DE1538051A1 - Wechselstromgenerator mit Drehmagnet und mit veraenderbarer Spannung,insbesondere fuer die Betaetigung der Kraftuebertragung bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

• '#echselstromgenerator mit Drehmagnet und mit veränderbarer Spannungt insbesondere für die Betätigung der Kraftübertragung bei Kraftfahrzeugen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steuereinrichtungenp welche die Kraftübertragung eines Motorsg insbesondere bei Kraftfahrzeugen bewirkeng wobei diese Steuerung durch einen Wechselstromgenerator vorgenommen wirdp dessen Ausgangsspannung eine Funktion einerseits der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Drehzahl des Motors ist und andererseits der Belastung des Motorsg wodurch es möglich wird, automatisch kontinuierlich oder stufenweise das Verhältnis der Untersetzung zwischen dem Motor und der die Leistung abführenden Welle anzupassen.
• Bei solchen.Einrichtungen verschiebtsich der Rotor gegenüber dem Stator eines Tachometergenerators mit Permanentmagneten in Ab- hängigkeit von der 1,1otorbelastung.
• Die besonderen Vorteile dieser Anordnung sind das Fehlen jeder reibenden oder gleitenden Berührung bei der Beeinflussung des glechselstromgenerators durch die Motorbelastung und ein wegen des Fehlens Jegli ohen zusätzlichen Vorwiderstandes auf ein Minimum reduzierter innerer '#iiderstand des Wechselstromgenerators.
• Die gleiche Einwirkung des Lastfaktors kann statt durch eine den Rotor oder den Stator beeinflussende Gleit- und Schiebebewe#-,ang, die eine hohe Präzision der #:echanik verlangtp erreicht werden durch eine Winkelversetzung eines Abschnitts der Statorpole; eine derartige Anordnung ist leichter zu verwirklichen.
• Die vorliegende Erfindung betrifft gerade einen derartigen Genera-C> torp der dadurch gekennzeichnet istg daß die angegebene 'Ninkelversetzung in Abhängigkeit von der Motorbelastung die gleichnamigen Pole gegenüber den anderen bewegt werden. Die Erfindun.:-. ist ausserdem gekennzeichnet durch die Anordnung und Formder Pole, die die gewünschte Beziehung für die Spannungsänderung am Generatorausgang in Abhängigkeit von der Motorbelastung zu erzielen gestatten. Um eine wirkungsvolle und weiche Verschiebung der gleichnamigen Pole der Maschine gegenüber den anderen zu erreichen und auch eventuell die Ausgangsspannung zu Null werden zu lassen, muß die Form der Pole so seing daß keine 'Durchdringungen auftreteng d.h. daß jeder Pol nur etwa die Hälfte der Länge oder Dicke des 1,1agneten bedecken darf.
• Ein erfindungsgemässer Tachometergenerator kann daher in seiner Stellung fÜr maximalen nutzbaren Fluß nur ungefähr die Hälfte der Spannung einer üblichen Maschine lieferng gleichgültig, wie die Pole geformt sindt trapezförmig» dreiecksförmigg treppenförmig usw.. Die Erfahrung zeigt demgegenüber jedoch, daß ein derartiger Generator nicht voluminöser ist als eine Maschine mit verschiebbarem Stator oder Rotorg was von den ungenützten Räumen herrührt, die eine derartige Maschine notwendigerweise aufweist.
• Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird nachfolgend eine als Beispielg nicht als Begrenzung der Erfindung aufzufassendeg besonders zweckmässige Ausführungsform beschrieben» die durch die Zeichnungen verdeutlicht wirdp die folgend'es zeigen: Fig. 1 einen Achsenschnitt durch einen erfindungsgemässen Generator mit einer einzigen Spule als Statorg deren Achse mit der des Rotormagneten zusammen ällt; Fig, 2 eine perspektivische Ansicht des Generatorsl, bei dem einige Teile weggebrochen sind; Fig- 3 eine Teilabwicklung der Polschuhe des Stators und der Magnetpole zur Klarstellung der Grössenverhältnisse und der Arbeitsweise; Fig-, 4 ein Oszillogrammy das die von dem Generator in Abhängigkeit von der Zeit abgegebene Spannung bei einer Drehzahl von 2ooo Upm mit einem sechspoligen Generator wiedergibt; Fig- 5 kurvenmässige Darstellung der repräsentativen Kurven der von dem Generator gelieferten Spannung in Abhängigkeit von der Winkelverschiebung der Statorpolschuhe für zwei Rotordrehzahlen; Fig. 6 Schaltbild einer Anordnung unter Benutzung der Erfindung zur Betätigung des Gangwechsels eines Zweiganggetriebes für Kraft-Fahrzeuge.
• Nach Fig. 1 wird die sogenannte "Schraubenzieher"-,Ankupplung zwischen dem Generator und einer Getriebeausgangswelle oder einer Motorwelle des Fahrzeugs durch ein geschlitztes Element 1 herbeigeführty das durch einen Stift 3 die Achse 2 des Generatorrotors in Drehung versetzt. Das schlitzförmige Teil 1 und der Stift 3 bilden zusammen mit den-vorgesehenen zugehörigen Spielräumen eine Oldham-Halbkupplung. Die Achse 2 läuft in einem Lager 4 aus Sintermetallg das in einem Gehäuse 5 aus nichtmagnetischem Wärkstoff liegt, welches den Generator umgibt. Die Achse 2 besitzt eine Schulter 69 die in Verbindung mit einer von Odem Gehäuse 5 aufgenommenen Lippendichtung 7 die Abdichtung des Generators vornimmt.
• Jenseits der Schulter 6 trägt die Achse 2 einen Mehrpolmagneten 8' der an seinem Umfang abwechselnd Nord- und Südpole aufweist. Der Magnet besitzt z.B. drei Nordpole und drei Südpole. Die Polschuhe des Stators haben die Form kurzer Finger aus weichmagnetischem Werkstoff und decken jeder weniger als die Hälfte der Länge des Magneten ab. Es sind drei linkaliegende Finger 9 und drei rechtsliegende Finger lo vorgesehenp die bei maximalem Fluß gleichen Abstand besitzen (z.B. stehen die Finger 9 gegenüber den Nordpolen und die Finger lo gegenüber den Südpolen). Diese Finger setzen sich in üblicher Weise in Ringe 11 und 12 fortg und der magnetische Kreis wird geschlossen durch einen Ring 13, der eine Wicklung 14 umschließt, die auf einen isolierenden SpulenkÖrper 15 gewickelt isty dessen Innendurchmesser etwas grösser ist als der Aussendurchmesser der Finger gy damit diese letzteren sich leicht bewegen können. Die Wicklungsenden werden mit Laschen 16 auf einem Isolierteil 17 befestigtv der seinerseits auf dem Gehäuse mit einer Schraube 18 angebracht istg deren Ende 19 beim Umlaufen sowohl die feststehenden Polschuhe lo als auch den Ring 12 anhält.
• Die Winkellage des Ringes 11 und der Polschuhe 9 wird verändert mittels eines Bauteils 2o# das eine fast ebene Feder darstelltg die drei Arme aufweistg deren jeder einen Schlitz 22 besitztg der einen an dem Ring 11 befestigten Fortsatz 21 aufnimmt; der Ring 11 weist eine Schulter 11 1 auf. Diese Schulter sichert die Lage des Ringes 11 in radialer und axialer Richtung gegenüber dem Ring 13. Eines der beiden-Teile 11 oder 13 besteht zweckmässigerweise aus ölgetränktem Sintermetall.
• Die Feder 2o, istg z.B. durch Quetschverbindung» an einer Achse 23 befestigt» deren '#,inkelstellungjvon"der ßfotorbelastung abhängig isty wobei als vermittelndes Bauelement etwa das Gaspedal dient. Fige 2 zeigt noch einmal die meisten Bauteile der Fig. 1. Der gTößte Teil des Gehäuses 5 und des Ringes 13 sind der verbesserten Übersichtlichkeit halber fortgelassen worden. Deutlich sind insbesondere die Gestalt der Polschuhe 9 und lo und der Feder 20 zu erkennen.
• In Fig, 3, die eine Abwicklung der Polschuhe des Rotors und des Stators-darstellt», sind drei feststehende Polschuhe loey lof und log zu erkennen sowie zwei bewegliche Folschuhe ge und gf.. Als schraffierte Zonen sind in der Abbildung die Abschnitte der abgewickelten Magnetfläche dargegtelltp die Magnetpole bilden.
• Wenn die Polschuhe, 9 die Stellung a einnehmeng hat der Fluß seinen Höchstwert sowohl in den feststehenden wie in den beweglichen Polschuhen; die Generatorspannung erreicht ihren Höchstwert.
• Wenn die Polschuhe sich in der Stellung b befindeng nehmen die Pol- schuhe 9 und lo einen Fluß gleichen Vorzeichens aufg und die Generatorspannung ist Null.
• In den'Zwischenstellungen erreicht die Spannung ebenfalls einen Zwis.chenwert, Wenn man die Verhältnisse zwischen der nutzbaren Grösse der Magnetpole und der Grösse der Trapezep die die Statorpolschuhe bildeng beachtety kann man gleichzeitig eine Sinuswellenform des Generatorstroms und die gewünschte Änderung der Spannung in Abhängigkeit vom Winkel erzielen. Insbesondere ist in der Umgebung des maximalen Flusses ein Bereich zu gewinnen, in dem die Drehung der Achse 23 nur gerinjen Einfluß auf die Spannung hat. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft für die Betätigung des Gangwechsels bei automatischen Fahrzeuggetriebeng bei denen es wünschenswert istg eine Zone von irfi wesentlichen konstanter Spannung über einen Bereich von etwa 30 % des gewählten Gesamtwinkels zu habeng um unnötige Gangwechsel zu verhindern.
• Bei einer praktischen Ausführungsform eines sechspoligen Generators nimmt jeder Magnetpol einen Winkel von 30 0 ein und ist von seinem Nachbarn um ein gleiches Intervall getrennt. Die grosse Bgis des Trapezes jedes Polschuhs 9 und lo stellt einen Winkel von 58 0 dar, während die kurze Basis einen Winkel von 50 0 überdeckt. Der Magnetdurchmesser ist das 1945-fache seiner Längeg der Luftspalt macht das 0903-fache des Rotorradius aus. Diese Werte sind als Aus-, führungsbeispielg nicht als Begrenzung der Erfindung aufzufassen. Einer der Vorteile dieser Ausführungsform mit trapezfÖrmigen kurzen Fingern isty daß diese leichter durch Ziehen herzustellen ilind als Fingerg die so lang wie der Magnet sindl wie z.B. bei den Generatoren mit gleitendem Rotor oder Stator (alternateurs ä coulissement du rotor ou du stator). Das Herausführen der Drähte dieses Generators mit verschiebbaren Folen macht keine besonderen Schwierigkeiten.
• In Fig- 4 ist das Üszillogramm der von dem Generator nach Fig.1 in seiner Ausführungsform mit sechs Polen in Abhängigkeit von der Zeit gelieferten 3pannung für fünf Werte der Winkelverschiebung der beweglichen Polschuhe 9 wiedergegebeng und zwar für 0 0 9 25 0 » 40 0 9 50 0 und 6o0, wobei die Verschiebung 0 0 der Stellung mit gleichabständigen Polen entspricht.
• Fig- 5 stellt kurvenmässig, die Generatorspannung in Abhängigkeit vom Verschiebungswinkel 6# für zwei Drehgeschwindigkeiten V 1 und V 2 dar.
• Fig. 6 ist ein Frinzipschaltbild einer-erfindungsgemässen Anordnung zum Betätigen des Gangwechs,els eines Zweiganggetriebes für Kraftfahrzeuge.
• Per Magnet 8 dreht sich in Verbindung mit einer Welle des Motors oder des Schaltgetriebes vor der Wicklung 14v deren Spannung abhängt von der Winkellage der Achse 23, die mit dem Gaspedal 24. des Fahrzeugs verbunden ist. Die Spule 14 speist ein Potentiomter 25 mit zwei Gleitkontakten 26 und 279 deren Spannung, gleichgerichte t und durch Anfangswertverstärker 28 und 29 verstärkt, in bekannter 'Weise das Einrücken oder Herausnehmen der Gänge durch Elektromagnete, 3o und 31 steuert.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e -. 1. Steuerungseinrichtung zur Betätigung der Kraftübertragung eines Motorsp insbesondere eines Kraftfahrzeugmotorst mittels eines Wechselpolgeneratorst dessen Polrad Permanentmagnetisierung aufweist und der eine einzige Statorwicklung koaxial zum liotor aufweist sowie Statorpolschuhey die mit gleicher Polarität zu zwei Planschen zusammengefaßt sindy welche mit einem Ring zusammenwirkeng um den magnetischen Kreis zu schliessen und die Induktionsepule aufzunehmenp dadurch gekennzeichnetg daß einer der beiden Planschen um einen Winkelbetrag gegenüber dem anderen verschoben werden kanng um die Generatorspannung für eine besti=nte Drehgeschwindigkeit variieren zu lassen. 2. Generator nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnetg daß die Statorpolschuhe etwas weniger als die Länge des Rotorn bedeckeng so daß es möglich ist# den einen Plansch um eine volle Polteilung gegenüber dem anderen zu verdrehen. 3. Generators nach Anspru-ch 29 dadurch gekennzeichnet, daß die Polochuhe Trapezform besitzen. 4- Ausführungsform eines Generator* nach Anspruch 39 mit sechs Poleng die auf dem Polrad als sechs winkelmässig gegenüber dem Luftspalt gleichabständige aktive Zonen markiert sind und die jede auf-dem Polrad einen Bogen von 30 0 bedeckenp wobei ausserdem die grosse bzw. die kleine Basis der trapezförmigen Polschuhe des Stators am Luftspalt 58 0 bzw- 50 0 bedecken und wobei schließlich der Rotor aus einem einzigen zylindrischen Magneten besteht, dessen Durchmesser das 1945-fache der kagnetlänge ausmachtg und der einfache Luftspalt gleich dem 0203-fachen des Magnetradius ist (wobei die genannten Vierte in den Grenzen von 1 5 % schwanken könneng abgesehen von der Luftspaltgrösseg die um vieles mehr schwanken kann). 5. Anwendung des Generators nach Anspruch 1 zur Steuerung der Kraftübertragung eines Kraftfahrzeugesq wobei der Rotor zu diesem Zweck mit einer der Motor- oder Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit angetrieben wirdl die gegenseitige Winkelverschiebung der beiden Statorflanschen durch das Gaspedal gesteuert wird und die Ausgangespannung eine Kupplung und/oder ein Getriebe steuert.