DE102019129782A1

DE102019129782A1 - Multipol-GENERATOR mit Gesamtmagnetfluss umschließenden Spulen

Info

Publication number: DE102019129782A1
Application number: DE102019129782.6A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Kaiser
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere für ein Fahrzeug, der wenigstens einen Stator und wenigstens einen Rotor aufweist, wobei der Rotor gegenüber dem Stator um eine Rotorachse rotierbar gelagert ist. Der Stator weist einen mittigen Hohlzylinder, dessen Symmetrieachse der Rotorachse entspricht, und seitlich der beiden Stirnflächen des mittigen Hohlzylinders jeweils eine Statorpolscheibenvorrichtung auf. Der mittige Hohlzylinder des Stators weist entlang seiner Symmetrieachse einen inneren Zylindermantel und einen äußeren Zylindermantel auf, wobei der innere Zylindermantel eine Induktionsspule aufweist, deren Symmetrieachse der Rotorachse entspricht. Die beiden Statorpolscheibenvorrichtungen weisen jeweils eine festgelegte Anzahl von flächigen Statorpolscheiben aus magnetisch leitfähigem Material auf, welche sich flächig von den beiden Stirnflächen des äußeren Zylindermantels aus wenigstens im Wesentlichen parallel zur Rotorachse und in wenigstens im Wesentlichen radialer Richtung erstrecken und entlang des Umfangs der Stirnfläche des äußeren Zylindermantels räumlich versetzt angeordnet sind. Der Rotor weist einen mittigen Zylinder, der innerhalb des mittigen Hohlzylinders des Stators angeordnet ist, und seitlich der beiden Stirnflächen des mittigen Zylinders jeweils eine Rotorpolscheibenvorrichtung auf. Die beiden Rotorpolscheibenvorrichtungen weisen jeweils die festgelegte Anzahl von flächigen Rotorpolscheiben auf, welche sich flächig von den beiden Stirnflächen des mittigen Zylinders aus wenigstens im Wesentlichen parallel zur Rotorachse und wenigstens im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken und entlang des Umfangs der Stirnfläche des mittigen Zylinders mit derselben räumlichen Versetzung angeordnet sind wie die Statorpolscheiben, sodass bei mehreren Rotationspositionen des Rotors relativ zum Stator die Rotorpolscheiben mit den jeweils gegenüberliegenden Statorpolscheiben entlang der jeweils selben radialen Richtungen getrennt durch einen Luftspalt zu liegen kommen. Der mittlere Zylinder des Rotors oder der äußere Zylindermantel des Stators oder jeweils beide weisen mindestens einen Permanentmagnet und/oder mindestens eine Erregerspule und/oder mindestens eine Erregerspule, die auf den Spulenkern der Induktionsspule gewickelt ist, auf. Bei Drehung des Rotors gegenüber dem Stator treten innerhalb der Induktionsspule mehrere Magnetflussoszillationen pro Umdrehung auf. Die Induktions- und Erregerspulen sind feststehend angeordnet und benötigen keine Schleifringe zur Kontaktierung. Die Induktions- und Erregerspulen

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere für ein Fahrzeug.
Generatoren werden in vielen verschiedenen technischen Gebieten eingesetzt, z.B. bei der Energieerzeugung in Kraftwerken wie etwa Windenergieanlagen, in Fahrzeugen etwa als Lichtmaschine oder zur Rekuperation, als Teil eines hybriden Antriebssystems und/oder dergleichen. Im Allgemeinen wird dabei jeweils mechanische Antriebsenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt.
Aus US 2,263,373 ist beispielsweise ein Generator des Permanentmagneten-Typs bekannt, bei dem zwei Enden einer Armatur genutzt werden, um Spalte in einem Magnetkreis alternierend zu öffnen und zu schließen. Der Generator weist eine zwischen zwei Polteilen angeordnete Armatur, eine die Armatur umgebende Spule, einen Magnet zum Polarisieren der Polteile und ein Feldelement auf. Das Feldelement umgibt den Rotor und weist eine Vielzahl von Magnetelementen auf, die in der Nähe der Enden der Armatur angeordnet sind, so dass ein alternierender magnetischer Fluss in der Armatur bereitgestellt wird, wenn die Armatur und das Feldelement relativ zueinander rotiert werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Generator bereitzustellen. Insbesondere soll ein Generator mit einer hohen Frequenz der induzierten Spannung und erhöhtem Wirkungsgrad, vorzugsweise durch Minimierung von Energieverlusten, bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Generator, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem unabhängigen Anspruch.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere für ein Fahrzeug, der wenigstens einen Stator und wenigstens einen Rotor aufweist, wobei der Rotor gegenüber dem Stator um eine Rotorachse rotierbar gelagert ist. Der Stator weist einen mittigen Hohlzylinder, dessen Symmetrieachse der Rotorachse entspricht, und seitlich der beiden Stirnflächen des mittigen Hohlzylinders jeweils eine Statorpolscheibenvorrichtung auf. Der mittige Hohlzylinder des Stators weist entlang seiner Symmetrieachse einen inneren Zylindermantel und einen äußeren Zylindermantel auf, wobei der innere Zylindermantel eine Induktionsspule aufweist, deren Symmetrieachse der Rotorachse entspricht. Die beiden Statorpolscheibenvorrichtungen weisen jeweils eine festgelegte Anzahl von flächigen Statorpolscheiben aus magnetisch leitfähigem Material auf, welche sich flächig von den beiden Stirnflächen des äußeren Zylindermantels aus wenigstens im Wesentlichen parallel zur Rotorachse und in wenigstens im Wesentlichen radialer Richtung erstrecken und entlang des Umfangs der Stirnfläche des äußeren Zylindermantels räumlich versetzt angeordnet sind. Der Rotor weist einen mittigen Zylinder, der innerhalb des mittigen Hohlzylinders des Stators angeordnet ist, und seitlich der beiden Stirnflächen des mittigen Zylinders jeweils eine Rotorpolscheibenvorrichtung auf. Die beiden Rotorpolscheibenvorrichtungen weisen jeweils die festgelegte Anzahl von flächigen Rotorpolscheiben auf, welche sich flächig von den beiden Stirnflächen des mittigen Zylinders aus wenigstens im Wesentlichen parallel zur Rotorachse und wenigstens im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken und entlang des Umfangs der Stirnfläche des mittigen Zylinders mit derselben räumlichen Versetzung angeordnet sind wie die Statorpolscheiben, sodass bei mehreren Rotationspositionen des Rotors relativ zum Stator die Rotorpolscheiben mit den jeweils gegenüberliegenden Statorpolscheiben entlang der jeweils selben radialen Richtungen getrennt durch einen Luftspalt zu liegen kommen. Der mittlere Zylinder des Rotors oder der äußere Zylindermantel des Stators oder jeweils beide weisen mindestens einen Permanentmagnet und/oder mindestens eine Erregerspule und/oder mindestens eine Erregerspule, die auf den Spulenkern der Induktionsspule gewickelt ist, auf. Bei Drehung des Rotors gegenüber dem Stator treten innerhalb der Induktionsspule mehrere Magnetflussoszillationen pro Umdrehung auf.
Die Anordnung der Rotorpole kann alternativ auf einem Kreisring in im Wesentlichen radialer Richtung erfolgen und den Statorpolen mit einem Luftspalt gegenüber stehen, die ebenfalls auf einem Kreisring an der Stirnfläche des Stators angeordnet sind.
Für einen Bauraum sparenden Aufbau ist eine Generatoranordnung mit einer Polscheibenanordnung auf nur einer Stirnseite möglich. In dieser Anordnung stehen sich auf der 2. Stirnseite Stator-Rotorpole unter Bildung eines Luftspaltes vollflächig gegenüber, um den magnetischen Widerstand zu minimieren. Die Magnetflussoszillation wird dann nur durch eine Stirnseite mit Stator-Rotor-Polscheibenanordnungen realisiert. Ein Stator und ein Rotor im Sinne der Erfindung sind insbesondere relativ zueinander bewegliche Bauteile, wobei die Bewegung durch Einwirken einer Kraft oder eines Drehmoments auf den Rotor bewirkt werden kann. Vorzugsweise sind der Rotor und der Stator kreisförmig ausgebildet und die Bewegung des Rotors ist eine Rotationsbewegung, insbesondere um eine Welle.
Eine Rotorachse oder Rotationsachse im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Symmetrieachse des Rotors, um die der Rotor rotiert.
Ein mittiger Hohlzylinder des Stators im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Zylinder, dessen Symmetrieachse der Rotorachse entspricht, und eine zentrale, zylinderförmige Aussparung entlang der Symmetrieachse des Stators aufweist.
Eine Stirnfläche des mittigen Hohlzylinders des Stators im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine ringförmige Fläche, wobei die beiden Seiten des mittigen Hohlzylinders räumlich jeweils durch eine Stirnfläche abgeschlossen werden.
Eine Statorpolscheibenvorrichtung im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Vorrichtung bestehend aus Polscheiben, insbesondere flächigen Platten, welche innerhalb eines magnetischen Kreises aus magnetisch leitfähigem Material angeordnet und mit dem Stator verbunden sind.
Ein innerer Zylindermantel des mittigen Hohlzylinders des Stators im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein bezüglich der Symmetrieachse des Hohlzylinders in radialer Richtung innengelegener Hohlzylinder. Der innere Zylindermantel des mittigen Hohlzylinders und der mittige Hohlzylinders selbst haben eine innere Zylindermantelfläche gemeinsam.
Ein äußerer Zylindermantel des mittigen Hohlzylinders des Stators im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein bezüglich der Symmetrieachse des Hohlzylinders in radialer Richtung außen gelegener Hohlzylinder. Die innere Mantelfläche des äußeren Zylindermantels des mittigen Hohlzylinders des Stators entspricht der äußeren Mantelfläche des inneren Zylindermantels des mittigen Hohlzylinders des Stators. Der äußere Zylindermantel des mittigen Hohlzylinders und der mittige Hohlzylinders selbst haben vorzugsweise eine äußere Zylindermantelfläche gemeinsam.
Eine Rotorpolscheibenvorrichtung im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Vorrichtung bestehend aus Polscheiben, insbesondere flächigen Platten, welche innerhalb eines magnetischen Kreises aus magnetisch leitfähigem Material angeordnet und mit dem Rotor verbunden sind.
Eine radiale Richtung im Sinne der Erfindung verläuft insbesondere von der Rotationsachse senkrecht radial nach außen oder radial auf die Rotationsachse zu.
Eine Richtung, welche im Sinne der Erfindung wenigstens im Wesentlichen parallel zur Rotorachse verläuft, ist eine Richtung, welche parallel zur Rotorachse verlaufen kann, oder eine Richtung, welche von einer Parallelen zur Rotorachse weniger als 5° abweicht.
Die Polflächen können sowohl auf einem Zylinder des Rotors achs-parallel als auch auf einer Kreisscheibe des Rotors radial am äußeren Umfang angeordnet sein, was einem Winkel von 90° zur Rotationsachse entspricht. Auch jeder Winkelwert dazwischen ist möglich, zum Beispiel auf einer zur Rotationsachse symmetrischen Kegelfläche. Die Rotor- und Stator-Polflächen, die mehrmals pro Umdrehung den Luftspalt bilden, sind vorzugsweise parallel zu einander angeordnet sein, oder bei gekrümmter Form der Polflächen einen punktuell gleichen Abstand aufweisen, jeweils mit dem konstruktiven Ziel, einen minimalen magnetischen Widerstand beim vorbei Bewegen der Rotorpolscheiben an den Statorpolscheiben zu erreichen und bei weiterer Rotation entsprechend einen maximalen magnetischen Widerstand.
Eine Richtung, welche im Sinne der Erfindung in wenigstens im Wesentlichen radialer Richtung verläuft, ist die Richtung einer Achse, welche radial, gegenüber der Rotorachse rechtwinklig, von der Rotorachse nach außen oder von außen auf die Rotorachse hin verläuft, oder die Richtung einer Achse, welche von der radialen, gegenüber der Rotorachse rechtwinklig verlaufenden Achse abweicht.
Die Erfindung basiert insbesondere auf einer zentral angeordneten Induktionsspule, die den oszillierenden magnetischen Gesamtfluss umschließt. Die Induktivität der zentralen Spule und der magnetische Fluss durch die zentrale Spule entsprechen der Gesamtinduktivität und dem Gesamtmagnetfluss im Generator. Erfindungsgemäß wird eine Aufteilung auf Teilspulen von Polanordnungen und Teilmagnetflüsse vermieden. Die Induktionsspule und soweit vorhanden, die Erregerspule sind Stator fest angeordnet,
Die Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, dass Stator und Rotor gemeinsam einen magnetischen Kreis über einen Luftspalt zwischen Stator und Rotor hinweg bilden, wobei der magnetische Kreis durch Stator und Rotor während der Rotation des Rotors innerhalb einer Umdrehung mehrmals geschlossen und geöffnet wird. Durch dieses Öffnen und Schließen des magnetischen Kreises kommt es zu einer zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses innerhalb der Induktionsspule und somit zu einer induzierten Spannung an den Kontakten der Induktionsspule.
Der magnetische Kreis besteht einerseits dadurch, dass der mittlere Zylinder des Rotors oder der äußere Zylindermantel des Stators oder jeweils beide mindestens einen Permanentmagnet und/oder mindestens eine Erregerspule aufweisen und/oder mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule gewickelt ist und andererseits dadurch, dass die Rotorpolscheibenvorrichtungen, sowie die Statorpolscheibenvorrichtungen magnetisch leitfähiges Material aufweisen. Wenn der äußere Zylindermantel des Stators keinen Permanentmagnet aufweist, weist er magnetisch leitfähiges Material auf. Wenn der mittige Zylinder des Rotors keinen Permanentmagnet aufweist, weist er magnetisch leitfähiges Material auf.
Da der mittige Hohlzylinder des Stators seitlich seiner beiden Stirnflächen jeweils eine Statorpolscheibenvorrichtung aufweist und der mittige Zylinder des Rotors seitlich seiner beiden Stirnflächen jeweils eine Rotorpolscheibenvorrichtung aufweist, rotiert bei Rotation des Rotors die Rotorpolscheibenvorrichtung gegenüber der Statorpolscheibenvorrichtung. Da die beiden Statorpolscheibenvorrichtungen und die beiden Rotorpolscheibenvorrichtungen jeweils dieselbe festgelegte Anzahl von isnbesondere äquidistanten, flächigen Stator-bzw. Rotorpolscheiben aufweisen, während die Rotorpolscheiben entlang des Umfangs der Stirnfläche des mittigen Zylinders des Rotors mit derselben räumlichen Versetzung angeordnet sind wie die Statorpolscheiben entlang des Umfangs der Stirnfläche des äußeren Zylindermantels des Stators, richten sich die Statorpolscheiben und die Rotorpolscheiben während einer Umdrehung des Rotors mehrmals in denselben radialen Richtungen unter Bildung eines Luftspalts zwischen Statorpolscheiben und Rotorpolscheiben aus, d. h. sie kommen entlang der jeweils selben radialen Richtungen getrennt durch einen Luftspalt zu liegen.
Bei fortgesetzter Drehung des Rotors vergrößert sich nun der räumliche Abstand zwischen Statorpolscheiben und Rotorpolscheiben bis dieser sein Maximum erreicht, bis also der Rotor eine Position des maximalen räumlichen Versatzes zwischen Rotorpolscheiben und Statorpolscheiben erreicht. Setzt der Rotor seine Drehung weiter fort, nehmen die Statorpolscheibenvorrichtungen und Rotorpolscheibenvorrichtungen wieder eine Position des minimalen Abstands unter Bildung des Luftspalts ein, wobei nun gegenüber der vorigen Position des minimalen Abstands der Rotor um den Winkel rotiert ist, der der oben genannten räumlichen Versetzung der Rotorpolscheiben bzw. Statorpolscheiben entspricht. Während einer Umdrehung des Rotors wechselt der Rotor somit mehrmals zwischen Positionen mit minimalem und maximalem Abstand zwischen Statorpolscheiben und Rotorpolscheiben. Unter Bildung des Luftspalts wird der magnetische Kreis zwischen Stator und Rotor geschlossen. Unter Bildung des maximalen Abstands zwischen Statorpolscheiben und Rotorpolscheiben wird der magnetische Kreis zwischen Stator und Rotor geöffnet. Dies erzeugt in der Induktionsspule mehrere Magnetflussoszillationen pro Umdrehung des Rotors. Die Anzahl der Magnetflussoszillationen pro Umdrehung des Rotors ist abhängig von der festgelegten Anzahl der Statorpolscheiben innerhalb der Statorpolscheibenvorrichtung, welche gleichzeitig der Anzahl der Rotorpolscheiben innerhalb der Rotorpolscheibenvorrichtung entspricht.
Der Generator gemäß der vorliegenden Erfindung hat somit gegenüber üblichen Generatoren nach dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Anzahl der Magnetflussoszillationen pro Umdrehung des Rotors unabhängig ist von der Anzahl der eingesetzten Induktions- bzw. Erregerspule oder Erregerpermanentmagnete. Darüber hinaus hat der Generator gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber üblichen Generatoren nach dem Stand der Technik den Vorteil, dass bei gleicher Drehzahl eine deutlich höhere Frequenz der Magnetflussoszillationen und somit eine höhere Frequenz der induzierten Spannung sowie vorzugsweise eine höhere induzierte Spannung im Generator erreicht werden kann.
Bei herkömmlichen Generatoren mit mehreren Polen bzw. Induktionsspulen gemäß dem Stand der Technik wird jeder Pol bzw. jede Induktionsspule nur von einem Teil des gesamten Magnetflusses durchsetzt. Der Generator gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch hat dagegen den Vorteil, dass der gesamte Magnetfluss vorzugsweise die gesamte Induktionsspule durchsetzt. Dies erhöht die Amplitude der Magnetflussoszillation und damit die induzierte Spannung in der Induktionsspule
Weiter vorzugsweise weist der mittlere Zylinder des Rotors oder der äußere Zylindermantel des Stators oder jeweils beide mindestens einen Permanentmagnet auf und/oder ist mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule gewickelt. Weiter vorzugsweise sind somit alle eingesetzten Spulen feststehend angeordnet, was den Vorteil mit sich bringt, dass Schleifringe nicht erforderlich sind. Dies vermindert ohmsche Verluste innerhalb des Generators und erhöht somit seinen Wirkungsgrad. Da die Induktionsspule und die Erregerspule feststehend angeordnet sind, ist eine Flüssigkeitskühlung der Spulen technisch leicht möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen der mittlere Zylinder des Rotors und der äußere Zylindermantel des Stators jeweils mindestens einen Permanentmagnet auf. Zusätzlich kann mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule gewickelt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der äußere Zylindermantel des Stators magnetisch leitfähiges Material auf und der mittlere Zylinder des Rotors weist mindestens einen Permanentmagnet auf. Zusätzlich kann der äußere Zylindermantel des Stators mindestens eine Erregerspule aufweisen und/oder mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule gewickelt sein.
Magnetisch leitfähiges Material im Sinne der Erfindung ist insbesondere Material mit einer magnetischen Permeabilitätszahl größer als eins, vorzugsweise wesentlich größer als 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der mittlere Zylinder des Rotors magnetisch leitfähiges Material und der äußere Zylindermantel des Stators mindestens einen Permanentmagnet auf. Zusätzlich kann der mittlere Zylinder des Rotors mindestens eine Erregerspule aufweisen und/oder mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule gewickelt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der mittlere Zylinder des Rotors magnetisch leitfähiges Material und der äußere Zylindermantel des Stators magnetisch leitfähiges Material auf und der mittlere Zylinder des Rotors oder der äußere Zylindermantel des Stators oder jeweils beide weisen mindestens eine Erregerspule auf und/oder mindestens eine Erregerspule ist auf den Spulenkern der Induktionsspule gewickelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine Permanentmagnet oder die mindestens eine Erregerspule eine andere Größe entlang der Rotorachse auf als die Induktionsspule. Die Variation der Stärke des Permanentmagnets bzw. der Größe der Erregerspule variiert den Betrag der Amplitude des magnetischen Flusses, welcher die Induktionsspule durchsetzt. Somit lässt sich durch eine solche Größenvariation die Amplitude des magnetischen Flusses, welche die Induktionsspule durchsetzt, einstellen. Da aufgrund der statischen Anordnung der Induktionsspule Schleifringe nicht erforderlich sind, kann die Induktionsspule aus einer oder aus vielen separaten Wicklungen (1-, bi-, K-filar) gewickelt sein. Eine Optimierung von Induktionsspannung und Innenwiderstand der Induktionsspule für konkrete Anwendungen ist durch Verschaltung der Wicklungen nachträglich und/oder auch während des Betriebes möglich. Gleiches gilt für die Dimensionierung der Erregerspule.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform resultiert das Erregerfeld innerhalb des Generators aus einem Permanentmagnet oder einer Erregerspule oder mehreren gleichpolig orientierten Permanentmagneten oder Erregerspulen. Durch die Verwendung mehrerer gleichpolig orientierter Permanentmagnete oder Erregerspulen kann der Betrag des Erregermagnetfelds eingestellt bzw. erhöht werden.
Eine im Sinne der Erfindung gleichpolige Orientierung mehrerer Permanentmagnete oder Erregerspulen liegt dann vor, wenn die jeweils resultierenden Magnetfelder einander verstärken.
Eine im Sinne der Erfindung gegenpolige Orientierung mehrerer Permanentmagnete oder Erregerspulen liegt dann vor, wenn die jeweils resultierenden Magnetfelder einander schwächen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen der Rotor und der Stator des Generators jeweils einen Permanentmagnet oder jeweils eine Erregerspule auf und die dadurch bedingten Erregerfelder sind jeweils einander entgegengesetzt. Gegenüber der Verwendung mehrerer gleichpolig orientierter Permanentmagnete oder Erregerspulen, hat die entgegengesetzte Anordnung von Erregerfeldern in Stator und Rotor nach 6 den Vorteil, dass sich die Kräfte bzw. Drehmomente gegenüber Generatoranordnungen nach 1, 2, 3, 4, 5 invers verhalten. Die Position der stärksten Abstoßung zwischen Rotorpolscheibenvorrichtungen und Statorpolscheibenvorrichtungen bei Generatoranordnung nach 6 herrscht bei Erreichen der magnetisch geschlossenen Position, während bei Generatoranordnung nach 1, 2, 3, 4, 5 in dieser Position die stärkste magnetische Anziehung besteht. Der Gegensatz der Kräfte wird erfindungsgemäß bei Generatorenpaaren nach 8 aus Generatoranordnungen nach 1, 2, 3, 4 oder 5 und Generatoranordnung nach 6 für eine Kompensation der Kräfte in der Anordnung des Generatorenpaares genutzt. Die erforderlichen Gesamtkräfte bzw. Drehmomente zum Losbrechen des Rotors 3a aus dem Stillstand und zum Bewegen des Rotors 3a werden dadurch minimiert. Die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses, der die Induktionsspule nach 6 durchsetzt, ist bei gleicher Position des Rotors relativ zum Stator gegenüber der gleichpoligen Anordnung um 180° phasenverschoben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Generatorenverband, insbesondere für ein Fahrzeug, welcher mindestens zwei Generatoren nach einer der genannten Ausführungsformen aufweist, wobei die Rotoren der Generatoren entlang einer gemeinsamen Rotorachse, um einen festgelegten, konstanten Rotationswinkel relativ zueinander verdreht und starr miteinander verbunden sind. Während die Rotorpolscheibenvorrichtungen der einzelnen Generatoren im Generatorenverband relativ zueinander um einen bestimmten Winkel verdreht sind, besitzen die Statorpolscheibenvorrichtungen der einzelnen Generatoren dieselbe Orientierung.
Alternativ dazu können die Statorpolscheibenvorrichtungen der einzelnen Generatoren im Generatorenverband relativ zueinander um einen bestimmten Winkel verdreht sein, während die Rotorpolscheibenvorrichtungen der einzelnen Generatoren im Generatorenverband die gleiche Orientierung haben. In der folgenden Beschreibung wird nur die zuerst beschriebene Variante weiter verwendet.
Innerhalb des Generatorenverbandes befinden sich Rotoren kurz vor der magnetisch geschlossenen Position, andere kurz nach der magnetisch geschlossenen Position. Deren Drehmomente heben sich im Generatorenverband weitestgehend auf. Damit muss lediglich das Drehmoment für den Rotor, der sich gerade in der magnetisch geschlossenen Position befindet, aufgewendet werden. Bezogen auf die Anzahl der Generatoren im Generatorenverband entspricht die dafür notwendige Kraft, bzw. das notwendige Drehmoment nur einem Bruchteil gegenüber einer Anordnung ohne Versatz der Rotoren zueinander. Der Generatorenverband hat somit den Vorteil, dass er das Losbrechmoment, welches beim Anlauf des Generatorenverbands überwunden werden muss, im Vergleich zu einem einzelnen Generator verringert. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Verwendung einer Anzahl von N Generatoren innerhalb des Generatorenverbands N-phasige Spannungen erzeugt werden können. Eine beliebige N-phasige Spannung ist insbesondere bei der Gleichrichtung von Wechselspannung von Vorteil, da für eine zunehmende Anzahl N von Generatoren im Generatorenverband eine abnehmende Welligkeit der gleichgerichteten Spannung erreicht werden kann.
Ein weiterer Aspekte der Erfindung betrifft ein Generatorenpaar insbesondere für ein Fahrzeug, welches einen ersten und einen zweiten Generator jeweils nach einer der obigen Ausführungsformen aufweist, wobei der Rotor und der Stator des ersten Generators jeweils einen Permanentmagnet oder jeweils eine Erregerspule aufweisen und die dadurch bedingten Erregerfelder einander entgegengesetzt sind und das Erregerfeld innerhalb des zweiten Generators aus einem Permanentmagnet oder einer Erregerspule oder mehreren gleichpolig orientierten Permanentmagneten oder Erregerspulen resultiert und der Rotor des ersten Generators und der Rotor des zweiten Generators entlang einer gemeinsamen Rotorachse, ohne Versatz zueinander starr miteinander verbunden sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Generatorenverband insbesondere für ein Fahrzeug, welcher mindestens zwei Generatorenpaare nach dem obigen Aspekt der Erfindung aufweist, wobei der Rotor des ersten Generatorenpaars und der Rotor des zweiten Generatorenpaars entlang einer gemeinsamen Rotorachse, um einen festgelegten, konstanten Rotationswinkel relativ zueinander verdreht und starr miteinander verbunden sind.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren. Die Figuren zeigen wenigstens teilweise schematisch:

1 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators;
2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators in der Rotorposition mit maximalem magnetischem Fluss;
3 die zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators in der Rotorposition mit minimalem magnetischem Fluss;
4 eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators im Querschnitt in der Rotorposition mit maximalem magnetischem Fluss;
5 eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators im Querschnitt in der Rotorposition mit maximalem magnetischem Fluss;
6 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators im Querschnitt in der Rotorposition mit minimalem magnetischem Fluss
7 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorenverbands; und
8 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorenverbands.

1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3.
Der Stator 2 besitzt einen mittigen Hohlzylinder 20, jeweils zwei Stirnflächen 21 und seitlich der beiden Stirnflächen 21 jeweils eine Statorpolscheibenvorrichtung 22. Die Polflächen des Rotors (320) weisen einen ausreichenden Abstand zum magnetisch leitfähigen Hohlzylinder (20) des Stators auf.
Der Rotor 3 besitzt einen mittigen Zylinder 31, dessen Symmetrieachse der Rotationsachse R entspricht, um die der Rotor 3 rotierbar gelagert ist. Die Begriffe Rotationsachse R und Rotorachse R sind gleichbedeutend. Der mittige Zylinder 31 des Rotors 3 besitzt seitlich seiner beiden Stirnflächen jeweils eine Rotorpolscheibenvorrichtung 32. Die Länge des mittigen Zylinders 31 entlang der Rotorachse R entspricht der Länge des mittigen Hohlzylinders 20 des Stators 2 entlang der Rotorachse R. In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Generators 1 befindet sich in dem mittigen Zylinder 31 ein Permanentmagnet, dessen Nordpol mit dem Buchstaben N und dessen Südpol mit dem Buchstaben S gekennzeichnet ist. Die Länge des Permanentmagnets entlang der Rotorachse R kann geringer als die Länge des mittigen Zylinders 31 oder genauso lang sein. Ist die Länge des Permanentmagneten kürzer als die Länge des mittigen Zylinders 31 ist die verbleibende Länge mit magnetisch leitfähigem Material ausgeglichen.
Der mittlere Hohlzylinder 20 des Stators 2 besitzt eine zentrale, zylinderförmige Aussparung, innerhalb welcher der mittige Zylinder 31 des Rotors 3 drehbar angeordnet ist. Der mittlere Hohlzylinder 20 des Stators 2 besitzt einen inneren Zylindermantel 23 und einen äußeren Zylindermantel 24. Der innere Zylindermantel 23 und der äu-ßere Zylindermantel 24 stellen beide selbst wiederum Hohlzylinder dar. Die innere Aussparung des inneren Zylindermantels 23 entspricht der zentralen, zylinderförmigen Aussparung des mittleren Hohlzylinders 20, innerhalb welcher der mittige Zylinder 31 des Rotors 3 drehbar angeordnet ist. Die innere Aussparung des äußeren Zylindermantels 24 entspricht in ihrem Durchmesser dem Durchmesser des inneren Zylindermantels 23. Der innere Zylindermantel 23 und der äußere Zylindermantel 24 sind beide Teile des Stators 2 und starr miteinander verbunden. Die linke bzw. rechte Stirnfläche 21 des mittigen Hohlzylinders 20 des Stators 2 setzt sich jeweils zusammen aus der linken bzw. rechten Stirnfläche des äußeren Zylindermantels 24 und der linken bzw. rechten Stirnfläche des inneren Zylindermantels 23.
In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Generators 1 ist eine Induktionsspule 25 in den inneren Zylindermantel 23 eingelassen. Somit befindet sich innerhalb der Induktionsspule 25 der mittige Zylinder 31 des Rotors 3 und somit der Permanentmagnet.
Die Statorpolscheibenvorrichtungen 22 sind mit den Stirnflächen 210 des äußeren Zylindermantels 24 des Stators 2 fest verbunden und bestehen in der gezeigten Ausführungsform aus flächigen Statorpolscheiben 220, welche einerseits entlang ihrer Längsachse parallel zur Rotorachse R ausgerichtet sind und andererseits entlang ihrer Querachse radial nach innen auf die Rotorachse R hin zulaufend angeordnet sind. Die einzelnen Statorpolscheiben 220 sind entlang des Umfangs der Stirnfläche 210 des äußeren Zylindermantels 24 des Stators 2 räumlich gegeneinander versetzt angeordnet. Diese räumlichen Versetzung zwischen zwei benachbarten Statorpolscheiben 220 entspricht einem definierten Kreisbogen entlang des Umfangs der ringförmigen Stirnfläche 210 des äußeren Zylindermantels 24 des mittigen Hohlzylinders 20 des Stators 2 und damit einem bestimmten Winkel zwischen zwei radialen Richtungen bezüglich der Rotorachse R, dem sogenannten Versetzungswinkel. Die Statorpolscheiben 220 jeder der beiden Statorpolscheibenvorrichtungen 22 besitzen eine bestimmte, miteinander übereinstimmende Anzahl und sind mit einer jeweils konstanten räumlichen Versetzung zwischen jeweils zwei benachbarten Statorpolscheiben 220 entlang des Umfangs der Stirnfläche 210 des äußeren Zylindermantels 24 angeordnet. Zum Zweck einer besseren Übersichtlichkeit sind in 1 nur einige der Statorpolscheiben 220 mit Bezugszeichen versehen.
Die beiden Rotorpolscheibenvorrichtungen 32 des Rotors 3 sind seitlich des mittigen Zylinders 31 des Rotors 3 mit den beiden Stirnflächen des mittigen Zylinders 31 starr verbunden. Die Rotorpolscheibenvorrichtungen 32 sind jeweils aus einem Rotorpolscheibenträger 321 und den Rotorpolscheiben 320 aufgebaut. Zur Verbesserung der Lesbarkeit sind in 1 nur einige der Rotorpolscheiben 320 mit Bezugszeichen versehen. In dieser Ausführungsform besitzen die Rotorpolscheibenträger 321 beispielsweise eine zylindrische Form, die Rotorpolscheibenträger 321 können jedoch auch eine andere Form aufweisen. Die Rotorpolscheibenträger 321 verbinden die Rotorpolscheiben 320 starr mit dem mittigen Zylinder 31 des Rotors 3. Die Rotorpolscheiben 320 weisen einen ausreichenden Abstand zum magnetisch leitfähigen mittigen Hohlzylinder 20 des Stators 2 auf, sodass die Rotorpolscheiben 320 den mittigen Hohlzylinder 20 des Stators 2 nicht berühren und der magnetische Widerstand zwischen den Rotorpolscheiben 320 und den Stirnflächen 210 groß ist.
Die flächigen Rotorpolscheiben 320 sind einerseits entlang ihrer Längsachse parallel zur Rotorachse R ausgerichtet und andererseits entlang ihrer Querachse radial zur Rotorachse R angeordnet. Die einzelnen Rotorpolscheiben 320 jeweils einer Rotorpolscheibenvorrichtung 32 sind entlang des Umfangs der Stirnfläche eines Rotorpolscheibenträgers 321 gegeneinander räumlich versetzt angeordnet. Die beiden Rotorpolscheibenvorrichtungen 32 und die beiden Statorpolscheibenvorrichtungen 22 besitzen jeweils dieselbe Anzahl an Rotorpolscheiben 320 bzw. Statorpolscheiben 220. Die Rotorpolscheiben 320 einer jeweiligen Rotorpolscheibenvorrichtung 32 sind entlang des Umfangs eines Rotorpolscheibenträgers 321 so gegeneinander um denselben Versetzungswinkel versetzt angeordnet wie die Statorpolscheiben 220 einer jeweiligen Statorpolscheibenvorrichtung 22, dass es innerhalb einer Umdrehung des Rotors mehrere Positionen des Rotors gibt, bei denen alle Rotorpolscheiben 320 einer jeweiligen Rotorpolscheibenvorrichtung 32 mit allen Statorpolscheiben 220 der jeweils angrenzenden Statorpolscheibenvorrichtung 22 unter Ausbildung von Luftspalten 4 zwischen jeweils angrenzenden Rotorpolscheiben 320 und Statorpolscheiben 220 zu liegen kommen. Befindet sich der Rotor in diesen Positionen, ist ein magnetischer Kreis zwischen Stator 2 und Rotor 3 geschlossen, da der mittlere Zylinder 31 des Rotors 3, die Rotorpolscheiben 320, die Statorpolscheiben 220 und der äußere Zylindermantel 24 des mittleren Hohlzylinders 20 des Stators 2 magnetisch leitfähiges Material beinhalten. Diese Positionen des Rotors sollen hier als magnetisch geschlossene Rotorpositionen bezeichnet werden. Positionen des Rotors, welche zwischen magnetisch geschlossenen Rotorpositionen liegen, sollen hier als magnetisch geöffnete Rotorpositionen bezeichnet werden. In jeder magnetisch geschlossenen Rotorposition erreicht der magnetische Fluss durch die Induktionsspule 25 ein Maximum und nimmt ab, bis er in einer magnetisch geöffneten Rotorposition, welche sich jeweils mittig zwischen zwei magnetisch geschlossenen Rotorpositionen befindet, ein Minimum erreicht. Somit treten innerhalb von einer Umdrehung des Rotors mehrere Magnetflussoszillationen im Innern der Induktionsspule 25 auf. Die Anzahl der Magnetflussoszillationen im Innern der Induktionsspule 25 pro Umdrehung des Rotors entspricht der Anzahl der Polscheiben 220 bzw. 320 innerhalb einer Polscheibenvorrichtung 22 bzw. 32. 1 zeigt den Rotor 3 in einer magnetisch geschlossenen Rotorposition.
In dieser Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, den Permanentmagnet in dem mittleren Zylinder 31 des Rotors 3 durch eine Erregerspule mit entsprechender Kontaktierung zu ersetzen. Um die Kontaktierung einer Erregerspule zu erleichtern und beispielsweise auf Kontaktschleifringe verzichten zu können, kann die Erregerspule alternativ durch einen separaten Wicklungsdraht auf den Spulenkern der Induktionsspule 25 in dem inneren Zylindermantel 23 des mittigen Hohlzylinders 20 des Stators 2 aufgewickelt sein.
In dieser Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, dass der Permanentmagnet bzw. die Erregerspule eine andere Stärke bzw. Größe aufweist, was den maximalen und minimalen Magnetfluss durch die Induktionsspule 25 gegenüber einer anderen Dimensionierung von Permanentmagnet bzw. Erregerspule und Induktionsspule 25 verändert und so die Amplitude der in der Induktionsspule 25 induzierten Spannung beeinflusst. Da aufgrund der statischen Anordnung der Induktionsspule Schleifringe nicht erforderlich sind, kann die Induktionsspule aus einer oder aus vielen separaten Wicklungen (1-, bi-filar, K-filar) gewickelt sein. Eine Optimierung von Induktionsspannung und Stromstärke, bzw. Innenwiderstand der Induktionsspule für konkrete Anwendungen ist durch Verschaltung der Wicklungen nachträglich, auch während des Betriebs möglich. Gleiches gilt für die Dimensionierung der Erregerspule.
2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators 1 in der Rotorposition mit maximalem magnetischem Fluss durch die Induktionsspule 25, also in einer magnetisch geschlossenen Rotorposition. 2 zeigt links einen Querschnitt des Generators 1, wobei die Rotorachse R in der Bildebene liegt, und rechts einen Querschnitt senkrecht zur Rotorachse durch eine Statorpolscheibenvorrichtung 22 und die direkt daran angrenzende Rotorpolscheibenvorrichtung 32. Die rechte Darstellung von 2 zeigt, dass alle Rotorpolscheiben 320 jeweils einer Rotorpolscheibenvorrichtung 32 über jeweils einen Rotorpolscheibenträger 321 in Form eines Rings magnetisch leitfähigen Materials magnetisch miteinander verbunden sind. Jede der beiden Rotorpolscheibenvorrichtungen 32 besitzt einen solchen magnetischen Verbindungsring 321, welcher magnetisch mit dem Permanentmagnet des mittleren Zylinders 31 gekoppelt ist.
In dieser Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, den Permanentmagnet in dem mittleren Zylinder 31 des Rotors 3 durch eine Erregerspule mit entsprechender Kontaktierung zu ersetzen. Um die Kontaktierung einer Erregerspule zu erleichtern und beispielsweise auf Kontaktschleifringe verzichten zu können, kann die Erregerspule alternativ durch einen separaten Wicklungsdraht auf den Spulenkern der Induktionsspule 25 in dem inneren Zylindermantel 23 des mittigen Hohlzylinders 20 des Stators 2 aufgewickelt sein.
3 zeigt die zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators 1 in einer Rotorposition mit minimalem magnetischem Fluss durch die Induktionsspule 25, also in einer magnetisch geöffneten Rotorposition. 3 zeigt links einen Querschnitt des Generators 1, wobei die Rotorachse R in der Bildebene liegt, und rechts einen Querschnitt senkrecht zur Rotorachse R durch eine Statorpolscheibenvorrichtung 22 und die direkt daran angrenzende Rotorpolscheibenvorrichtung 32.
4 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators 1 im Querschnitt, wobei die Rotorachse R in der Bildebene liegt, in einer magnetisch geschlossenen Rotorposition. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Permanentmagnet nicht in dem mittleren Zylinder 31 des Rotors 3 sondern in dem äußeren Zylindermantel 24 des Stators 2. Der mittlere Zylinder 31 des Rotors 3 beinhaltet lediglich magnetisch leitfähiges Material. Auch bei dieser Ausführungsform besteht in magnetisch geschlossener Rotorposition ein geschlossener magnetischer Kreis zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 über den hohlzylinderförmigen Permanentmagnet in dem äußeren Zylindermantel 24, die Statorpolscheiben 220, den Luftspalt 4, die Rotorpolscheiben 320, die Rotorpolscheibenträger 321 und den an die beiden Rotorpolscheibenträger 321 magnetisch angekoppelten mittleren Zylinder 31 des Rotors 3.
In dieser Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, den Permanentmagnet in dem äußeren Zylindermantel 24 des Stators 2 durch eine Erregerspule mit entsprechender Kontaktierung zu ersetzen.
5 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators 1 in einer magnetisch geschlossenen Rotorposition in der Querschnittsansicht, wobei die Rotorachse R in der Bildebene liegt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich jeweils ein Permanentmagnet in dem mittleren Zylinder 31 des Rotors 3 und in dem äußeren Zylindermantel 24 des mittigen Hohlzylinders 20 des Stators 2, wobei die beiden Permanentmagnete in dem Generator 1 räumlich gleichpolig orientiert sind, so dass das aus ihnen resultierende Magnetfeld verstärkt wird und der Magnetfluss durch die Induktionsspule 25 erhöht wird.
In dieser Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, einen oder beide Permanentmagnete durch jeweils eine auf oder neben die Induktionsspule 25 gewickelte Erregerspule mit entsprechender Kontaktierung zu ersetzen.
6 zeigt eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators 1 in einer magnetisch geschlossenen Rotorposition in der Querschnittsansicht, wobei die Rotorachse R in der Bildebene liegt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich jeweils ein Permanentmagnet in dem mittleren Zylinder 31 des Rotors 3 und in dem äußeren Zylindermantel 24 des mittigen Zylinders 20 des Stators 2, wobei die beiden Permanentmagnete in dem Generator 1 räumlich gegenpolig orientiert sind, so dass die jeweils resultierenden Magnetfelder einander entgegengesetzt sind.
In dieser Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, einen oder beide Permanentmagnete durch jeweils eine Erregerspule mit entsprechender Kontaktierung zu ersetzen.
In dieser Ausführungsform erreicht der magnetische Fluss durch die Induktionsspule 25 in einer magnetisch geschlossenen Rotorposition sein Minimum.
7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorenverbands 5. Der Generatorenverband 5 besteht aus N erfindungsgemäßen Generatoren 1 jeweils gemäß einer der obigen bevorzugten Ausführungsformen (erste, zweite, dritte oder vierte Ausführungsform) wobei deren Statoren 2 räumlich gleich orientiert und deren Rotoren 3 entlang der gemeinsamen Rotorachse R um einen festgelegten, konstanten Rotationswinkel relativ zueinander verdreht und starr miteinander verbunden sind. 7 zeigt in der mittleren Darstellung den Generatorenverband 5 im Querschnitt, wobei die Rotorachse R in der Bildebene liegt. In der linken und rechten Darstellung zeigt 7 jeweils einen Querschnitt senkrecht zur Rotorachse R durch eine Statorpolscheibenvorrichtung 22 und die direkt daran angrenzende Rotorpolscheibenvorrichtung 32 des jeweils linken und rechten Generators 1, wobei sich der Rotor 3 des Generators 1 in der linken Position des Generatorenverbands 5 in einer magnetisch offenen Rotorposition und der Rotor 3 des Generators 1 in der rechten Position des Generatorenverbands 5 in einer magnetisch geschlossenen Rotorposition befindet.
Ein solcher Generatorenverband 5 ermöglicht es, N phasenverschobene induzierte Spannungen bereitzustellen. Andererseits hat der Generatorenverband 5 den Vorteil, aus dem Stillstand heraus ein geringeres sogenanntes Losbrechmoment zu besitzen als ein einzelner Generator 1, da der gemeinsame Rotor 3a des Generatorenverbands 5 sich im Stillstand unter Minimierung des resultierenden herrschenden magnetischen Drehmoments auf die Rotorpolscheiben 320 der N Generatoren 1 so einstellt, dass die rechtsdrehenden und linksdrehenden Drehmomente einander kompensieren. Vorzugsweise befinden sich innerhalb des Generatorenverbandes Rotoren kurz vor der magnetisch geschlossenen Position, andere kurz nach der magnetisch geschlossenen Position. Deren Drehmomente heben sich im Generatorenverband weitestgehend auf. Damit muss lediglich das Drehmoment für den Rotor, der sich gerade in der magnetisch geschlossenen Position befindet, aufgewendet werden. Bezogen auf die Anzahl der Generatoren im Generatorenverband entspricht die dafür notwendige Kraft, bzw. das notwendige Drehmoment nur einem Bruchteil gegenüber einer Anordnung ohne Versatz der Rotoren zueinander. Durch die gegeneinander phasenverschobenen magnetisch offenen und magnetisch geschlossenen Rotorpositionen der N Generatoren im Generatorenverband 5 wird ebenfalls ein gleichmäßigerer Lauf des gemeinsamen Rotors 3a im Vergleich zu einem einzelnen Generator 1 ermöglicht. Vibrationen während des laufenden Betriebs des Generatorenverbands 5 werden dadurch vermindert. Dies erhöht insgesamt den Wirkungsgrad des Generatorenverbands 5 und reduziert den mechanischen Verschleiß.
8 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Generatorenverbands 5. Der Generatorenverband 5 besteht aus N erfindungsgemäßen Generatoren 1, wobei paarweise ein Generator 1 (links) mit gegenpolig orientierten Permanentmagneten und ein Generator 1 (rechts) mit einem einzelnen Permanentmagnet ausgestattet ist. Die Statoren 2 der Generatoren 1 sind wieder räumlich gleich orientiert, während die Rotoren 3 der Generatorenpaare entlang der gemeinsamen Rotorachse R um einen festgelegten, konstanten Rotationswinkel relativ zueinander verdreht und starr miteinander verbunden sind. 8 zeigt in der mittleren Darstellung den Generatorenverband 5 im Querschnitt, wobei die Rotorachse R in der Bildebene liegt. In der linken und rechten Darstellung zeigt 8 jeweils einen Querschnitt senkrecht zur Rotorachse R durch eine Statorpolscheibenvorrichtung 22 und die direkt daran angrenzende Rotorpolscheibenvorrichtung 32 des jeweils linken und rechten Generators 1, wobei sich beide Rotoren 3 der Generatoren 1 jeweils in einer magnetisch geschlossenen Rotorposition befinden. Der Generator 1 (links) mit den gegenpolig orientierten Permanentmagneten weist in der dargestellten Position die maximale Abstoßung auf, während der Generator 1 (rechts) in dieser Position die maximale Anziehung aufweist, In der Folge heben sich diese Kräfte weitestgehend auf, infolge dessen das Losbrechmoment zum Anlauf des Generatorenverbundes 5 minimiert wird. Wie bereits oben dargestellt, besteht allerdings hinsichtlich des magnetischen Flusses durch die Induktionsspulen 25 innerhalb eines Generatorenpaars eine Phasenverschiebung von 180°.
Bezugszeichenliste

1: Generator
2: Stator
3, 3a: Rotor, Rotorverband
4: Luftspalt
5: Generatorenverband20 mittiger Hohlzylinder des Stators
21: Stirnflächen des mittigen Hohlzylinders des Stators
22: Statorpolscheibenvorrichtung des Stators
23: Innerer Zylindermantel des mittleren Hohlzylinders des Stators
24: Äußerer Zylindermantel des mittleren Hohlzylinders des Stators
25: Induktionsspule
210: Stirnfläche des äußeren Zylindermantels des mittigen Hohlzylinders des Stators
220: Statorpolscheibe des Stators
31: mittiger Zylinder des Rotors
32: Rotorpolscheibenvorrichtung des Rotors
320: Rotorpolscheibe des Rotors
321: Rotorpolscheibenträger
R: Rotationsachse, Rotorachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2263373 [0003]

Claims

Generator (1), insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens einen Stator (2) und wenigstens einen Rotor (3), wobei der Rotor (3) gegenüber dem Stator (2) um eine Rotorachse (R) rotierbar gelagert ist, der Stator (2) einen mittigen Hohlzylinder (20), dessen Symmetrieachse der Rotorachse (R) entspricht, und seitlich der beiden Stirnflächen (21) des mittigen Hohlzylinders (20) jeweils eine Statorpolscheibenvorrichtung (22) aufweist, der mittige Hohlzylinder (20) des Stators (2) entlang seiner Symmetrieachse einen inneren Zylindermantel (23) und einen äußeren Zylindermantel (24) aufweist, der innere Zylindermantel (23) eine Induktionsspule (25) aufweist, deren Symmetrieachse der Rotorachse (R) entspricht, die beiden Statorpolscheibenvorrichtungen (22) jeweils eine festgelegte Anzahl von flächigen Statorpolscheiben (220) aus magnetisch leitfähigem Material aufweisen, welche sich flächig von den beiden Stirnflächen (210) des äu-ßeren Zylindermantels (24) aus wenigstens im Wesentlichen parallel zur Rotorachse (R) und in wenigstens im Wesentlichen radialer Richtung erstrecken und entlang des Umfangs der Stirnfläche (210) des äußeren Zylindermantels (24) räumlich versetzt angeordnet sind, der Rotor (3) einen mittigen Zylinder (31), der innerhalb des mittigen Hohlzylinders (20) des Stators (2) angeordnet ist, und seitlich der beiden Stirnflächen des mittigen Zylinders (31) jeweils eine Rotorpolscheibenvorrichtung (32) aufweist, die beiden Rotorpolscheibenvorrichtungen (32) jeweils die festgelegte Anzahl von flächigen Rotorpolscheiben (320) aufweisen, welche sich flächig von den beiden Stirnflächen des mittigen Zylinders (31) aus wenigstens im Wesentlichen parallel zur Rotorachse (R) und in wenigstens im Wesentlichen radialer Richtung erstrecken und entlang des Umfangs der Stirnfläche des mittigen Zylinders (31) mit derselben räumlichen Versetzung angeordnet sind wie die Statorpolscheiben (220), sodass bei mehreren Rotationspositionen des Rotors (3) relativ zum Stator (2) die Rotorpolscheiben (320) mit den jeweils gegenüberliegenden Statorpolscheiben (220) entlang der jeweils selben radialen Richtungen getrennt durch jeweils einen Luftspalt (4) zu liegen kommen und der mittlere Zylinder (31) des Rotors (3) oder der äußere Zylindermantel (24) des Stators (2) oder jeweils beide mindestens einen Permanentmagnet und/oder mindestens eine Erregerspule aufweisen und/oder mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule (25) gewickelt ist, wobei bei Drehung des Rotors (3) gegenüber dem Stator (2) innerhalb der Induktionsspule (25) mehrere Magnetflussoszillationen pro Umdrehung auftreten.
Generator (1) nach Anspruch 1, wobei der mittlere Zylinder (31) des Rotors (3) und der äußere Zylindermantel (24) des Stators (2) jeweils mindestens einen Permanentmagnet aufweisen.
Generator (1) nach Anspruch 2, wobei mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule (25) gewickelt ist.
Generator (1) nach Anspruch 1, wobei der äußere Zylindermantel (24) des Stators (2) magnetisch leitfähiges Material aufweist und der mittlere Zylinder (31) des Rotors (3) mindestens einen Permanentmagnet aufweist.
Generator (1) nach Anspruch 4, wobei der äußere Zylindermantel (24) des Stators (2) mindestens eine Erregerspule aufweist und/oder mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule (25) gewickelt ist.
Generator (1) nach Anspruch 1, wobei der mittlere Zylinder (31) des Rotors (3) magnetisch leitfähiges Material aufweist; der äußere Zylindermantel (24) des Stators (2) mindestens einen Permanentmagnet aufweist.
Generator (1) nach Anspruch 6, wobei der mittlere Zylinder (31) des Rotors (3) mindestens eine Erregerspule aufweist und/oder mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule (25) gewickelt ist.
Generator (1) nach Anspruch 1, wobei der mittlere Zylinder (31) des Rotors (3) magnetisch leitfähiges Material aufweist; der äußere Zylindermantel (24) des Stators (2) magnetisch leitfähiges Material aufweist und der mittlere Zylinder (31) des Rotors (3) oder der äußere Zylindermantel (24) des Stators (2) oder jeweils beide mindestens eine Erregerspule aufweisen und/oder mindestens eine Erregerspule auf den Spulenkern der Induktionsspule (25) gewickelt ist.
Generator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Permanentmagnet oder die mindestens eine Erregerspule eine andere Länge entlang der Rotorachse (R) aufweist als die Induktionsspule (25).
Generator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erregerfeld innerhalb des Generators (1) aus einem Permanentmagnet oder einer Erregerspule oder mehreren gleichpolig orientierten Permanentmagneten oder Erregerspulen resultiert.
Generator (1) nach Anspruch 2 oder 8, wobei der Rotor (3) und der Stator (2) des Generators (1) jeweils einen Permanentmagnet oder jeweils eine Erregerspule aufweisen und die dadurch bedingten Erregerfelder jeweils einander entgegengesetzt sind.
Ein Generatorenverband, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend: mindestens zwei Generatoren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rotoren (3) der Generatoren (1) entlang einer gemeinsamen Rotorachse (R) um einen festgelegten, konstanten Rotationswinkel relativ zueinander verdreht und starr miteinander verbunden sind.
Ein Generatorenpaar insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend einen ersten Generator (1) nach Anspruch 11 und einen zweiten Generator (1) nach Anspruch 10, wobei der Rotor und Stator des ersten Generators und der Rotor und Stator des zweiten Generators entlang einer gemeinsamen Rotorachse, gleich ausgerichtet und starr miteinander verbunden sind.
Ein Generatorenverband insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend mindestens zwei Generatorenpaare nach Anspruch 13, wobei der Rotor des ersten Generatorenpaars und der Rotor des zweiten Generatorenpaars entlang einer gemeinsamen Rotorachse, um einen festgelegten, konstanten Rotationswinkel relativ zueinander verdreht und starr miteinander verbunden sind.