DE1563319C3 - Permanentmagneterregter Wechselstromgenerator zum Steuern eines Wechselgetriebes oder einer Hauptkupplung von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen permanentmagneterregten Wechselstromgenerator mit von außen drehzahlunabhängig beeinflußbarer Spannungsabgabe zum Steuern eines Wechselgetriebes oder einer Hauptkupplung von Kraftfahrzeugen, dessen zum Rotor koaxiale Ständerwicklung von einem zylindrischen Wicklungsgehäuse aus magnetisch leitfähigem Material umgeben ist, wobei die sich gegenüberliegenden Seiten des Wicklungsgehäuses durch Ringe gebildet sind, die im Luftspalt der Polteilung des Rotors entsprechende, axiale Polschuhe aufweisen, und einer der Ringe mittels der Steuerelemente.für die Brennstoffzufuhr der Antriebsmaschine relativ zum anderen um die gemeinsame Achse verdreht werden kann, nach Anspruch 1 des Patentes 15 38 051.5. Die Spannungsabgabe des Wechselstromgenerators ist einerseits eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Drehzahl der Antriebsmaschine und andererseits der Belastung der Antriebsmaschine, wodurch es möglich . wird, automatisch das Untersetzungsverhältnis zwischen der Antriebsmaschine und der Getriebeabtriebswelle dem Bedarf anzupassen.

Der genannte Wechselstromgenerator mit gleichnamigen, als Block winkelig verdrehbaren Polschuhen arbeitet in der Regel einwandfrei. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei dessen Verwendung bei einem Verhältnis der Schaltdrehzahl bei voll durchgetretenem Gaspedal zur Schaltdrehzahl bei abgehobenem Fuß, das verhältnismäßig hoch ist (etwa 3), eine Winkelverdrehung der Polschuhe von einem geringen Wert (von etwa 1°) zu einer beträchtlichen Abweichung (von etwa 6 bis 7%) für die §chaltdrehzahl bei voll durchgetretenem Gaspedal führt. Dieser Nachteil läßt sich etwa dadurch beseitigen, daß ein genauer Anschlag vorgesehen und jedes innere Spiel vermieden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wechselstromgenerator nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß er zwischen seinen Endstellungen ein dem Gewünschten nahekommendes Spannungsänderungsverhältnis bei einer geringen Winkelempfindlichkeit an den Endpunkten hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nur ein Teil der gleichnamigen Polschuhe beweglich gemacht ist, während die restlichen gleichnamigen Polschuhe feststehend sind. Im Falle eines 6-Polgenerators sind beispielsweise jeweils zwei Polschuhe von dreien beweglich, was das gewünschte etwa bei 3 liegende Spannungsänderungsverhältnis ergibt.

Der nichtbewegliche Polschuh kann unter diesen Bedingungen mehr als die Hälfte der Länge des Rotors bedecken, was die vom Generator gelieferte Spannung entsprechend erhöht, jedoch das Verhältnis des Belastungsfaktors der Antriebsmaschine herabsetzt. Durch die Kombination dieser beiden Kenngrößen kann daher der gewünschte Belastungsfaktor erzielt werden.

Die Weiterbildung der Erfindung richtet sich auf die Anordnung und Form der Polschuhe, welche die gewünschte Beziehung für die Spannungsänderung am Generatorausgang in Abhängigkeit von der Belastung der Antriebsmaschine zu erzielen gestatten.

Um die Verdrehung eines Teils der gleichnamigen Polschuhe des Generators mit Bezug auf die anderen mit einer ausreichenden und weichen Wirkung zu ermöglichen, muß die Form der beweglichen Polschuhe sowie diejenige der gegenüberliegenden Polschuhe derart sein, daß sich keine Durchdringung ergibt, d. h.

daß jeder der beweglichen Polschuhe und ihr Gegenüber nur etwa die Hälfte der Länge oder der Dicke des Rotors bedecken können.
. Ein erfindungsgemäßer Wechselstromgenerator

kann daher in seiner Stellung für maximalen nutzbaren Fluß nur ungefähr die Hälfte der Spannung eines herkömmlichen Generators liefern, gleichgültig wie die Polschuhe geformt sind: trapezförmig, dreiecksförmig, treppenförmig usw.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Wechselstromgenerators mit einer einzigen Spule als Stator, deren Achse mit dem Rotormagneten zusammenfällt,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung des Generators von Fig. 1, wobei zur besseren Übersicht einige Teile weggelassen oder aufgebrochen sind,

F i g. 3 eine Teilabwicklung der Polschuhe des Stators und der Magnetpole des Rotors zur Klarstellung der Größenverhältnisse und der Arbeitsweise,

Fig.4 eine Graphik mit repräsentativen Kurven der von dem Generator gelieferten Spannung in Abhängigkeit von der Winkelverdrehung der Statorpolschuhe für zwei Rotordrehzahlen,

F i g. 5 einen der F i g. 1 entsprechenden Axialschnitt einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselstromgenerators,

Fig.6 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Statorkranzes,

F i g. 7 eine vergrößerte Detailansicht von F i g. 5,

Fig.8 eine vergrößerte Detailansicht von Fig.5, und F i g. 9 einen vergrößerten Teilschnitt von F i g. 5.

Nach Fig. 1 wird die Kupplung des Generators mit einer Getriebeabtriebswelle oder einer Fahrzeugmotorwelle durch eine an sich bekannte Antriebsverbindung herbeigeführt, welche durch die Teile 1, 2, 3 dargestellt ist. Die Achse 2 dreht sich in einem Lager 4 aus Sintermetall, das von einem Gehäuse 5 aus nichtmagnetischem Werkstoff gehalten wird, welches den Generator umgibt. Die Achse 2 ist mit einer Schulter 6 ausgebildet, die in Verbindung mit einer vom Gehäuse 5 getragenen Lippendichtung 7 die Abdichtung des Generators gewährleistet. Auf der dem Lager 4 abgekehrten Seite der Schulter 6 trägt die Achse 2 einen zylindrischen 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 von Fingern aus magnetischem Material. Es sind drei rechtsliegende Finger 10 und drei linksliegende Finger 9 vorgesehen, von denen nur zwei, nämlich die Finger 9/ und 9g-von der Winkelverschiebung beeinflußt werden (Fig.3). Der linke Finger 9e kann mehr als die Hälfte der Länge des Magneten bedecken, wie aus F i g. 1 und 3 ersichtlich ist, während die anderen Finger weniger als die Hälfte der Länge des Magneten bedecken. Der Finger 9eund die drei Finger 10 sind mit Bezug auf das Gehäuse 5 feststehend. Beim maximalen Fluß haben die drei linken Finger 9 und die drei rechten Finger 10 gleiche Abstände. Die feststehenden rechten Finger 10 setzen sich durch einen Ring 12 fort, während sich die beiden beweglichen Finger 9/und 9g durch einen Ring 11 fortsetzen, der sich in einem Schulterring 13 drehen kann, welcher den magnetischen Kreis schließt, indem · er eine Wicklung 14 umschließt, die auf einen isolierenden Spulenkörper 15 gewickelt ist, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der Finger 9 ist, damit die letzteren sich leicht bewegen können. Die Wicklungsenden sind durch Laschen 16 auf einem Isolierteil 17 befestigt, der seinerseits auf dem Gehäuse mit einer Schraube 18 angebracht ist, deren Ende 19 die feststehenden Polschuhe 10 und den Ring 12 gegen Drehung hält.

Die Winkellage des Ringes 11 und der Finger oder Polschuhe 9 wird durch ein Element 20 verändert, das einen Hebel bildet und in einen Schlitz 21 des Ringes 11 eintritt. Der Ring 11 wird axial gegen den Schulterring 13 durch die magnetischen Kräfte sowie durch einen festen Anschlag 24 gehalten, der gegebenenfalls ein Kippen infolge einer Störung des magnetischen Gleichgewichts in bestimmten Stellungen des Ringes 11 verhindert. Der Ring 13 wird im Gehäuse durch den Druck einer Feder 22 gehalten.

Der Hebel 20 ist in geeigneter Weise auf einer Achse 23 befestigt, deren Winkelstellung von der Motorbelastung abhängt und die beispielsweise ein Verbindungselement mit dem Gaspedal bilden kann.

Fig. 2 zeigt noch einmal die meisten Bauelemente der Fig. 1. Der größte Teil des Gehäuses 5 und der Schulterring 13 sind der übersichtlicheren Darstellung halber nicht gezeigt. Deutlich sind insbesondere die Gestalt der Polschuhe 9 und 10 und des Hebels 20 zu erkennen.

In Fig.3, die eine Abwicklung der Polschuhe des Rotors und des Stators darstellt, sind drei feststehende Polschuhe 1Oe, 10/; tOg und zwei bewegliche Polschuhe 9/und 9gzu erkennen. Als schraffierte Zonen sind in der Abbildung die Abschnitte der abgewickelten Magnetfläche dargestellt, welche die Magnetpole bilden.

Im Betrieb überquert der von einem Polschuh des Magneten stammende Magnetfluß den Luftspalt und tritt durch den gegenüberliegenden Polschuh hindurch, folgt dem Stator-Kranz, um durch die dem ersten benachbarten Polschuhe auszutreten, die sich auf der anderen Seite des Kranzes befinden und zu den Polschuhen zurückzukehren, die dem erwähnten Polschuh benachbart sind und die entgegengesetzte Polarität haben.

Wenn die Polschuhe 9 die Stellung a einnehmen, ist der Fluß maximal, sowohl in den feststehenden Polschuhen als auch in den beweglichen, und ist die Spannung des Generators maximal.

Wenn die Polschuhe 9/ und 9g die Stellung c einnehmen, nehmen die Polschuhe 9/ 9g einerseits und 10/ 10g- andererseits einen Fluß von gleichem Vorzeichen auf, und hat die Spannung des Generators ihren Mindestwert. Dieser Mindestwert ist nicht gleich Null und hängt unter anderem von der Zahl der der Verschiebung unterliegenden Pole 9 ab.

In den Zwischenstellungen b erreicht die Spannung ebenfalls einen Zwischenwert.

Wenn man die Verhältnisse zwischen der nutzbaren Größe der Magnetpole und der Größe der Trapeze, die die Statorpolschuhe bilden, beachtet, kann gleichzeitig eine Sinuswellenform des Generatorstroms beibehalten und die gewünschte Änderung der Spannung in Abhängigkeit vom Winkel erzielt werden.

Bei einer praktischen Ausführungsform eines sechspoligen Generators nimmt jeder Magnetpol einen Winkel von 30° ein und ist von seinem Nachbarn um ein gleiches Intervall getrennt. Die große Basis des Trapezes jedes Polschuhes 9 und 10 stellt einen Winkel von 58° dar, während die kurze Basis einen Winkel von 50° mit Ausnahme des Pols 9e überdeckt, der die gleiche Neigung auf den Seiten des Trapezes wie die anderen Pole beibehält. Der Magnetdurchmesser ist das l,45fache seiner Länge, der Luftspalt macht das

0,03fache des Rotorradius aus.

Diese Werte sind als Ausführungsbeispiel, nicht als Begrenzung der Erfindung, aufzufassen.

Das Herausführen der Drähte der Wicklung 14 geschieht vorzugsweise durch einen Vorsprung des Spulenkörpers 15, der den Ring 12 durchsetzt, jedoch in F i g. 1 und 2 nicht dargestellt ist.

F i g. 4 ist eine graphische Darstellung der Generatorspannung in Abhängigkeit von dem Verschiebungswinkel für zwei Drehgeschwindigkeiten Vl und V 2, wobei die für « = 0 erhaltenen Werte der Stellung a in F i g. 3 der Polschuhe 9/" und 9g entsprechen, während

die für die maximale Verschiebung α = -*ρ- (wobei η

die Zahl der Pole ist) erhaltenen Werte der Stellung c der Polschuhe 9/und 9g entsprechen.

Bei der in Fig.5 und.6 dargestellten Ausführungsform wird der Stator-Kranz durch drei ringförmige gezogene Teile gebildet, nämlich durch einen Teil 113a in Form eines Flansches, welcher drei Finger 110 von der einen Polarität trägt, durch einen komplementären Teil 1136, ebenfalls in Form eines Flansches, der den oder die feststehenden Finger 109 von der anderen Polarität trägt (bei dem dargestellten Beispiel ist nur ein einziger Finger 109 vorgesehen) und durch einen Ring 113c, der so mit Reibung in den Teil 1136 einsetzbar ist, daß er sich in diesem drehen kann und der die beweglichen Finger oder Pole 109c trägt. Wie ersichtlich, weist der feststehende Finger 109 eine Abwinkelung 109a auf. Der Finger 109 kann eine Länge haben, die derjenigen des Magneten entspricht, und ist um einige Grade schmäler als die Breite der anderen Finger, um den Winkelhub des beweglichen Polschuhes zu vergrößern, während die Finger 109c und die Finger 110 je nur eine geringere Länge als die Hälfte derjenigen des Magneten haben können, um die Drehbewegung der Finger 109czu ermöglichen.

Um eine axiale Verschiebung des beweglichen Ringes 113c zu vermeiden, ist dieser von einer Scheibenfeder 114 belastet, die sich gegen einen Zwischenring 115 aus Polyamid oder einem ähnlichen Material abstützt, und das Ganze ist in einem zylindrischen Gehäuse 11ß angeordnet, dessen Boden 117 ein Axiallager 118 für das Hindurchführen eines Betätigüngsarmes mit einem Mitnahmefinger 120 trägt, der in eine Einkerbung des Ringes 113c eintritt. Die andere Fläche des Gehäuses 116 trägt ein Lager 119 für die Magnetantriebswelle.

Das Gehäuse 116 weist mindestens einen gesonderten erweiterten Teil zur Aufnahme von gedruckten Leiterplatten und ihrer Verbindungen mit den Herausführungsdrähten der Wicklung auf, welch letztere, da sie vom Mittelpunkt-Typ ist, das Herausführen von drei Drähten zur Außenseite des Gerätes erfordert.

Zu diesem Zweck ist der Flansch 113a mit einer Einkerbung versehen, durch welche sich eine Schulter

122 der die Wicklung 114 umgebenden Ummantelung

123 erstreckt.

Diese Schulter ermöglicht gleichzeitig das Hindurchführen der Wicklungsdrahtenden ohne Umhüllung und andererseits die Sicherstellung der Lage des Stators im Gehäuse durch ihre Verlängerung in eine Ausnehmung 125 des Lagers 119. Sie ist auf der Außenseite mit drei Rinnen 126 versehen, durch welche die Drähte durch öffnungen 127 herausgeführt und nach unten zur gedruckten Leiterplatte 128 geführt sind, wodurch sie gegen jeden kontakt geschützt sind, so daß die Verwendung biegsamer Herausführungshüllen vermieden werden kann.

Von dort aus werden die Drähte von Ausschnitten 129 der gedruckten Leiterplatte aufgenommen, auf welcher sie mit aufgedruckten Leitern verschweißt sind.

Schrauben 130 ermöglichen die Befestigung des Generators auf einem Halter 131.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Permanentmagneterregter Wechselstromgenerator mit von außen drehzahlunabhängig beeinflußbarer Spannungsabgabe zum Steuern eines Wechselgetriebes oder einer Hauptkupplung von Kraftfahrzeugen, dessen zum Rotor koaxiale Ständerwicklung von einem zylindrischen Wicklungsgehäuse aus magnetisch leitfähigem Material umgeben ist, wobei die sich gegenüberliegenden Seiten des Wicklungsgehäuses durch Ringe gebildet sind, die im Luftspalt der Polteilung des Rotors entsprechende, axiale Polschuhe aufweisen, und einer der Ringe mittels der Steuerelemente für die Brennstoffzufuhr der Antriebsmaschine relativ zum anderen um die gemeinsame Achse verdreht werden kann, nach Anspruch 1 des Patentes 15 38 051.5, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der gleichnamigen Polschuhe (9f, 9g/109c) beweglich gemacht ist, während die restlichen gleichnamigen Polschuhe (9e/109) feststehend sind.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (9/; 9g/\09c) des verdrehbaren Ringes (11/113c) um einen vollen Polschritt verschiebbar sind.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (9, 10) Trapezform haben.

4. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Polschuhe (9g, 9/) eine Länge haben, die etwas geringer als die halbe Länge des Rotors (8) ist, während die feststehenden Polschuhe (9e), die zu den beweglichen Polschuhen gleichnamig sind, eine Länge haben, die etwa gleich der Länge des Rotors ist.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stator bildenden Teile (113a bis c) durch Tiefziehen hergestellt sind, von denen der erste (113a) die feststehenden Polschuhe (110) von der einen Polarität, der zweite (1136) den feststehenden Polschuh (109) bzw. die feststehenden Polschuhe von der zweiten Polarität, und der dritte (113c) die beweglichen Polschuhe (109c) bzw. den beweglichen Polschuh ebenfalls von der zweiten Polarität aufweist.

6. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (114) in einer Ummantelung (123) aus Kunststoff, beispielsweise Polyamid, eingeschlossen ist, die mit einer Schulter (122) ausgebildet ist, weiche gleichzeitig zum Herausführen der Wicklungsenden sowie zur Festlegung des Stators in dem den Generator enthaltenden Gehäuse (116) dient.

7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsenden unmittelbar durch in der Schulter (122) vorgesehene Rinnen (126) zu einer gedruckten Leiterplatte (128) geführt sind, welche in das Gehäuse (116) eingebaut ist und mit welcher die Wicklungsenden verschweißt sind.