DE2122520A1 - Wechselstromgenerator mit Drehtransformator - Google Patents

Description

212 2 5 2 G

PATENTANWALT
DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

8 MÖNCHEN 71,

Melchiorstraße 42

Mein Zeichen: M19 6P/G-5 5 1/5 5

Motorola, Inc. 9 401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

Wechselstromgenerator mit Drehtransformator

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Dynamomaschinen und insbesondere auf in der Kraftfahrzeugtechnik verwendete Wechselstromgeneratoren, um von hier aus eine Ausgangsspannung auf das elektrische System eines Kraftfahrzeuges zu übertragen.

Wechselstromgeneratoren sind vorwiegend dafür bekannt, elektrische Leistung für das elektrische System von Kraftfahrzeugen, Lastwagen o.a. zu liefern. Kraftfahrzeuge,die lange Strecken zurückzulegen haben, erfordern eine Ausrüstung, die über lange Zeiträume ohne bzw. bei nur geringer Wartung arbeiten. Früher erforderten Kraftfahrzeug-Wechselstromgeneratoren den Einsatz von Schleifringen o.a., um einen Gleichstrom bzw. einen pulsierenden Gleichstrom auf den Rotor zu übertragen, um wiederum ein Erregerfeld in der Rotorwicklung zu bewirken, wodurch in der Statorwicklung eine Ausgangsspannung entsteht. Das Erfordernis, Schleifringe zu verwenden, um die Gleichspannung auf

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den Rotor zu übertragen, hat die Lebensdauer des Wechselstromgenerators insofern herabgesetzt, als solche Schleifringe früher als andere Elemente wie z.B. Lager o.a. Abnutzungserscheinungen zeigen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die erforderlichen Schleifringe durch Verwendung einer umlaufenden Anordnung mit einer Sekundärwicklung auf einer gemeinsamen Welle des Wechselstromgenerators zu ersetzen, die ein Erregungssignal empfängt, das über eine direkte Leitungsverbindung auf den Rotor des Wechselstromgenerators auf der gleichen Welle übertragen wird. Die Primärwicklung der umlaufenden Anordnung würde somit ein Erregungssignal von einer- geeigneten.Wechselspannungsquelle wie z.B. einer Oszilla-" tor- oder Zerhackerschaltung empfangen, die Teil eines Spannungsreglers sein kann.

Demgegenüber erwiesen sich jedoch Maschinen der früheren Bauart als verhältnismäßig groß wie z.B. die in beweglicher Ausrüstung wie Eisenbahnwagen oder Maschinen verwendeten bzw. in anderen großen Anlagen, bei denen der Drehtransformator ohne weiteres mit dem Rotor des Wechselstromgenerators auf der gleichen Welle montiert werden konnte. Soll jedoch das Prinzip eines Drehtransformators auf einen Kfz-Wechselstromgenerator, d.h. auf die im allgemeinen in Kraftfahrzeugen und Lastwagen übliche Größe übertragen werden, so erweist sich dieses inbezug auf die für solche Wechselstromgeneratoren geltenden Mindestraumverhältnisse W als problematisch. Darüber hinaus spielt die Forderung nach geringen Anschaffungs- und Wartungskosten eine entscheidende Rolle.

Um den gewünschten Wirkungsgrad des Drehtransformators zu erzielen, wird ein Werkstoff wie z.B. pulverförmiges, wasserstoffgeglühtes Eisen o.a. für den Kern und die Polstücke des Transformators verwendet, wodurch es sich als erforderlich erweist, ein genaues Fluchten des drehbaren Polstückes gegenüber der Achse der Rotorwelle zu gewährleisten. Das pulverförmige, wasserstoffgeglühte Eisen kann hierbei unter Zugabe eines Bindemittels wie Epoxydharz zusammengepreßt werden. Der durch Verwendung dieses

- 2 - Materialtyps

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Materialtyps erreichte Vorteil liegt darin, daß im wesentlichen keine Wirbelstromverluste auftreten. Jeder Fluchtungsfehler führt jedoch dazu, daß der Kern gegen das stationäre Polstück schlägt, woraus sich eine schwerwiegende Beschädigung insbesondere dann ergibt, wenn der Kern aus pulverförmigem, wasserstoffgeglühten Eisen besteht. Im allgemeinen kann die Fluchtung in- verhältnismäßig einfacher Weise gewährleistet werden, wenn der Drehtransformator als festes Bestandteil der Rotorwelle ausgebildet ist. Hierzu ist es jedoch Voraussetzung, daß der gesamte Wechselstromgenerator eine Einheit bildet und als solche geprüft werden kann.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Wechselstromgenerator mit Drehtransformator zu schaffen und zwar mit einem Aufnahmegehäuse, einer im Aufnahmegehäuse befestigten Statorwicklung,durch deren Anordnung eine Wechselspannung auf die Ausgangsklemmen des Wechselstromgenerators übertragen werden kann, mit einer Welle, die drehbar auf axial versetzte Lager montiert ist, die vom Aufnahmegehäuse gehalten werden, mit einer Rotorwicklung, die auf der Welle zwischen den axial versetzten Lagern in der Form angeordnet ist, daß eine Ausgangsspannung in der Statorwicklung induziert wird, wenn sich der Rotor gegenüber letzterer bewegt. Darüber hinaus soll eine Konstruktion eines Wechselstromgenerators geschaffen werden, bei der ein Drehtransformator in geeigneter Form am Ende einer Rotorwelle und mit dieser fluchtend befestigt werden kann, wonach die Einheit des Wechselstromgenerators und die Einheit des Drehtransformators als jeweils getrennte Untereinheiten konstruiert und geprüft werden können, d.h. der Wechselstromgenerator und der Drehtransformator, die anschließend als eine Einheit miteinander verbunden werden können. Schließlich bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Leistungsfähigen Drehtransformators , der in kleinen Wechselstromgeneratoren einge-

- 3 - baut

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baut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Erregungselement bzw. eine Primärwicklung und ein Primär-Magnetkern am Aufnahmegehäuse in der Weise befestigt ist, daß dieses außerhalb eines der axial versetzten Lager liegt · und ein Erregungssignal empfangen kann, daß ein Lagerstutzen an einem Ende in einer Gewindeöffnung am Ende der Rotorwelle befestigt ist und im wesentlichen konzentrisch mit der Achse fluchtet, daß Sekundärkern und Sekundärwicklung über den Lagerstutzen ebenfalls außerhalb der Lagerung gehalten werden und neben der Primärwicklung und dem Primärkern in enger Ver-" bindung liegen, um von letzteren Erregungssignale zu empfangen und daß ein Leiter zwischen der Sekundärwicklung und der Rotorwicklung angeschlossen ist, um die von der Primärwicklung und dem Primärkern empfangenen Erregungssignale auf die Rotorwicklung mit dem Zweck zu übertragen, die Ausgangsspannung in der Statorwicklung zu erzeugen.

Eine besonders vorteilhafte Verwirklichung der Erfindung besteht darin, daß ein Ende der Rotorwelle des Wechselstromgenerators für die Aufnahme eines Lagerstutzens und einer Flanschbuchse bearbeitet ist, die im wesentlichen konzentrisch zur Rotorwelle fluchten, wobei der Lagerstutzen und die Flanschbuchse eine Sekundärwicklung des Drehtransformators tragen, " die auf einem Kern sitzt, der aus gepreßtem, pulverförmigen und wasserstoffgeglühten Eisen besteht. Darüber hinaus können für den Lagerstutzen Bindemittel wie z.B. Epoxydharz verwendet werden, um ein Lösen der Sekundärwicklung zu verhindern. Um außerdem ein genaues Fluchten zu gewährleisten, können Sekundärkern und Epoxydharz nach dem Zusammenbau aufgebracht werden. Vorzugsweise ist die Sekundärwicklung des Drehtransformators mit der Rotorwicklung des Wechselstromgenerators über eine Eindrehtverbindung oder einen Leiter elektrisch verbunden, wobei die Rotorwelle selbst die andere Verbindung bzw. den an-

- M- - deren

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deren Leiter bildet und eine Diodenbrücken-Gleichrichterschaltung in die Eindrahtverbindung eingeschleift ist, um eine Gleichspannung auf den Rotor zu übertragen. Dadurch, daß die Wechselstromgeneratoren gegenüber den Drehtransformatoren zu trennende Einheiten bilden, kann jeder Teil des Wechselstromgenerators getrennt geprüft und später mit anderen Teilen verbunden werden.Außerdem können Wechselstromgeneratoren für den ' Betrieb für jeden Spannungswert genormt werden, da die Erregung des Wechselstromgenerators durch die auf die Primärwicklung des Drehtransformators angelegte Stromstärke gesteuert wird. Der Wechselstromgenerator kann daher für den Betrieb bei einer Mindestspannung ausgelegt werden wie z.B. bei 6 oder 12 Volt usw., wobei durch geeignete Vorrichtungen zur Spannungsabstuf ung, die in die WechselspannungsVersorgung eingeschleift werden, eine Speisung des Drehtransformators bei gleichbleibender Erregungsspannung sichergestellt werden kann. Eine weitere und möglicherweise noch wünschenswertere Lösung besteht darin, sämtliche drehbaren Sekundärwicklungen übereinstimmend zu halten und die Anzahl der Windungen der Primärwicklung jeweils auf die verwendete Spannung abzustimmen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Übersichtszeichnung hervor.

Ein im allgemeinen mit der Bezugsziffer 10 bezeichneter Drehtransformator befindet sich an einem Ende eines Wechselstromgenerator-Gehäuses 12. Dieses Gehäuse 12 enthält die gewöhnliche Statorwicklung 14, um auf die Drehung eines im Gehäuse 12 gehaltenen Rotors 16 eine Wechselspannung an den Klemmen 13 abzugeben. Der Rotor 16 befindet sich auf einer Welle 18, die an beiden Seiten durch Lager wie z.B. die Lager 20 und 21 gehalten wird. Ein Ventilatorflügel 22 ist in der üblichen Weise an der Welle befestigt.

Die abgegebene Wechselspannung des Stators 14 wird auf die Ausgangsklemmen 13 übertragen, die ihrerseits direkt mit einem

- 5 - Spannungsregler

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Spannungsregler 24 verbunden sind, der auf das äußere Teil des Gehäuses 12 montiert ist. Dieser Spannungsregler 24 kann jedoch in gleicher Weise auch an entfernterer Stelle des mit dem Wechselstromgenerator ausgerüsteten Kraftfahrzeuges montiert werden. Der Spannungsregler 24 kann mit einem Schwingkreis ausgerüstet sein, um das erforderliche Erregungssignal über ein Leitungspaar 25 und 26 an den Drehtransformator zu li-ef ern.

Vorzugsweise enthält der Drehtransformator 10 eine Primärwicklung 30, die sich ringförmig innerhalb eines Primärmagnetkerns 32 befindet, der vorteilhafterweise aus pulverförmigem, wasserstoffgeglühtem Eisen besteht und in sich ergänzenden Hälften geformt ist wie durch die Trennungslinie 34 angedeutet wird. Die Primärwicklung empfängt die Erregungssignale über die Leitungen 25 und 26, um ein sich änderndes Magnetfeld im Kern zu erzeugen. Der Primärmagnetkern 32 besitzt radial nach innen gerichtete Enden 3 2a und 32b eines im wesentlichen axialen Verlaufes , die ständig neben radial nach außen gerichteten Kernteilen 36a und 36b eines sich drehenden Sekundärkerns 36 liegen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß ein ständiger Magnetfluß konstanten Wertes während des gesamten Betriebes des Drehtransformators 10 herrscht und zwar unabhängig von einer möglichen Dehnung bzw. eines Zusammenziehens des drehbaren Sekundärkernes 3 6 während des Betriebes durch Temperatur- oder andere Beeinflussungen. Die Toleranzen zwischen den radial nach außen gerichteten Teilen 3 6a und 36b und den radial nach innen gerichteten Teilen 3 2a und 32b liegen verhältnismäßig eng, d.h. beispielsweise in der Größenordnung von mehr oder weniger 0,076 mm bis 0,127 mm (.003 - .005 Inch). Demzufolge ist es Voraussetzung, daß der drehbare Kern 36 im wesentlichen mit der Achse der Rotorwelle 18 fluchtet. Dies wird dadurch erreicht, daß sich am Ende der Welle 18 eine Gewindeöffnung bzw. -bohrung 40 mit einer feinbearbeiteten Aussparung bzw. Gegenbohrung 40a befindet, die der Aufnahme des Flansches 41a einer Buchse 41 dient. Das Flanschteil· 41a der Buchse 41 ist senkrecht zu deren

- 6 - Achse

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Achse bearbeitet, um in die entsprechende Fläche der Aussparung 40a einzugreifen. Der Kopf des Lagerstutzens 42 greift in eine Federscheibe 44 ein, um die erforderliche Nachgiebigkeit bzw. Federung gegenüber der Ausdehnung und Zusammenziehung des pulverförmiger wasserstoffgeglühten Eisenkerns 36 zu gewährleisten.

Der Kern 36 ist mit einer Sekundärwicklung 46 versehen, von der ein Ende über einen isolierten Draht elektrisch verbunden ist. Dieser isolierte Draht 48 läuft durch eine Nut in der Welle 18 und steht in direkter Schaltungsverbindung mit der drehbaren Wicklung des Rotors 16. Die andere Verbindung der Sekundärwicklung 46 wird durch den pulverförmigen, wasserstoff geglühten Eisenkern 36, die Buchse 41, den Lagerstutzen 42 und die drehbare Welle 18 als durchlaufende Leiterbahn gebildet. Die Leitung 48 ist vorzugsweise mit einer Klemme einer Brückenschaltung 50 verbunden, die im Rotor 16 eingebettet ist und mit diesem umläuft. Diese Brückenschaltung setzt die in der Sekundärwicklung 46 des Drehtransformators induzierte Wechselspannung zur Erregung des Rotors 16 in eine Gleichspannung um, wodurch sich an der Statorwicklung 14 ein Wechselspannungsausgang ergibt. Nachdem der Wicklungsteil des Drehtransformators 10 auf die Rotorwelle 18 montiert wurde, wobei sich die Wicklungen 46 unter den radial verlaufenden Teilen 36a und 36b befinden, kann die Sekundärgruppe des Transformators zur genauen Fluchtung gebracht werden. Bei diesem Vorgang schleift lediglich das pulverförmiges wasserstoffgeglühte Eisen des Kerns und etwaige Epoxydharzteile, die über den gewünschten Durchmesser hinausragen.

Vorzugsweise liegt der Durchmesser des Sekundärkerns 36 leicht unter dem Durchmesser des Abschlußteiles 18a der Welle 18, die vom Lager 20 gehalten wird. Sollte ein Abnehmen des Lagers 20 erforderlich werden, so kann dieses über den Sekundärkern 3 6 geschoben werden, ohne daß eine Abnahme von der Welle erforderlich ist.

- 7 - Zus ammenfas s end

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Zusammenfassend wird ein Wechselstromgenerator mit Drehtransformator beschrieben, der eine Statorwicklung besitzt, um eine Wechselspannung auf die Ausgangsklemmen zu übertragen und darüber hinaus einen neben dem Stator drehbar montierten Rotor besitzt, um eine Wechselspannung in den Stator zu induzieren. Ein Drehtransformator, der an einer Seite der Rotorwelle befestigt ist, umfaßt eine drehbare Sekundärwicklung und einen Kern, die mit der Rotorwelle fluchten, wobei eine Eindrahtverbindung zwischen der drehbaren Sekundärwicklung und der Rptorwicklung des Wechselstromgenerators vorgesehen ist, um die in der Sekundärwicklung des Drehtrans- W formators induzierte Erregungsspannung auf die Rotorwicklung zu übertragen.

Patentansprüche

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Claims (3)

1. M196P/G-551/552

   Patentansprüche

   Wechselstromgenerator mit Drehtransformator, mit einem Aufnahmegehäuse, einer im Aufnahmegehäuse befestigten Statorwicklung, durch deren Anordnung eine Wechselspannung auf die Ausgangsklemmen des·Wechselstromgenerators übertragen werden kann, einer Welle, die drehbar auf axial versetzte Lager montiert ist, die vom Aufnahmegehäuse gehalten werden, einer Rotorwicklung, die auf der Welle zwischen den axial versetzten Lagern in der Form angeordnet ist, daß eine Ausgangsspannung in der Statorwicklung induziert wird, wenn sich der Rotor gegenüber letzterer bewegt, dadurch g e kennz eichnet, daß ein Erregungselement bzw. eine Primärwicklung (30) und ein Primärmagnetkern (32) am Aufnahmegehäuse (12) in der Weise befestigt ist, daß dieses außerhalb eines der axial versetzten Lager (20) liegt und ein Erregungssignal empfangen werden kann, daß ein Lagerstutzen (42) an einem Ende in einer Gewindeöffnung (40) am Ende der Rotorwelle (18) befestigt ist und im wesentlichen konzentrisch mit der Achse fluchtet, daß Sekundärkern (36) und Sekundärwicklung (46) über den Lagerstutzen (42) ebenfalls außerhalb der Lagerung (20) gehalten werden und neben der Primärwicklung (30) und dem Primärkern (32) in enger Verbindung liegen, um von letzteren Erregungssignale zu empfangen und daß ein Leiter (48) zwischen der Sekundärwicklung (46) und der Rotorwicklung (16) angeschlossen ist, um die von der Primärwicklung (30) und dem Primärkern (32) empfangenen Erregungssignale auf die Rotorwicklung (16) mit dem Zweck zu übertragen, die Ausspannung in der Statorwicklung (14) zu erzeugen.

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2. 2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkern (36) mit einer Axialöffnung zur Aufnahme des Lagerstutzens (42) ausgerüstet ist, der eine Federscheibe (44·) aufweist, die zwischen Sekundärkern (36) und dem Kopf des Lagerstutzens (42) angeordnet ist, um eine Erweiterung und Zusammenziehung des Kerns auszugleichen.
3. 3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Organe für Erregung und Induktion Kernelemente (32 und 36) umfassen, die jeweils aus pulverförmigem,

   fc wasserstoffgeglühten Eisen bestehen.

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