CN103797661B - 发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车发电机或其他发电机，它包括定子和可相对于定子旋转地安装并有转子轴（3）的转子（4），其中，转子包括载流的转子绕组（7），它通过滑环装置（10）与为定子配设的接线端子（31）无间断导电连接。在这里，滑环装置包括至少两对滑环，每对滑环包括一个定子滑环（12）和一个转子滑环（11），它们在非圆柱形的环形接触区（19）内持续地相互贴靠。两个转子滑环（11）配置在两个定子滑环（12）之间。此外，每个转子滑环设置在一个与转子轴（3）防旋转地连接的转子支承盘（13）上。以及，两个定子滑环（12）可以沿轴向改变相对位置。

Description

发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，尤其汽车发电机，包括定子和可相对于定子旋转地安装并有转子轴的转子，其中，转子包括载流的转子绕组，它通过滑环装置与为定子配设的接线端子无间断地导电连接。

背景技术

本发明最初针对的汽车发电机典型地设计为爪极式三相照明发电机。当转子旋转时在转子绕组内感应的电流，典型地传输给两个设在转子轴端侧与转子绕组连接的圆柱形滑环，电流从那里通过所谓的“电刷”供给整流器和调节器装置。这种常见的发电机结构方式在好些出版物中有说明和预想，例如在DE10113673A1、DE4430073A1、EP1311051A2、EP671802A1、US2005/0127777A1、EP1337013A2和US7417353B2中。有关将转子绕组内感应的电流传输给定子，也已经建议了一些替代方式，当然还没有商业成果，例如在GB1138526中借助“滑环装置”传输，滑环装置有一些平的电刷接触面，包括中央第一接触面和环形地围绕第一接触面的第二接触面，以及在DE2926294A中借助两个设置在支架两侧的转子滑环传输，转子滑环包括一些各有一个电刷沿轴向贴靠在其上的平的接触端面。同样，为了在电机转子与定子之间传输电流建议了一种滑环装置，其中转子滑环持续贴靠在与之沿轴向对置的定子滑环上（DE973236）。在US2623188中介绍了一种在发电机内传输电流用的轴向滑环装置。

此外，这种滑环装置已知不仅用于将发电机转子绕组内感应的电流传输给发电机定子，而且还与信号传输结合。例如由US4275376可知这种用于信号传输的滑环装置。

用于传输电信号和/或功率的滑环装置也是DE102010002327U1的技术主题。对于具有两对滑环的滑环装置而言在此建议一种转子滑环与定子滑环交替的顺序，亦即，第一转子滑环、第一定子滑环、第二转子滑环、第二定子滑环、相应的连同对应配设的支承结构的顺序。在这种情况下由四个滑环组成的组叠设置并固定在转子的凸缘与旋紧在其上的波形螺母之间。

对于具有至少三对滑环的滑环装置而言，建议，在相互邻接的转子滑环支架和定子滑环支架上各设置两个滑环。这给出一种第一定子滑环、第一和第二转子滑环、第二和第三定子滑环、第三转子滑环顺序。

发明内容

尽管做出多种努力，试图在载流的转子绕组与定子的连接方面优化前言所述类型的发电机，但仍旧对于能在商业上实际可用的解决方案存在需求，要解决的技术问题是：提供前言所述类型的一种长寿命、可靠、低成本和结构紧凑的发电机。

按本发明通过一种发电机，尤其汽车发电机，解决上述技术问题，所述发电机包括定子和可相对于定子旋转地安装并有转子轴的转子，其中，转子包括载流的转子绕组，它通过滑环装置与为定子配设的接线端子无间断导电连接，在这里，滑环装置包括至少两对滑环，每对滑环包括一个定子滑环和一个转子滑环，各个定子滑环与对应配设的转子滑环在环形的截锥形接触区内持续地相互贴靠，两个转子滑环配置在两个定子滑环之间，每个转子滑环设置在一个与转子轴防旋转地连接的转子支承盘上，以及，两个定子滑环可以沿轴向改变相对位置。

因此，按本发明的发电机其特征在于多个特殊的互相组合的、在功能上配合作用的特点，它们通过其交替作用导致力求的结果，亦即一种寿命长、经济、可靠和结构紧凑的发电机。为了在转子与定子之间传输电流可提供使用比较大的接触面，导致比较小的磁通密度，从而又减轻或消除在现有技术中存在的热力学疑难问题。通过本发明还解决了磨损问题，其结果是相应地延长使用寿命。此外，各个定子滑环与转子滑环在非圆柱形的环形接触区的区域内持续接触，与广泛采用的利用电刷的现有技术相比有助于电流的均衡化，因为在转子旋转时绝不存在可变的内阻。如尤其在较长运行时间后由于轴承振动可能产生的那种转子的机械振动，也保持基本不影响电流传输的质量。接触区的这种截锥形设计，导致每一对的两个总是互相贴靠的滑环之间自动定心效果。通过两个定子滑环可沿轴向改变相对位置，将磨损补偿集中在定子内使任何旋转磨损补偿成为多余，此外，在这种情况下，通过将两个转子滑环配置在两个定子滑环之间，不仅可以实现特别紧凑的结构方式，而且可以在设备方面实现特别简单的磨损补偿。通过以下对特别优选的扩展设计和实施例的说明和解释，可以得知按本发明的发电机的其他优点。

在本发明的范围内，总是在转子滑环与对应配设的定子滑环之间形成的环形的截锥形的接触区可以有不同的设计。在本发明第一种扩展设计中，上述接触区设计为平面的。这允许是一种轴向结构长度特别短的结构方式。按另一种优选的扩展设计，上述环形接触区却设计为截锥形，其中双锥角特别优选地处于140°与170°之间。接触区的这种截锥形设计，导致每一对的两个总是互相贴靠的滑环之间自动定心效果，此时当遵守所说明的在140°与170°之间优选的双锥角时，通过转子振动（见上文）可能带来的不利效果，还没有以值得一提的程度有害地影响电流传输的质量。在这种情况下，与平面接触区相比，滑环装置轴向结构长度的增大肯定很小，几乎可以忽略不计。

按另一种优选的扩展设计规定，两对滑环的接触区设计成一致的，亦即尤其处于同一个半径上。在这方面特别有利的是，当接触区截锥形设计时，两对滑环的接触区设计成彼此镜面对映定向。从振动动力学的观点出发特别有利的是，当接触区截锥形设计时，接触区处于其上的这些圆锥体以其锥尖彼此相对。在这里，上述圆锥体锥尖彼此的间距应在接触区平均半径的大约0.5倍至2倍的范围内。

所述转子支承盘优选地用电绝缘材料制成。尤其当转子滑环用石墨组成时（见下文），它优选地分别通过一个金属的转子连接片与转子支承盘连接。在这种情况下又特别优选地，每一个基本上平行于转子轴线延伸的接线端子各与一个转子连接片连接，接线端子尤其可置入转子轴内的一个平行于旋转轴线延伸的槽内。上述接线端子在端侧优选地通过端夹与转子绕组触点接通。在所涉及的触点接通区内，接线端子与转子绕组的端头在这里特别优选地彼此平行沿径向延伸。这有利于将离心力对接线端子与转子绕组触点接通的影响减到最低程度。

本发明再另一项特别优选的扩展设计其特征在于，设有一个公共的转子支承盘，两个转子滑环彼此对置的端侧在两侧设置在此转子支承盘上。在这里，在一个公共的转子支承盘上安置两个转子滑环是恰当的，这有助于将滑环装置的轴向结构长度减到最短。所述公共的转子支承盘可尤其沿径向向外从套筒状构件伸出，所述套筒状构件套装在转子轴上并相对于转子轴防旋转和轴向固定。

在上文早已论及，转子滑环优选地由一种石墨材料组成。特别优选的是，定子滑环也由石墨材料组成。在这种情况下特别有利的是，转子滑环与定子滑环由不同的石墨材料组成，其中所涉及的材料对与运行特性、磨损特性和尤其电流传输特性最佳地调谐。在这方面根据具体的材料对，优选的是，润湿所述接触区，这尤其可通过将转子滑环和/或定子滑环浸入润湿液内实现。上述润湿液盛放在围绕滑环装置的外壳内。

按本发明再另一项特别优选的扩展设计，这种围绕滑环装置的外壳也适用于支承定子滑环，尤其通过每个定子滑环与防旋转地安装在围绕滑环装置的外壳内对应配设的定子支承盘固定连接。在这里，上述定子支承盘可优选地由绝缘材料组成，在这种情况下优选地定子滑环分别通过一个各有一个连接点的金属的定子连接片与对应配设的定子支承盘连接。

鉴于磨损补偿，在这里优选地至少一个定子支承盘可以在外壳内轴向移动地导引。当然特别优选的是，两个定子支承盘之一位置固定地安装在外壳内，确切地说更理想的是离转子绕组最近的那个定子支承盘。于是，滑环的磨损以此方式导致外壳沿轴向从转子绕组移开，亦即朝转子轴自由端方向轴向移位，从而尤其甚至在极端磨损的情况下，也能排除外壳与相邻的转子轴承碰撞的可能性。

用于将两个滑环对互相贴靠的滑环彼此压紧的支承力，特别优选地由一个公共的弹簧装置提供，所以尤其是，两个定子滑环借助上述公共的弹簧装置沿轴向朝各自对应配设的转子滑环的方向预紧。这种公共的弹簧装置的优点尤其在于，在两个滑环对中作用一致的预紧力，所以尤其在两个滑环对中基本上产生相同的磨损，由此避免不均匀磨损。上述弹簧装置尤其可以包括多个围绕转子轴线均匀排布的压力弹簧。

按本发明再另一项特别优选的扩展设计规定，在外壳上设一个放电接头，它与朝转子轴或朝安置在转子轴上的相配触头方向弹性预紧的放电触头连接。在这里，上述放电接头可尤其在端侧转子轴线的区域内贴靠在转子轴或相配触头上。这种放电触头尤其防止转子上有静电，以及避免通过这种带静电的转子可能发生的问题。因此，上述放电触头有助于决定性地进一步提高按本发明发电机的可靠性。

附图说明

下面借助附图中表示的一种优选的实施例详细阐述本发明。附图表示在这里所关注的区域内通过按本发明设计的发电机剖开示出的轴向剖面，它形式上为一种汽车发电机。

具体实施方式

汽车发电机，按已知的这种方式，包括一个通过轴承1可绕轴线2旋转地支承在定子内并有转子轴3的转子4。按也已知的方式，它包括两个终止在爪极5内的极片6和设在它们之间具有两个绕组端部8的载流的转子绕组7。因为汽车发电机在这方面与详尽已知的现有技术一致，所以无需进一步说明。

转子轴3终止在穿过轴承1的轴颈9内。在轴颈9的区域内设置滑环装置10。它包括两对滑环，它们分别包括一个转子滑环11和一个定子滑环12。在这里，这两个转子滑环11在两侧安装在一个与转子轴3防旋转地和轴向固定地连接的公共转子支承盘13上的彼此相对置的端侧上。转子支承盘13构成固定安置在轴颈9上的绝缘材料套筒14的一个沿径向突出的凸缘。这两个用石墨材料组成的转子滑环11，在这里分别通过一个金属的转子连接片15，与公共的转子支承盘13连接。一个基本上平行于转子轴线2延伸的接线端子16与每一个转子连接片15连接，上述接线端子16在基本上沿径向定向的端段17的区域内，通过端夹18与转子绕组7的绕组端部8触点接通。

这两个同样用石墨材料组成并在它们之间配置两个转子滑环11的定子滑环12，由于它们不旋转，所以从意义上讲对应配设于定子。在这里，每个定子滑环12和对应配设的转子滑环12，在环状的、截锥形设计的接触区19内持续地互相贴靠。两个滑环对的接触区19在这里设计为一致的并彼此镜面对映地定向为，使接触区19处于其上的圆锥体的锥尖彼此对准。两个截锥形设计的接触区19的双锥角大约等于155°。

两个转子滑环12的每一个，通过金属的定子连接片20与对应配设的绝缘材料组成的定子支承盘21固定连接。这两个定子支承盘21防旋转地安装在围绕这两个滑环对的、不旋转的外壳22内。外壳22在这里包括外套部段23、外盖24以及与轴承1相邻的内盖25。外套部段23有狭槽形缺口26，为了防止外壳22和定子支承盘21彼此相对转动，在缺口26中插入定子支承盘21的滑块27。两个滑块27的每一个被一个接线片28穿过，它成形在各自对应配设的定子连接片20上。

这两个定子滑环12借助一个公共的弹簧装置29沿轴向朝各自对应配设的转子滑环11的方向预紧。在这里，弹簧装置29包括多个围绕转子轴线2均匀排布的压力弹簧30，它们在一端支承在外盖24上，以及在另一端支承在与之相邻的，亦即在图中表示在右边的那个定子支承盘21上。一方面通过所涉及的（表示在右边的）定子支承盘21可以在外壳22内轴向移动地导引，以及另一面通过外壳22本身可沿轴向浮动地支承在其他定子结构上，所以即使在表示在图左边的，亦即离轴承1最近的那个滑环对中，转子滑环11也能在压力弹簧30预紧力的作用下，朝对应配设的定子滑环12的方向预紧。在这里，轴承附近左滑环对的定子支承盘21，因为它贴靠在内盖25上，能以从意义上讲位置固定地安装在外壳2上。

因此，以上文详细说明的方式，达到转子绕组7与为定子配设的，亦即不旋转的接线端子31持续和不间断地导电连接。

此外，在外壳22上设置放电接头32。它包括安装在外壳22外盖24上并有连接片33的连接段34，放电触头36通过同轴于旋转轴线2设置的预紧弹簧35支承在连接段34上。放电触头36在一个成形在外壳22外盖24上的导套37内可轴向移动地导引，并在预紧弹簧35的作用下，朝安置在轴颈9端侧的相配触头38方向弹性预紧。放电触头36和相配触头38也由石墨材料组成。

Claims (17)

1.一种发电机，它包括定子和可相对于定子旋转地安装并有转子轴(3)的转子(4)，其中，转子包括载流的转子绕组(7)，该转子绕组通过滑环装置(10)与为定子配设的接线端子(31)无间断导电连接，其中

-滑环装置正好包括两对滑环，

-每对滑环包括一个定子滑环(12)和一个转子滑环(11)，

-各个定子滑环与对应配设的转子滑环在环形的截锥形的接触区(19)内持续地相互贴靠，

-两个转子滑环(11)配置在两个定子滑环(12)之间，

-每个转子滑环设置在一个与转子轴(3)防旋转地连接的转子支承盘(13)上，以及

-两个定子滑环(12)可以沿轴向改变相对位置。

2.按照权利要求1所述的发电机，其特征为，两对滑环的接触区(19)设计成一致的，彼此镜面对映定向。

3.按照权利要求1或2所述的发电机，其特征为，转子滑环(11)分别通过一个金属的转子连接片(15)与转子支承盘(13)连接。

4.按照权利要求3所述的发电机，其特征为，每一个至少部分区域基本上平行于转子轴线(2)延伸的接线端子(16)各与一个转子连接片(15)连接。

5.按照权利要求4所述的发电机，其特征为，转子绕组(7)通过端夹(18)与所述至少部分区域基本上平行于转子轴线(2)延伸的接线端子(16)连接。

6.按照权利要求1所述的发电机，其特征为，设有公共的转子支承盘(13)，两个转子滑环(11)彼此对置的端侧设置在此转子支承盘(13)的两侧。

7.按照权利要求1所述的发电机，其特征为，转子滑环(11)和/或定子滑环(12)由一种石墨材料组成。

8.按照权利要求7所述的发电机，其特征为，转子滑环(11)与定子滑环(12)由不同的石墨材料组成。

9.按照权利要求1所述的发电机，其特征为，通过将转子滑环和/或定子滑环浸入润湿液内来润湿所述接触区(19)。

10.按照权利要求1所述的发电机，其特征为，每个定子滑环(12)与防旋转地安装在围绕滑环装置(10)的外壳(22)内的对应配设的定子支承盘(21)固定连接。

11.按照权利要求10所述的发电机，其特征为，定子滑环(12)分别通过一个相应具有一个接线端子的金属的定子连接片(20)与对应配设的定子支承盘(21)连接。

12.按照权利要求10或权利要求11所述的发电机，其特征为，至少一个定子支承盘(21)可以在外壳(22)内轴向移动地导引。

13.按照权利要求10或11所述的发电机，其特征为，一个定子支承盘(21)位置固定地安装在外壳(22)内。

14.按照权利要求13所述的发电机，其特征为，两个定子滑环(12)借助公共的弹簧装置(29)沿轴向朝各自对应配设的转子滑环(11)的方向预紧。

15.按照权利要求14所述的发电机，其特征为，所述弹簧装置(29)包括多个围绕转子轴线(2)均匀排布的压力弹簧(30)。

16.按照权利要求10所述的发电机，其特征为，在外壳(22)上设有放电接头(32)，该放电接头与朝转子轴(3)或朝安置在转子轴上的相配触头(38)方向弹性预紧的放电触头(36)连接。

17.按照权利要求16所述的发电机，其特征为，放电触头(36)的端侧在转子轴线(2)的区域贴靠在转子轴(3)或相配触头(38)上。