DE1088600B - Electric power generator, especially for use as an alternator - Google Patents

Electric power generator, especially for use as an alternator

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DE1088600B DES59750A DES0059750A DE1088600B DE 1088600 B DE1088600 B DE 1088600B DE S59750 A DES59750 A DE S59750A DE S0059750 A DES0059750 A DE S0059750A DE 1088600 B DE1088600 B DE 1088600B
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    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
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Description

Elektrischer Stromerzeuger, insbesondere für die Verwendung als Lichtmaschine Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Stromerzeuger, insbesondere für die Verwendung als Lichtmaschine, mit umlaufendem Polrad aus Permanentmagneten, wobei Polrad- und Ständerbohrung derart geformt sind, daß durch eine axiale Verschiebung von Polrad und Ständer gegeneinander der wirksame Luftspalt selbsttätig geändert wird.Electric power generator, in particular for use as a generator The invention relates to an electric power generator, in particular for use as an alternator with a rotating pole wheel made of permanent magnets, wherein the pole wheel and stator bore are shaped in such a way that by axial displacement The effective air gap between the pole wheel and the stator is automatically changed will.

Es ist bekannt, Wechselstromgeneratoren mit einem Polrad aus Permanentmagneten auszurüsten, um Schleifringe und Bürsten für die Erregung zu vermeiden. Ferner haben diese Maschinen den Vorteil, daß mit Rücksicht auf die leichtere Beherrschung der Fliehkraft und auf den Wegfall des Kommutators größere Drehzahlen zugelassen sind, die Maschinen also verhältnismäßig leicht ausgeführt werden können. Ein Nachteil dieser bekannten Generatoren ergibt sich jedoch hinsichtlich der Regelung der von der Maschine erzeugten Spannung, insbesondere bei verschiedenen Drehzahlen. Bei kleinen Generatoren wurde bereits vorgeschlagen, einen Fliehkraftregler einzubauen, der zur groben Regelung der erzeugten Spannung- das Polrad des Stromerzeugers entgegen der Kraft einer Feder verstellt und damit den Luftspalt zwischen Polrad und Ständer selbsttätig ändert, womit eine Änderung der erzeugten Spannung verbunden ist.It is known, alternators with a pole wheel made of permanent magnets Equip to avoid slip rings and brushes for excitement. Also have these machines have the advantage that with regard to the easier control of the Centrifugal force and, if the commutator is no longer required, higher speeds are permitted, the machines can therefore be carried out relatively easily. A disadvantage However, this known generators arises in terms of the regulation of voltage generated by the machine, especially at different speeds. at small generators have already been proposed to incorporate a centrifugal governor, that for the rough regulation of the generated voltage - the pole wheel of the power generator against adjusted by the force of a spring and thus the air gap between the pole wheel and the stator changes automatically, which is associated with a change in the generated voltage.

Eine derartige Regeleinrichtung eignet sich für Lichtmaschinenanlagen von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen od. dgl. nicht,. denn die damit erzielte Regelgenauigkeit entspricht nicht den dort gestellten Forderungen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator der beschriebenen Art aufzubauen, der hinsichtlich der Genauigkeit den bekannten Einrichtungen wesentlich überlegen ist und der sich vor allem auch für größere'Leistungen ausführen läßt.Such a control device is suitable for alternator systems of motor vehicles, airplanes or the like. Not. because the control accuracy achieved with it does not meet the requirements made there. The invention has the task based on building a generator of the type described, which in terms of Accuracy is significantly superior to the known devices and that before especially for larger services.

Erfindungsgemäß wird der Stromerzeuger mit einer in Abhängigkeit- von elektrischen Größen, wie Strom oder Spannung,--arbeitenden Verschiebeeinrichtung ausgestattet. Da-d)xrch ist es möglich, sehr fein zu regeln und alle auftretenden Störgrößen, wie erhöhte Stromabnahme,. geringe Drehzahl usw., in einem einzigen Steuerglied zusammenzufassen.According to the invention, the power generator is provided with a of electrical quantities, such as current or voltage, - working displacement device fitted. Da-d) xrch it is possible to regulate very finely and all occurring Disturbance variables such as increased current consumption. low speed, etc., in a single To summarize control element.

Mit besonderem _ Vorteil wird dem verschiebbaren Polrad noch an- einer oder von beiden Seiten des Ständers ein Streujoch zugeordnet, so daß bei der Verschiebung des permanentmagnetischen Polrades nicht bloß eine Veränderung= des Luftspaltes zum Ständer, sondern außerdem auch -eine gegenläufiige Veränderung des Luftspaltes: zwischen. dem Polrad und dem Streujoch erreicht wird,--'wodurch ein erheblicher Anteil des Flusses von der aktiven Wicklung ferngehalten werden kann. Hierbei kann die dem Polrad zugewendete Fläche der Streujoche abgestuft oder auch konisch ausgeführt werden. Ein derartiges Streujoch kann entweder feststehend oder auch an dem Polrad befestigt ausgeführt werden, wobei es dann die seitliche Verschiebung des Polrades mitmacht. Durch die Neigung der Oberfläche sowie durch Abstände und Höhe einer etwaigen Abstufung kann den Erfordernissen der jeweils gewünschten Charakteristik weitgehend Rechnung getragen werden.The displaceable pole wheel is particularly advantageous or from both sides of the stand assigned a scattering yoke, so that when moving of the permanent magnet pole wheel is not just a change = the air gap to the stand, but also -an opposite change in the air gap: between. the pole wheel and the Streujoch is reached, - 'whereby a considerable Share of the flux can be kept away from the active winding. Here can the surface of the streujoche facing the pole wheel is stepped or conical will. Such a scattering yoke can either be stationary or also on the pole wheel be carried out attached, with it then the lateral displacement of the pole wheel participate. By the inclination of the surface as well as by the distances and height of any Gradation can largely meet the requirements of the particular characteristic desired To be taken into account.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Mit 1 ist die Welle der Maschine bezeichnet, die das Polrad 2 aus Permanentmagneten 4 trägt. Diesem Polrad ist ein Ständer 5 zugeordnet. Sowohl Polrad als auch Ständer sind konisch ausgeführt, so daß der Luftspalt 6 bei einer seitlichen Verschiebung des Polrades geändert wird. Mit 7 ist die Wicklung des Ständers bezeichnet, in,der bei dem Umlauf des Polrades Strom erzeugt wird. Mit 8 ist eine Feder bezeichnet, die das Polrad samt der Welle von rechts nach links drückt. 9 stellt eine von dem Maschinenstrom durchflossene Spule dar, die auf einen Eisenkörper 10 wirkt, der gleichfalls auf die Welle aufgesetzt ist. 11 ist eine Riemenscheibe, mit deren Hilfe der mechanische Antrieb auf die Maschine übertragen wird. 12 und 13 stellen Streujoche dar, die hier gleichfalls teilweise mit konischen Flächen 14 ausgeführt sind, denen entsprechende konische Stirnflächen 16 des Polrades zugeordnet sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei einer axialen Verschiebung des Rades ein erheblicher Teil des Kraftflusses unter Umgehung der Wicklung über die Streujoche fließt.An embodiment of the invention is shown in the drawing. The shaft of the machine, which carries the pole wheel 2 made of permanent magnets 4, is designated by 1. A stator 5 is assigned to this pole wheel. Both the pole wheel and the stator are conical so that the air gap 6 is changed when the pole wheel is shifted laterally. With 7 the winding of the stator is referred to, in which electricity is generated when the pole wheel rotates. With a spring is referred to, which presses the pole wheel together with the shaft from right to left. 9 shows a coil through which the machine current flows and acts on an iron body 10 , which is also placed on the shaft. 11 is a pulley with the help of which the mechanical drive is transmitted to the machine. 12 and 13 represent Streujoche, which are also partially designed here with conical surfaces 14, to which corresponding conical end faces 16 of the pole wheel are assigned. In this way it is achieved that when the wheel is axially displaced, a considerable part of the power flow flows over the Streujoche, bypassing the winding.

Für manche Anwendungszwecke kann es vorteilhaft sein, das Polrad gegenüber der Welle verschiebbar auszuführen, so daß die Welle selbst nicht axial verschoben wird, was eine Vereinfachung der Lagerung mit sich bringt und außerdem unerwünschte Lageveränderungen des Übertragungsmittels, wie der Riemenscheibe oder -des Zahnrads, vermeidet. Das Polrad ist in diesem Fall lediglich in Umfangsrichtung starr mit der Welle gekuppelt. Um den Luftspalt zwischen Polrad und Ständer auf einen Minimalwert zu begrenzen, kann ein Anschlag vorgesehen sein.For some applications it can be advantageous to have the pole wheel opposite execute the shaft displaceable, so that the shaft itself is not axially displaced becomes what a simplification of storage brings with it and besides unwanted changes in position of the transmission means, such as the pulley or -of the gear, avoids. In this case, the pole wheel is only in the circumferential direction rigidly coupled to the shaft. Around the air gap between the pole wheel and the stator To limit a minimum value, a stop can be provided.

Die angegebene Kombination ermöglicht es also, die Vorteile einer Maschine mit Permanenterregung, die insbesondere in geringem Material- und Gewichtsaufwand sowie in dem Wegfall jeglicher Bürsten bestehen, mit einer einfachen und praktisch verlustfreien Regelbarkeit zu verbinden. Im Zusammenhang mit Trockengleichrichtern, insbesondere Siliziumgleichrichtern, ist hierbei die Möglichkeit gegeben, den von der Maschine erzeugten ein- oder mehrphasigen Wechsel- oder Drehstrom gleichzurichten, so daß man eine einfache Lichtmaschine für Fahrzeuge jeglicher Art erhält. Hierbei treten die Vorteile des Wechselstromes insbesondere bei der Verwendung für verhältnismäßig hohe Leistungen stark in den Vordergrund. Die mit der Maschine zusammengebauten Siliziurrigleichrichter können vorzugsweise durch den Kühlstrom der Maschine gleichfalls gekühlt werden.The specified combination makes it possible to enjoy the advantages of a Machine with permanent excitation, which is particularly low in material and weight as well as the elimination of any brushes, with a simple and practical one to connect lossless controllability. In connection with dry rectifiers, in particular silicon rectifiers, the possibility is given here of the rectify single or multi-phase alternating or three-phase current generated by the machine, so that you get a simple alternator for vehicles of any kind. Here the advantages of alternating current occur in particular when used for proportionately high performance is in the foreground. The ones assembled with the machine Silicon rectifiers can also preferably be achieved by the cooling flow of the machine be cooled.

Die Neigung der Oberfläche des Polrades bzw. Ständers hat insbesondere den Vorteil, daß man mit sehr kleinen Axialbewegungen eine große Wirkung erzielen kann. Es ist also nur erforderlich, wenig Masse bzw. diese nur um einen kleinen Weg zu bewegen, was für die Regelungsvorgänge, insbesondere hinsichtlich der Spannung, von großem Vorteil ist.The inclination of the surface of the pole wheel or stator has in particular the advantage that you can achieve a great effect with very small axial movements can. So it is only necessary to have a little mass or this only by a small amount Move away what is responsible for the control processes, especially with regard to the voltage, is of great benefit.

Unter Umständen ist es auch möglich, in den durch die Verschiebung gewonnenen, vergrößerten Luftspalt noch Streukörper einzuschieben, wodurch gleichfalls eine Änderung der Durchflutung erreicht werden kann.Under certain circumstances, it is also possible to move in through the shift obtained, enlarged air gap still insert scattering body, which also a change in the flow rate can be achieved.

Durch die über das Streujoch bzw. etwaige Streukörper fließenden Kraftlinien werden auf das Polrad ebenfalls Kräfte mit in Axialrichtung liegenden Komponenten ausgeübt, die für die Zwecke der Erfindung ausgenutzt werden können. Zwecks Erzielung einer bestimmten Charakteristik kann die von .dem gemeinsamen Fluß zwischen Ständer und Polrad ausgeübte Kraft zur Verstellung des Polrades in axialer Richtung mit herangezogen werden. Die verschiedenen auf das Polrad einwirkenden Kräfte können derart abgestimmt sein, daß sich der Luftspalt selbsttätig auf einen Wert einstellt, durch den die Maschinenspannung unabhängig von der Drehzahl praktisch konstant gehalten wird. ;By the lines of force flowing over the scattering body or any scattering body Forces with components lying in the axial direction are also applied to the pole wheel exercised, which can be exploited for the purposes of the invention. In order to achieve a certain characteristic can be that of .dem common flow between stator and pole wheel with the force exerted to adjust the pole wheel in the axial direction can be used. The various forces acting on the pole wheel can be coordinated in such a way that the air gap automatically adjusts to a value through which the machine voltage is kept practically constant regardless of the speed will. ;

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrischer Stromerzeuger, insbesondere für die Verwendung als Lichtmaschine, mit umlaufendem Polrad aus Permanentmagneten, wobei Polrad- und Ständerbohrung derart geformt sind, daß durch eine axiale Verschiebung von Polrad und Ständer gegeneinander der wirksame Luftspalt selbsttätig geändert wird, dadurcfi gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebung durch Kräfte erfolgt, die in Abhängigkeit von elektrischen Größen, wie Strom oder Spannung, gesteuert werden. PATENT CLAIMS: 1. Electric power generator, especially for use as an alternator, with a rotating pole wheel made of permanent magnets, the pole wheel and stator bore being shaped in such a way that the effective air gap is automatically changed by an axial displacement of the pole wheel and stator against each other, dadurcfi characterized in that the axial displacement occurs through forces that are controlled as a function of electrical parameters such as current or voltage. 2. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polrad und Ständerbohrung oder wenigstens eines von beiden abgestuft ausgeführt sind. 2. Power generator according to claim 1, characterized in that the pole wheel and Stator bore or at least one of the two are carried out in a stepped manner. 3. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polrad sowie Ständerbohrung oder wenigstens eines von beiden konisch ausgeführt sind. 3. Power generator according to claim 1, characterized in that the pole wheel and the stator bore or at least one of the two are conical. 4. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer oder zu beiden Seiten des Ständers ein Streujoch angeordnet ist, über das gegebenenfalls ein erheblicher Teil des Magnetflusses fließt. 4. Power generator according to claim 1, characterized characterized in that a Streujoch arranged on one or both sides of the stand is through which a considerable part of the magnetic flux may flow. 5. Stromerzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl :die Stirnflächen des Polrades wie auch die diesen zugeordneten Flächen der Streujoche oder wenigstens eines von beiden konisch ausgeführt sind. 5. Power generator according to claim 4, characterized in that both: the end faces of the pole wheel as well as the surfaces of the Streujoche assigned to them or at least one of both are conical. 6. Stromerzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Polrades wie auch die diesen zugeordneten Flächen der Streujoche oder wenigstens eines von beiden abgestuft ausgeführt sind. 6. Power generator according to claim 4, characterized in that that the end faces of the pole wheel as well as the faces of the Streujoche assigned to them or at least one of the two are carried out in a stepped manner. 7. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag vorgesehen ist, der den Luftspalt zwischen Polrad und Ständer auf einen Minimalwert begrenzt. B. 7. Power generator after One of the preceding claims, characterized in that a stop is provided which limits the air gap between the pole wheel and the stator to a minimum value. B. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Federn vorgesehen sind, die den durch die Magnetkräfte zwischen Polrad und Ständer ausgeübten Zug wenigstens teilweise kompensieren. Electricity generator according to one of the preceding claims, characterized in that that springs are provided, which by the magnetic forces between the pole wheel and the stator At least partially compensate for the pull exerted. 9. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine besondere, von einem Steuerstrom durchflossene Magnetwicklung vorgesehen ist, die auf das Polrad eine Verstellkraft ausübt. 9. Power generator according to one of the preceding claims, characterized in that a special, of one Control current flowing through magnet winding is provided, which is on the pole wheel Adjusting force exerts. 10. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem gemeinsamen Fluß zwischen Ständer und Polrad ausgeübte Kraft zur Verstellung des Polrades in axialer Richtung zwecks Erzielung einer bestimmten Charakteristik mit herangezogen wird. 10. Power generator according to one of the preceding claims, characterized in that the common flux between the stator and the pole wheel force exerted to adjust the pole wheel in the axial direction in order to achieve this a certain characteristic is used. 11. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen, auf das Polrad einwirkenden Kräfte derart abgestimmt sind, daß sich der Luftspalt stelbsttätig auf einen Wert einstellt, durch den die Maschinenspannung unabhängig von der Drehzahl praktisch konstant gehalten wird. 11. Power generator after one of the preceding claims, characterized in that the different on Forces acting on the pole wheel are coordinated in such a way that the air gap is self-acting to a value that makes the machine voltage independent of the speed is kept practically constant. 12. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polrad gemeinsam mit der Welle verschiebbar ausgeführt ist. 12. Power generator according to one of the preceding Claims, characterized in that the pole wheel is displaceable together with the shaft is executed. 13. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polrad auf der Welle in Achsrichtung lose verschiebbar und lediglich in Umfangsrichtung starr gekuppelt aufgesetzt ist. 13. Power generator according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pole wheel is loosely displaceable on the shaft in the axial direction and is only attached rigidly coupled in the circumferential direction. 14. Lichtmaschine mit Wechselstromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumgleichrichter zur Gleichrichtung mit der Maschine zusammengebaut sind, die vorzugsweise durch den Kühlstrom der Maschine gleichfalls gekühlt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 420456, 883 621, 895620. 14. Alternator with alternator according to one of the preceding claims, characterized in that silicon rectifiers are assembled for rectification with the machine, which are preferably also cooled by the cooling flow of the machine. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 420456, 883 621, 895620.
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