrischen Energieflusses verwendet. Der elektrische Generator enthält verschiedene Komponenten, die alle schon in einem Fahrzeug vorhanden sind. Daraus ergibt sich eine erhebliche Einsparung
an Materialkosten und an Montageseiten.

Ansprüche

Fo 7882 hg / 6.5.1969

Claims (6)

Ansprüche

1. Elektrischer Generator in Kraftfahrzeugen zur Erzeugung eines periodisch sich ändernden Stromes von der E'ahrzeuggeschwindigkeit proportionaler Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spulenkern (44) einer Induktionsspule (41) mit einer stationären Polfläche (28) eines von einer Tachowelle (21) angetriebenen permanenten Magneten (22) eines mechanischen Tachometers (Io) magnetisch verbunden ist und ein Teil des magnetischen Kraftflusses in der PoIflache(28) zur Induzierung eines elektrischen Stromes in der Spule (41) ableitbar ist.

2. Elektrischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den zylindrischen permanenten Magneten (22) mit Abstand und kappenförmig umgebender Wirbelstromanker (33) zur Erzeugung eines über eine Welle (13) auf eine federbelastete Tachometertrommel (11) übertragenen Drehmomentes vorgesehen ist, daß die Polfläche (28) bogenförmig ausgebildet und an einem Tragrahmen (15) befestigt ist und daß der Spulenkern (44) der Induktionsspule (41) einen Haltebolzen darstellt, der mit dem Tragrahmen (15) verschraubt ist und dessen Ende (47) an der Polfläche (28) anliegt.

3. Elektrischer Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) mehrpolig ist.

4. Elektrischer Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf (48) des Haltebolzens (44) und dem Spulenende ein schei-

Fo 7882 hg / 6„5,,1369

- Io -

benförmiger, ferromagnetischer Polschuh (51) angeordnet ist.

5. Generator nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der kappenförmige Wirbelstromanker (33) aus einem gutleitenden Material ohne ferromagnetische Eigenschaften besteht.

6. Elektrischer Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polfläche (28), der Spulenkern (44) und der Polschuh (51) aus einem ferromagnetisch weichen Material bestehen.

Fo 7882 hg / 6.5.1969