DE1910437C3 - Bürsten- und schleifringloser Wechselstromgenerator mit eingebauter Gleichrichtereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem schleifringlosen Wechselstromgenerator nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein solcher Generator ist beispielsweise aus der DE-GM 19 32 707 bekannt. Üblicherweise weisen Generatoren, die mit einer Dreiphasenwicklung ausgerüstet sind, als Gehäuse ein rohrförmiges Mittelteil auf, gegen das von beiden Stirnseiten her je eines von zwei Lagerschilden anliegt. Zwischen der Drehstromwicklung und der ebenfalls feststehenden Erregerwicklung läuft bei den bekannten Generatoren ein lediglich als Kraftlinienleitstück für den vom Erregerstrom erzeugten magnetischen Fluß dienender Induktor aus magnetisch weichem Eisen um, der auf einer zentralen, über eine Riemenscheibe od. dgl. antreibbaren Induktorwelle sitzt, weiche jeweils in der Nähe des antriebsseitigen, aus dem Gehäuse vorstehenden Endes und an ihrem anderen Ende in je einem von zwei jeweils von einem der Lagerschilde aufgenommenen Kugellager getragen wird. Diese bekannte konstruktive Ausbildung ist nicht nur aufwendig in der Herstellung und in ihrem Raumbedarf, sondern erfordert auch verhältnismäßig große Erregerleistungen, da der induzierende Magnetfluß jeweils über vier Luftspalte geführt werden muß.

Der erfindungsgemäße Generator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer sehr viel kürzeren Bauform. Bei einer geringen axialen Länge weist er nur einen kleinen Raumbedarf, eine hohe Lebensdauer und bei einer guten elektrischen Ausnutzung der magnetisch wirksamen

Teile ein günstiges Leistungsgewicht auf.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Generators möglich. So lassen sich besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich der Laufeigenschaften und der magnetischen Ausnützung erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Der Generator hat — wie F i g. 1 und 2 zeigt — ein aus nicht magnetischem Material bestehendes topfförmiges Außengehäuse 1, dessen Boden gleichzeitig den einzigen Lagerschild des Generators bildet. An diesem Lagerschild, das ein Kugellager J enthält, ist das erregerseitige Joch 2 starr befestigt, das an seinem dem Lagerschild zugekehrten Ende einen zylindrischen Flansch aufweist und an seinem anderen Ende kegelig ausgebildet ist.

In einer Bohrung im kegeligen Endabschnitt des

Eisenjoches 2 ist ein Nadellager 4 aufgenommen, das zusammen mit dem Hauptlager 3 die Induktorwelle 5 trägt. Mit 6 und 7 sind klauenförmige Induktoreisenkerne bezeichnet, welche durch einen nichtmagnetischen Ring 8 fest miteinander verbunden sind; der eine Induktoreisenkern 6 ist fest auf die Induktorwelle 5 aufgepreßt. Die Umfangsränder der Klauen des anderen Induktoreisenkernes 7 werden durch eine im Querschnitt dreieckige Form gebildet, an welcher der

Führung der Kühlluft dienende Schrägflächen Ta vorgesehen sind. 9 ist eine Antriebsscheibe, 10 ist ein Abstandhalter, 11 ist eine Festspannmutter, welche dazu dient, die oben erwähnte Antriebsscheibe 9, die Abstandbüchse 10 und den Innenring des Hauptiagers 3 auf der Induktorwelle 5 starr zu befestigen. Mit 12 ist eine auf einen Spulenkörper 13 aufgewickelte Erregerwicklung bezeichnet, welche in dem durch die beiden Induktoreisenkerne 6 und 7 gebildeten Innenraum berührungslos untergebracht ist und durch das Eisenjoch 2 getragen wird. Über die Erregerwicklung 12 und ihren Spulenkörper 13 steht der lagerschildseitige Flansch des Eisenjoches 2 vor, das an dem Lagerschild des Gehäuses 1 starr mit mehreren Schrauben 14 befestigt ist.

Das Gehäuse 1 enthält ein eingepreßtes Blechpaket 15 mit einer aus drei in Sternform geschalteten Phasen bestehenden Wechselstrcmwicklung 16, die gemäß Fig.5 in die bei 15a angedeuteten Nuten des Blechpaketes eingelegt und dort durch einen auf die Nutwände aufgebrachten Isolationsüberzug 156 geschützt ist. Die AnschluBdrahttnden 16a, 166 und 16c der Wechselstromwicklung 16 sind sämtliche auf der Seite der Antriebsscheibe 9 herausgeführt und mit den vorderen, abgesetzten Enden von als stabförmige Bauteile ausgebildeten elektrisch leitenden Spezialkeilen 17a bzw. 176 bzw. 17c verbunden. Bei diesen elektrisch leitenden Spezialkeilen 17a, 176 und 17i_sind, wie dies in der F i g. 4 dargestellt ist, die in die Nuten 15a des Blechpaketes 15 eingesetzten Mittelabschnitte mit einer elektrischen Isolation 19, wie etwa Epoxy-Hari od. dgl. überzogen, während an dem Kopfteil der Keile zur Befestigung der Gleichrichtereinrichtung 18 dienende Gewinde 17a', 176'und 17c'und an dem dazwischen liegenden Teil die bei der Befestigung der Gleichrichtereinrichtung als Anschlag dienenden Flanschteile 17a", 176"und 17c" vorgesehen sind.

Die Gleichrichtereinrichtung 18 ist als eine die offene Stirnseite des Gehäuses 1 nahezu ausfüllende kreisringförmige Isolierplatte ISf ausgebildet. Der Aufbau der einzelnen Gleichrichterelemente 186 und 186'geht aus Fig.3 hervor. An den hierfür vorgesehenen Stellen dreier fächerförmig ausgebildeter Hauptkühlrippen 18a ist jeweils ein Gleichrichterelement 186 und ein mit entgegengesetzter Polarität ausgeführtes Gleichrichterelement 186'angeordnet. Die nach außer, herausgeführten Anschlußenden 18c und 18c'dieser Gleichrichterelemente 186 und 18/?' sind an Nebenkühlrippen 18c/ und 18e angeschlossen, über welche die elektrische Verbindung zwischen den Gleichrichterelementen hergestellt wird; die genannten Nebenkühlrippen 18c/ und 18esind unter Zwischenlage einer als Schaltbrett dienenden Isolierplatte 18/" in Schichtbauweise auf die Hanptkühlrippen 18a fest aufgeklebt.

Für die Abnahme des Gleichstroms ist ein stabförmiger Bauteil als Plusklemme 20 dienender Anschlußbolzen und ein zweiter, als Minusklemme dienender Anschlußbolzen 21 vorgesehen. Außerdem is; eine zum Anschließen der Feldwicklung 12 dienende Verbindungsklemme 22 vorgesehen. Diese Klemmen sind eo konstruktiv in gleicher Weise als stabförmige Bauteile ausgebildet wie die oben genannten leitenden Spezialkeile 17a, \7b und I7r und sind ebenso wie diese mit ihren durch elektrisch isolierende .Schutzhülsen abgedeckten Teilen in die Nuten 15a des Blechpakeies 15 hS eingepreßt. In die restlichen Nuten 15a des Blechpaketes 15 sind ausschließlich aus Isoliermaterial bestehende, gewöhnliche Nutenverschluß-Keile 23 eingesetzt, durch welche zusammen mit den elektrisch leitenden Spezialkeilen 17a, 176 und 17c und den Anschiußklemmenbolzen 20, 21 und 22 der notwendige Halt der Wechselstromwicklung 16 im Blechpaket hergestellt wird.

Die Gleichrichtereinrichtung 18 ist am offenen Ende des Gehäuses 1 durch auf die Gewindeteile der Spezialkeile 17a, 176 und 17c und durch die auf die Anschlußklemmenbolzen 20,21 und 22 aufgeschraubten Muttern 35 festgezogen und starr befestigt; dadurch wird erreicht, daß die elektrisch leitenden Spezialkeile 17a, 176 und 17c mit jeweils verschiedenen Hauptkühlrippen 18a elektrisch verbunden werden und außerdem der Anschlußklemmenbolzen 20 mit der einen Nebenkühlrippe 18e und der Anschlußklemmenbolzen 21 mit der anderen Nebenkühlrippe iid elektrisch verbunden werden. Der elektrisch leitende Spezialkeil 17a dient gleichzeitig als wechselstromseitiger Anschluß der Gleichrichtereinrichtung 18. Während mit dem Anschlußklemmenbolzen 22 das plusseitig herausgeführte Drahtende 12a der Erregerwicklung 12 verbunden ist, liegt deren minusseitig herausgeführtes Drahtende 126 an der am Lagerschild des Gehäuses 1 befestigten Erdungsklemme 24. Mit dieser Erdungsklemme 24 ist durch den Leitungsdraht 25 auch der Anschlußklemmenbolzen 21 elektrisch verbunden.

Zur Kühlung des Generators ist im Lagerschild des Gehäuses 1 ein Durchlüftungsfenster 26 und in der Gleichrichtereinrichtung 18 ein Durchlüftungsfenster 27 angebracht; hinter diesem ist ein Zentrifugallüfter 28 angeordnet, der an der Stirnseite des Induktoreisenkernes 6 befestigt ist und den Kühlluftstrom durch das Fenster 27 hindurch ansaugt und durch das Fenster 26 wieder nach außen befördert. Zur Schmierung des Kugellagers 3 und des Nadellagers 4 dient ein gemeinsamer Vorrat 29 an Schmierfett, welches durch einen Verbindungskanal 30 zugeführt wird. 31 und 32 sind die zwischen dem Joch 2 und den Induktionseisenkernen 6 und 7 gebildeten Luftspalte, während zwischen den Induktionseisenkernen 6 und 7 einerseits und dem Blechpaket 15 andererseits der Luftspalt 33 liegt.

In Fig. 2 ist mit 34 eine Metallunterlagscheibe bezeichnet, welche zwischen die Flanschteile der Anschlußklemrnbolzen 20, 21 und 22 einerseits und die Rippen andererseits eingesetzt ist. Sie hat den Zweck, den beim Festziehen der Gleichrichtereinrichtung 18 durch die Muttern 35 an den elektrisch leitenden Spezialkeilen 17a, 176 und 17c und an den Flanschteilen der Klemmbolzen 20, 21 und 22 auf die Nebenkühlrippen 18c/ und 18e der Gleichrichtereinrichtung 18 kommenden, übermäßig großen Flächendruck abzumildern.

Im folgenden soll nun die Arbeitsweise einer in der oben beschriebenen Art aufgebauten Einrichtung näher erklärt werden:

Wenn an die Verbindungsklemme 22 eine Stromquelle, beispielsweise eine in einem Kraftfahrzeug eingebaute Batterie angeschlossen wird und dann durch die Erregerwicklung 12 ein Strom fließt, so wird ein magnetischer Fluß erzeugt, der in folgendem Kreis verläuft: vom Eisenjoch 2 nimmt ein kleinerer Teil des Flusses seinen Weg über das N.i'lellager 4 und die InduMorwelle 5 zum Induktoreisenkern 6, während der größere Teil des Flusses über den l.uflspalt 31 direkt zum Induktoreisenkern 6 gehl; von dort tritt der Fluß durch den Luftspalt 3} auf das Blechpaket 15 über, durchsetzt dort die Wechselstromwicklung 16 und kehrt vom Blechpaket 15 über den Luftspalt 33, den

Induktoreisenkern 7 und den Luftspalt 32 zum Eisenjoch 2 zurück. Da das im Eisenjoch 2 untergebrachte Nadellager 4 einen kleineren Durchmesser besitzt als das als Kugellager ausgeführte Hauptlager 3, erhält man eine große Querschnittsfläche für den Übergang der magnetischen Kraftlinien zur Induktorwelle 5 und da es sich hier zudem um Linienberührung handelt, so ist die Größe des gesamten magnetischen Flusses vom Joch 2 über den Luftspalt 31, das Nadellager 4 und die Induktorwelle 5 bis zu dem Induktoreisenkern größer als wenn statt des Nadellagers ein Kugellager verwendet würde. Dadurch, daß die Induktorwelle 5 angetrieben wird und mit ihr die Induktoreisenkerne 6 und 7 sich drehen, wird der die Wechselstromwicklung 16 durchsetzende magnetische Fluß zu einem Wechselfluß gemacht und in der Wechselstrom-Wicklung 16 wird eine Dreiphasen-Wechselspannung erzeugt. Diese Wechselspannung wird durch die elektrisch leitenden Spezialkeile 17a, 17fcund 17c der Gleichrichtereinrichtung 18 zugeleitet und dort einer Doppelgleichrichtung unterworfen, so daß man zwischen den Anschlußklemmenbolzen 20 und 21 eine Gleichspannung erhält.

Aufgrund der Drehbewegung des Induktoreisenkernes 6 dreht sich der Fliehkraftventilator 28, durch dessen Wirkung die Kühlluft durch das Belüftungsfenster 27 der Gleichrichtereinrichtung 18 in das Innere des Generators einströmt und entlang den Induktoreisenkernen 6 und 7 das Innere des Generators durchströmt und auf diesem Wege, geführt durch die Schrägflächen 7a des Induktoreisenkernes 7, auf die Spulenköpfe der Wechselstromwicklung 16 auftrifft und schließlich durch das Belüftungsfenster 26 des Lagerschildes 1 den Generator wieder verläßt. Auf diese Weise können die Gleichrichtereinrichtung 18, die Erregerwicklung 12 und die Wechselstromwicklung 16 wirksam gekühlt werden.

Da die offene Stirnseite des Gehäuses 1 durch die Gleichrichtereinrichtung 18 im wesentlichen abgedeckt wird, kann auf einfache Weise verhütet werden, daß ins Innere des Generators Staub, Schmutz, Wasser u. dgl. eindringen.

In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels braucht die Gleichrichtereinrichtung 18 nicht am Blechpaket 15 durch die elektrisch leitenden Spezialkeile 17a, 176und 17cund durch die Anschlußklemmenbolzen 20, 21 und 22 befestigt zu sein; es kann in vielen Fällen auch zweckmäßig sein, wenn sie unmittelbar am Lagerschild des Gehäuses 1 befestigt wird. Es genügt natürlich auch, den Fliehkraftlüfter 28 als ein Stück mit der Antriebsscheibe 9 auszubilden oder mit der Mutter 11 auf dieser Antriebsscheibe festzuziehen.

Wie oben dargelegt wurde, ist im Inneren des erregerseitigen, in dem Gehäuse befestigten Eisenjoches ein Nadellager untergebracht, durch welches zusammen mit einem in dem genannten Lagerschild vorhandenen Lager die Induktorwelle getragen wird; dies hat zur Folge, daß man die Zahl der sonst üblichen zwei Lagerschilde auf die Hälfte reduzieren kann und daß im Vergleich mit dem Fall, wo man an Stelle des Nadellagers ein Kugellager verwendet, ein wesentlich kleinerer Bohrungsdurchmesser erforderlich ist. Dank der beim Nadellager vorhandenen Linienberührung kann der magnetische Durchgangsquerschnitt des erregerseitigen Eisenjoches größer gemacht werden, so daß man weiterhin den magnetischen Fluß von dem genannten Eisenjoch zu dem Induktoreisenkern insgesamt vergrößern kann, was alles zusammengenommen die Wirkung einer Leistungssteigerung mit sich bringt. Da weiterhin die Gleichrichtereinrichtung in ihrer Gesamtform so gewählt ist, daß sie die offene Stirnseite des Generatorgehäuses im wesentlichen überdeckt, und an dieser offenen Stirnseite angebracht ist, so kann diese Gleichrichtereinrichtung als eine Art Deckel oder Abdeckung dienen; sie hat demzufolge die Wirkung, daß durch sie das Eindringen von Staub, Schmutzwasser u.dgl. in das Innere des Generators verhindert werden kann. Somit bringt ein bürstenloser Wechselstromgenerator mit eingebauter Gleichrichtereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die weiteren Vorteile mit sich, daß die Abmessungen in axialer Richtung wie sie bisher notwendig waren, verkürzt werden können, daß man eine kleinere und einfachere Bauform erhält und daß auch das Gewicht reduziert werden kann.

Der Generator gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich daher besonders gut zur Verwendung als Lichtmaschine eines Kraftfahrzeuges, wo hinsichtlich des für die Unterbringung zur Verfügung stehenden Raumes starke Beschränkungen bestehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schleifringloser Wechselstromgenerator mit einer eingebauten Gleichrichtereinrichtung und mit wenigstens einer feststehenden Wechselstromwicklung sowie mit einer ebenfalls feststehenden Erregerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator ein topfförmiges, einseitig offenes Gehäuse hat, dessen Boden als Lagerschild für die Induktorwelle (5) eines umlaufenden, als to Kxaftünienleitstück dienenden Induktors mit Induktoreisenkernen (6, 7), ausgebildet ist und an der Gehäuseinnenseite gleichachsig zu einem im Lagerschild sitzenden ersten Lager einen nabenfcrmigen Ansatz trägt, der als Eisenjoch (2) für die Erregerwicklung (12) ausgebildet ist und in seiner dem Induktor gegenüberstehenden Endzone ein zweites Lager (4) für die Induktorwelle (5) enthält, und daß als Träger der Gleichrichtereinrichtung (18) mehrere stabförmige Bauteile (17a, 176,17c; 20,21, 22) vorgesehen sind, die ansteile von Nutenverschlußkeilen (23) in den zwischen der Wechselstromwicklung (16) und der aufnehmenden Nut (iSa) verbleibenden Hohlraum des Ständerblechpakets (15) eingepreßt sind.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lager (4) für die Induktorwelle (5) als Nadellager ausgebildet ist.

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (18) eine die offene Stirnseite des topfförmigen Gehäuses (1) nahezu ausfüllende kreisringförmige Isolierplatte (i9f) aufweist, die unmittelbar an die offene Stirnseite des Gehäuses angeordnet ist.

4. Gererator nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Gleichrichtereinrichtung (18) für jeden der Gleichrichter (18Λ, i8b')ein ringsektorförmiges Kühlblech (Wa) aufweist, auf dessen der Isolierplatte (18/? zugekehrter Seite jeweils der aktive Gleichrichterkörper befestigt ist.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger der Gleichrichtereinrichtung (18) mehrere stabförmige Bauteile (17a, 176, 17c,· 20, 21, 22) vorgesehen sind, die anstelle von Nutenverschlußkeilen (23) in den zwischen der Wechselstromwicklung (16) und der sie aufnehmenden Nut (15a) verbleibenden Hohlraum des Ständerblechpaketes eingepreßt sind und an ihren aus dem Ständerblechpaket vorstehenden Endabschnitten Befestigungsmittel für den Isolierstoffring aufweisen.

6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Bauteile (20, 21, 22) gleichzeitig als Anschlußmittel für nach außen geführte Gleichstromanschlüsse dienen.

7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Bauteile (17a, 17Z>, 17c) einen durchgehenden, mit beiden Endabschnitten aus dem Ständerblechpaket (15) vorstehenden Metallkern haben, der auf seiner in jeweils einer Nut steckenden Mittelzone mit einer Isolierstoffschicht (19) abgedeckt ist, an einem Endabschnitt jeweils mit der Gleichrichtereinrichtung (18) elektrisch leitend und am anderen Endabschnitt mit der Wechselstromwicklung (16, 16a, 166, lec^elektrisch leitend verbunden ist.