DE2341243C2 - Elektrischer Generator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Generator mit einem drehbaren Dauermagneten, einer im Abstand von dem Magneten feststehenden Spule und einem ringförmigen Glied aus magnetischem Material, das wenigstens einen Vorsprung aufweist, der in den Zwischenraum zwischen dem Magneten und der Spule hineinrdgt und einen Weg für den mit der Spult- zu koppelnden Magnetfluß bildet.

Derartige elektrische Generatoren dienen als Tachogeneratoren im allgemeinen da/u, ein der Drehzahl des Motors proportionales Signal zu erzeugen, das in einem Regler mit einem Bezugssignal und in manchen Fällen mit einem weiteren Signal verglichen wird, das der Belastung des Motors proportional ist, um ein Korrektursignal abzuleiten, durch das eine Einstellung der Motorgeschwindigkeit bewirkt wird, so lange bis das Ausgangssignal des Generators so groß ist, daß kein Korrektursignal vom Regler mehr erzeugt wird. Es ist ersichtlich, daß durch Beeinflussung der Ausgangsspannung des Generators für eine gegebene Motorgeschwindigkeit die Solldrehzahl des Motors geregelt werden kann.

Bei einem in der GB-Patentschrift 12 7b 837 beschriebenen Generator mit einem Dauermagneten als Rotor und einem damit magnetisch gekoppelten hufeisenförmigen Magnetjoch, das mit einer Spule bewickeit ist. wird die Beeinflussung der Ausgangsspannung mit Hilfe eines magnetischen Nebenschlusses zwischen den Schenkeln des Joches bewirkt, wobei der Neb.nschluß durch eine Schreibvorrichtung verstellt wird, die den Luftspalt zwischen den Schenkeln verändert. Eine nur

Ό geringfügige Verstellung der Position des magnetischen Nebenschlusses führt zu einer großen Änderung des magnetischen Flusses innerhalb des Joches und damit auch zu einer Veränderung der elektromotorischen Kraft, die durch die Spule bei einer gegebenen Geschwindigkeit des Rotors erzeugt wir.: woraus folgt, daß die Einstellung der Ausgangsgröße schwierig ist und darüber hinaus noch besondere Werkzeuge erfordert

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen vereinfachten Aufbau und eine Verbesserung der Einstellmöglichkeit für die Ausgangsspannung eines elektrischen Generators und der Feinregelung des Flusses durch die Spule zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Gene« ator nach dem Überbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß das ringförmige Glied mit der Spule exzentrisch in bezug auf die Drehachse des Dauermagneten angeordnet ist und die Stellung jedes Vorsprungs veränderbar ist.

In Ausgestaltung der Erfindung bildet der oder jeder Vorsprung einen Bestandteil des ringförmigen Glieds und seine Stellung ist durch Verstellen des ringförmigen Gliedes veränderbar.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Spule auf einen ringförmigen Spulenkörper aus Isoliermaterial gewikkelt, der an seinem Umfang mit Wellungen versehen ist und weist das ringförmige Glied eip^n axial gerichteten ringförmigen Flansch auf, der die Spule umgibt und mit Eindrutkungen versehen ist. die nachgiebig an den Wellungen des Spulenkörpers angreifen und die Winkelstellung des ringförmigen Glieds relativ zum Spulenkörper in kleinen Winkelsthntten zu verstellen gestatten

Zweckmaßigerweise ist der Dauermagnet em randmagnetisierter ringförmiger Körper Des weiteren ist der Dauermagnet bevorzugt mit vier Polpaaren versehen und sind an dem ringförmigen Glied zwei Vorsprünge ausgebildet, die um 90^r in bezug auf die Achse des ringförmigen Glieds gegeneinander versetzt sind

Der Generator nach der Erfindung kann mit besonderem Vorteil an einem Elektromotor als Tachogenerator angebracht werden, um eine der Drehgeschwindigkeit der Motorwelle proportionale Ausgangsspannung abzugeben

tin Generator nach der Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt
F ι g. 1 eine Stirnansicht eines mit dem Generator versehenen Motors;

F i g. 2 eine Seitenansicht des Generators und eines Teils des Motors;

F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt nach der Linie ill-III in Fig. 2, der nur den Generator mit der Einstellvorrichtung wiedergibt;

Fig.4 einen vergrößerten Längsschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1, der die Verbindung von Generator und Motor verdeutlicht.

Gemäß der Zeichnung ist ein Dauermagnet 1 in Form eines mehrpoligen randmagnetisierten Ringes, vorzugsweise aus Bariumferrit-Sintermaterial, mittels einer Schraube 3 und einer Unterlegplatte 4 lösbar an der Welle eines Motors 2 befestigt, bei dem es sich um einen Gleichstrommotor für den Antrieb der die Wäschestükke aufnehmenden Trommel einer Waschmaschine handeln kann. Ein Spulenkörper 5 aus Isoliermaterial ist mit einer Spule 6 aus feinem Kupferdraht bewickelt und an einer Stirnseite des Gehäuses des Motors angebracht, und zwar exzentrisch in bezug auf die Motorwelle 7, derart, das der Magnet sich innerhalb der Spule dreht. Der Spulenkörper 5 ist mit zwei sich diametral gegenüberstehenden Flanschen 10 versehen, durch die er am Gehäuse des Motors 2 durch Schrauben 10a, wie dargestellt, oder durch andere geeignete Mittel befestigt ist.

Ein Deckring 8 aus Stahl, an dessen äußeren Umfang ein axial gerichteter zylindrischer Flansch 8a ausgebildet ist, umschließt die Spule 6 und dient der Führung des Magnetflusses. An dem radial nach innen gerichteten Umfang des Deckrings 8 sind zwei Vorsprünge 9 ausgebildet, die in Achsrichtung in den Luftspalt zwischen dem Magneten 1 und dem Spulenkörper 5 hineinragen.

Gemäß F i g. 3 sind an dem Flansch 8a zwei Paare von diametral gegenüberstehenden Eindrücken 11 ausgebildet, die gleichmäßig um den Umfang des Flansches herum verteilt sind und die in Wellungen 12 eingreifen. die am äußeren Rand des Spulenkörpers 5 vorgesehen sind, wodurch der Deckring 8 in irgendeiner Winkelstellung gehalten wird. Eine an die Wellungen 12 angrenzende Umfangsrippe 11a des Spulenkörpers 5 dient da/u, den Deckring 8 gegen Verschiebung in Achsrichtung zu sichern, wenn er auf dem 'vui-iikörpcr 5 aufgebracht ist. wobei der freie Rand dc> Mansches 8u abgeschrägt ist. um den Deckring uu. Jen Spulenkörper aufbringen /u können, indem eier Flansch Sa in Achsrichtung über die Rippe 1 lageschoben win! bis die Eindruckungen hinter die Rippe schnappen und in die Wellungen 12 eingreifen

Der Sit/ des Deckrings 8 auf dem Spulenkörper ist so beschaffen, daß eine Verstellung der beiden Vorsprünge im Luftspalt /wischen dem Mag.ieten 1 und dem Spulenkörper 5 in kleinen Abständen vorgenommen werden kann, indem der Decknng 8 relativ zum Spulenkörper 5 schrittweise gedreht wird.

Es ist einzusehen, daü die Anzahl der Vorsprunge 9 bis /u einem Höchstwert geändert werden kann, der gleich der An/ahl der Polpaare am Magneten weniger eins ist Wenn die Anzahl der Voriprünge größer als eins ist. sind sie voneinander um das Doppelte der Polteilung entfernt. Bei der dargestellten Ausführungsform hat der randmagnetisierte Ringmagnet 1 vier Polpaare und der Decknng 8 ist nut zwei um 90" versetzten Vorsprungen versehen

Der beschriebene Generator arbeitet wie folgt. Wenn der Magnet stillsteht und sich in einer solchen Stellung befindet, daß zwei der Nordpole des Magneten 1 mit den beiden Vorsprüngen 9 zusammenfallen, verläuft der magnetische Fluß durch die Luftspalte zwischen dem Magneten 1 und den Vorsprungen 9, längs den Vorsprungen, über den Deckring 8 und zu den Südpolen am Magneten zurück über den Luftspalt zwischen dem Deckring 8 und dem Mxjneten 1, wodurch die Spule 6 mit einem Anteil des Magnetflusses gekoppelt wird.

Als nächstes wird die Drehung des Magneten 1 betrachtet. Wenn die V ille 7 des Motors 2 sich dreht, bewegen sich abwechselnd Nord- und Südpole Jes Magneten 1 an den Vorsprüngen 9 vorbei und verursachen eine sinusförmige Änderung des von der Spule 6 erfaßten Magnetflusses, so daß in dieser eine sinusförmige Spannung induziert wird. Da die Ande rungsgeschwindigkeit des die Spule durchsetzenden Magnetflusses für die Ausgangsspannung des Genera tors maßgebend ist, führt eine Zunahme der Drehzahl der Welle und damit des Magneten zu einer Erhöhung

ίο der Ausgangsspannung und -frequenz.

Wenn jetzt der Deckring gedreht wird, wird der wirksame Luftspalt zwischen dem Magneten und den Vorsprüngen 9 verändert, und zwar wegen der Exzentrizität des Statorgebildes in bezug auf die

Drehachse des Magneten, wodurch sich eine Änderung des Anteils des die Spule 6 durchsetzenden Magnetflusses und damit der Ausgangsspannung des Generators ergibt, jeweils für eine gegebene Drehgeschwindigkeit der Welle.

Eine Metallscheibe 21 (Fig.4) mit hohem Nickelgehalt, die eine Änderung der magnetischen Permeabilität mit der Temperatur erfährt, welche umgekehrt proportional zu derjenigen des Dauermagneten ist, ist neben dem Magneten innerhalb des Weges des magnetischen Flusses angeordnet und wirkt als Temperaturkompensationsvorrichtung für den Magneten 1.

Es ist ersichtlich, daß ein G£nerator nach der Frfindung eine einfache und billige Ausführung besitzt und leicht von Hand eingestellt werden kann, ohne Soriderwerkzeuge zu benötigen. Doch bringt es eine einfache und billige Ausführung mit sich, daß die normale Ausgangsspannung des Generators bei einer gegebenen Drehgeschwindigkeit des Magneten sich von einer Einheit :^ur anderen ändert, zum Beispiel infolge von unterschiedlichen magnetischen Polstärken, Änderungen in der Windungszahl der Spulen, abweichende Relativstellungen der einzelnen Teile; aber die einfachen Hilfsmittel für die Einstellung ermöglichen, di" Ausgangsspannung schnell und leicht auf die erforderliche Größe zu korrigieren, um diese Unterschiede ohne Verwendung von Sondcwerkzeugen auszugleichen.

Eine Anzahl von Faktoren beeinlluSt den Ausgang eines Generators nach der Erfindung für eine gegebene Motordrehzahl in Verbindung mit dem Einstellbereich, und zwar wie folgt:

1. Für einen gegebenen Grad der Exzentrizität des rVckrings in bezug auf den Magneten, die Größe (Its Magneten, die Spulengröße, die Windungs/.uhl der Spule und die Achsstellung des Magneten wird durch Erhöhung der Anzahl der Vorsprünge die wirksame Ausgangsspannung vergrößert, aber der Einstellbereiche verkleinert. In gleicher Weise wird durch Verringerung der Anzahl der Vorsprünge die wirksame Ausgangsspannung herabgesetzt, aber der Einstellb~reich vergrößert.

2. Wenn alle Faktoren als fest angesehen werden, wird durch eine Vergrößerung des Exzentnzitätsgrades des Deckrings in bezug auf den Magneten der Einstellbereich vergrößert.

3. Wiederum wenn alle Faktoren fest bleiben, wird durch eine Ve.größerung des mittleren Luftspalts zwischen den Vorsprungen und dem Magneten die wirksame Ausgangsspannung herabgesetzt.

Füf den Magneten läßt sich eine nominale Achsstellung finden, beiderseits welcher kleine axiale Bewegun-

gen einen geringen Unterschied in der Ausgangsspannung ausmachen, aber ausreichen, um in dem Molor sich einstellender Toleranz oder Abweichung Rechnung zu tragen.

Da der Aufbau des Generators symmetrisch in bezug auf die Motorwelle ist, ergibt sich für beide Drehrichtungen die gleiche Ausgangsspannung.

Ein magnetischer StreufluQ schneidet die Spule an beiden Seiten, so daß keine Änderung in der Ausgangsspannung auftritt.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Generator ist von besonderem Wert, wenn er als Tachogenerator in einem Regelkreis eines Waschmaschinenmotors verwendet wird, da die Justierung der Ausgangsspannung des Generators und damit der Geschwindigkeit des Antriebsmotors in dem umgrenzten Raum der Waschmaschine erfolgen kann.

Dip erfinrliinoscremnßc Ausführung ermöglicht, den

Magneten 1 und den Deckring 8 schnell gegen einen anderen Magneten und einen anderen Deckring auszuwechseln, die andere Anzahlen von Polen und Vorspriingen haben und abweichenden Betriebsbedingungen unterliegen.

Es ist noch hervorzuheben, daß, wenn auch die Erfindung an einem bevorzugten Anwendungsfäll auf einen Generator mit radialem Luftspalt beschrieben worden ist, die Erfindung mit Vorteil auch bei einem

ίο Generator mit ebenem Luftspalt angewendet werden kann, bei dem der oder jeder Vorsprung an dem Deckring radial in den Luftspalt zwischen dem Magneten und der Spule hineinragt und bei döfri durch Verstellen des Deckrings bzw. ringförmigen Glieds die

t5 radiale Stellung des oder jedes· Vorsprungs geändert wird, um die Ausgangsspannung der Spule zu beeinflussen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Generator mit einem drehbaren Dauermagneten, einer im Abstand von dem Magneten feststehenden Spule und einem ringförmigen Glied aus magnetischem Material, das wenigstens einen Vorsprung aufweist, der in den Zwischenraum zwischen dem Magneten und der Spule hineinragt und einen Weg für den mit der Spule zu koppelnden Magnetfluß bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Glied (8) mit der Spule (6) exzentrisch in bezug auf die Drehachse des Dauermagneten (1) angeordnet ist and die Stellung jedes Vorsprungs (9) veränderbar ist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Vorsprung (9) einen Bestandteil des ringförmigen Glieds (8) bildet und seine Stellung durch Verstellen des ringförmigen Glieds veränderbar ist.

3. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (6) auf einen ringförmigen Spulenkörper (5) aus Isoliermaterial gewickelt ist, der an seinem Umfang mit Wellungen (12) versehen ist. und das ringförmige Glied (8) einen axial gerichteten ringförmigen Flansch (Sa) aufweist, der die Spule (6) umgibt und mit Eindrückungen (11) versehen ist, die nachgiebig an den Welliingen (52) des Spulenkörpers (5) angreifen unu die Winkelstellung des ringförmigen Glieds relativ zum Spulenkörper in kleinen Winkelschritten zu verstellen gtstptten.

4. Generator nach einem c τ vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauer magnet (1) ein randmagnetisierter ringförmiger Körper ist.

5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (1) mit vier Polpaaren versehen ist und an dem ringförmigen Glied (8) zwei Vorsprunge (9) ausgebildet sind, die um 90" in bezug auf die Achse des ringförmigen Gliedes gegeneinander versei/t sind.