DE2654812A1

DE2654812A1 - Dauermagnet-wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE2654812A1
Application number: DE19762654812
Authority: DE
Inventors: Richard Clark Frank
Original assignee: Simmonds Precision Engine Systems Inc
Current assignee: Simmonds Precision Engine Systems Inc
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1976-12-03
Publication date: 1977-06-16
Also published as: CA1060523A; JPS5280410A; FR2335986A1; GB1545227A; US4027229A

Description

2854812

PATENTANWÄLTE

Dipping. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK
Dipl.-Ing. G. DANNENBERG ■ Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

TELEFON C06,» ^" V ⁶ "ANKFURTAM MA₁N

287014 GR. ESCHENHEIMER STRASSE 38

Simmonds Precision
1. Dezember 1976 _{Engine SystemSf Inc}.

^PW/^Ar Norwich-Oxford Road,

Norwich, New York, USA

Dauermagnet-Wechselstromgenerator

Der erfindungsgemässe Wechselstromgenerator "besteht aus einem Rotor und einem Stator, und jedes dieser Glieder ist mit vorstehenden Polen versehen. Eines der beiden Glieder trägt eine Ankerwicklung, und das andere trägt ein Dauermagnet-Feld. Eine Hülse, die zum Regulieren der Verkettung des Flusses zwischen dem Feld und der Ankerwicklung dient, ist zwischen dem Stator und dem Rotor angebracht. Die Hülse besitzt eine Vielzahl von am Umfang in Abstand voneinander angeordneten Stapeln von
Schichten aus ferromagnetische!!! Material. Die Anzahl der Stapel ist der Anzahl der Pole des Ankers gleich. Das Feld kann die gleiche Anzahl von Polen oder auch weniger Pole besitzen. Die Hülse weist ferner zwei Stirnendplatten auf, je eine an je einem Ende der Hülse. Eine Anzahl von Nietstiften hält die Hülse zusammen^ wobei je ein Nietstift durch jeden der Stapel und die beiden Endplatten hindurchgeht. Beide Enden des Stapels weisen

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Endplatten aus isolierendem Material auf. Das eine Ende des Stapels trägt ausserdem eine zweite Endplatte aus Metall, die mit einem Motor verbunden ist, der dazu dient, die Lage der Hülse einzustellen und dadurch die Abgabeleistung des Wechselstromgenerators zu regulieren. Der Rotor ist auf einer Welle gelagert, die sich innerhalb der Hülse erstreckt. Die Hülse ist in einem Paar von Lagern gelagert, die an den einander gegenüberliegenden Enden der Hülse angebracht sind.

Ein Verfahren zum Zusammensetzen der Hülse gehört zur Erfindung und besteht darin, dass die Stapel, die Nietstangen und die Endplatten zusammengesetzt werden. Hierauf wird der zusammengesetzte Bauteil zwischen einen äusseren Zylinder und einen inneren Zylinder in eine Aufspannvorrichtung eingesetzt und werden die Zwischenräume zwischen den Stapeln mit geschmolzenem plastischem Material ("potting compund", Töpfermasse) gefüllt. Dieses Material lässt man sich abkühlen und erhärten. Jeder der Stapel ist an seinen einander gegenüberliegenden Seitenflächen mit Nuten versehen, so dass die aus erhärtetem Kunststoff bestehenden Abstandsstücke mit den aus Lamellen oder Schichten bestehenden Stapeln verkeilt werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen regulierbaren Dauermagnet-Wechselstromgenerator gemäss der Erfindung;

Fig. 2 in abgebrochener Darstellung einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 in grösserem Maßstab, wobei die Hülse in der Stellung gezeigt wird, in der die Flussverkettung der Hülse ein Maximum hat;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung, bei der die Hülse eine Stellung besitzt, in der der Fluss ein Minimum ist;

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Fig. 4 - teilweise abgebrochen - eine Ansicht der zur Flussregulierung dienenden Hülse, und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4.

Der Wechs elstroiagenerator ist an einer Grundplatte 1 angebracht, die zur Anbringung einer (nicht gezeichneten) Maschine bzw. Antriebsmaschine dient. Der Wechselstromgenerator besitzt einen als Ganze3 mit 2 bezeichneten Stator, einen Rotor 3 und eine zur Flussregulierung dienende Hülse 4.

Der Stator 2 dient in der bezeichneten Ausführungsform als Anker und ist zwischen die Grundplatte und die gegenüberliegende Endplatte 25 eingeklemmt. Eine Welle 6 erstreckt sich von der Antriebsmaschine durch die Grundplatte 1 und durch die Endplatte 25 hindurch und ist in Lagern der Grundplatte 1 sowie in einer Lagerplatte 26 gelagert. Eine Deckelplatte 27 ist an der Aussenseite der Platte 26 angebracht. Die Plätten 1, 25, 26 und 27 sind mittels einer Anzahl von durchgehenden Bolzen 28 aneinander befestigt.

Der Stator 2 besitzt einen Stapel von Schichten oder Lamellen, die einen Ring 2a mit nach innen ragenden Polen 2b einschliessen. Eine Ankerwicklung besitzt eine Vielzahl von Spulen 5, von denen je eine jeden der Pole 2b umgibt. Es ist zu beachten, dass die Pole 2b gerade Seitenflächen besitzen, d.h. sich nicht nach aussen erweitern und keine vorstehenden inneren Enden haben, wie dies bei üblichen Maschinen dieser Bauart der Fall ist. Sich erweiternde oder vorstehende Enden können bei einem Wechselstromgenerator mit der Bauart gemäss der Erfindung verwendet werden, sind aber nicht notwendig. Die Weglassung solcher Enden erleichtert den Zusammenbau der Spulen 5 mit den Polen 2b, da diese Wicklungen vorfabriziert werden und über die vorstehenden Pole geschoben und an Ort und Stelle befestigt werden können. Die inneren Abmessungen- der Wicklungen 5 können ebenso gross gewählt werden wie die Abmessungen der Pole 2b,

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wodurch mehr Raum für Kupfer in den Wicklungen 5 geschaffen wird als bei den Wechselstromgeneratoren üblicher Bauart zur Verfügung steht. Der Rotor 3 besitzt mindestens ein Paar von radial nach aussen vorstehenden Dauermagnetpolen 3a, deren Polarität abwechselt, Gemässder Zeichnung sind drei Paare von Polen vorgesehen, Wenn der Anker 2 eine mehrphasige Wicklung besitzt, muss die Anzahl.der Pole am Feld geringer "* sein als die Anzahl der Pole des Ankers, Die Anzahl von an der Hülse vorgesehenen Überbrückungsgliedern 11 ist die gleiche wie die Anzahl der Pole an dem Statoranker, Die Einzelheiten der Bauweise des Rotors 3 sind nicht dargestellt, und diese Bauweise kann etwa die gleiche sein wie sie in der US-Patentschrift 3 508 095 gezeigt ist. Der Rotor 3 ist auf der Welle 6 befestigt.

Die Hülse 4 besitzt eine Anzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden ferromagnetischen Überbrückungsgliedern 11, von denen jedes einen mittleren Stapel 11a von Schichten oder Lamellen aus ferromagnetischem Material und Endstücke 11b und 11c besitzt.

Die Glieder 11 sollen ehenso lang oder langer sein als die Stapel der Lamellen des Stators 2. Die Glieder 11 können sich über die Lamellen des Stators 2 hinaus erstrecken, damit die Lager 21 und 2g der Hülse axial von dem Stator getrennt werden können. Die Endstücke 11b und 11c können entweder aus Lamellen bestehen, wie in Fig. 4 gezeigt ist, oder sie können massive Metallstücke oder massive Stücke aus Isoliermaterial sein, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Endstücke können abwechselnd in einem Stück mit Abstandsstücken 17 ausgebildet sein, wie dies nachstehend beschrieben wird.

Entlang den beiden Enden der Überbrüekungsglieder 11 erstrecken sich Stirnendplatten 12 und 13 aus isolierendem Material^eine andere ₉ aus Metall, vorzugsweise aus Stahl bestehende Stirnendplatte 14 erstreckt sich nur über das eine Ende des Über-

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brückungsgliedes 11. Jedes der Überbrückung sglieder ist zwischen den Endplatten mittels einer Nietstange 15 gehalten, die einen langgestreckten Schaft und zwei Köpfe 15a und 15b aufweist. Der Schaft jeder Nietstange 15 wird von einem Rohr 16 aus Isoliermaterial umgeben, das dazu dient, Kurzschlüsse oder Wirbelströme zu verhindern, die sonst zwischen den Lamellen und durch den Schaft der Nietstange 15 hindurchgehen.

Je einer der zwei Lagerringe 21 und 22, die aus Material geringer Reibung bestehen, liegt an der gegenüberliegenden Innenseite der Platte 1 bzw. 25 an , und diese Lagerringe tragen die Hülse Die Hülse 4 ist um die Welle 6 herum über einen begrenzten Winkel mittels eines Paars von Bolzen 31 antreibbar, die in der Endplatte 14 befestigt sind und sich durch einen Schlitz 26a hindurch in die Lagerplatte 26 und zu einer Antriebsplatte erstrecken, die durch einen Motor 20 angetrieben wird, der in dem Deckel 27 sitzt.

Wenn die Hülse 4 sich in der in Fig. 2 gezeigten Winkellage befindet, fluchten die Überbrückungsglieder 11 mit den Statorpolen 2b und geht der Weg des Flusses geringster Reluktivität (Widerstand gegen magnetischen Fluss), der von einem Daueratagnetpol 3a zu dem nächsten Dauermagnetpol 3a läuft, durch die mit den Polen fluchtenden Brückenglieder 11 sowie durch die Pole 2b und den Ring 2a hindurch, wie es in Fig. 2 bei 23 gezeigt ist. Der durch diese eben beschriebene Bahn hindurchgehende Fluss hat ein Maximum, wenn sich der Rotor 3 in der dargestellten Winkellage befindet. Wenn sich der Rotor dreht, Ist die Grosse der Veränderung des durch die Ankerspulen 5 gehenden Flusses ein Maximum und ist die Abgabeleistung des Wechselstromgenerators bei ihrem M&m

Wenn die Hülse in die in Fig. 3 gezeigte Winkelstellung gedreht

mit
wird,/der die Überbrückungsglieder 11 mit den Zwischenräumen zwischen den Polen 2b fluchten, geht der Weg der geringsten Reluktivität des Flusses von einem Dauermagnetpol 3a zu dem nächsten Dauermagnetpol 3a direkt durch das benachbarte Über-

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brückungsglied 11 hindurch, das den Zwischenraum zwischen den Enden der Rotorpole überbrückt. Dieser Weg geringster Reluktivität ist in Fig. 3 bei 24 gezeigt. Dabei strömt der grösste Teil des Rotorflusses im Nebenschluss von den Rotorpolen 3a weg. Wenn sich der Rotor dreht, so hat die Grössesdes Wechsels des Flusses durch die Ankerspulen 5 hindurch ein Minimum und ist die Abgabeleistung des Wechselstromgenerators bei .ifrfzem Minimum.

Die Überbrückungsglieder 11 sind durch einen Winkel getrennt, der dem zwischen den Statorpolen bestehenden Trennwinkel gleich ist. Somit braucht die Hülse 4 sich nur um 90 elektrische Grade zu drehen, d.h. einen Winkel, der gleich der Hälfte des Trennwinkels der Pole ist, um den Wechselstromgenerator von einer Stellung für Minimum der Leistung auf eine Stellungfür Maximum seiner Leistung umzustellen oder umgekehrt. Der Motor 20 kann entweder in einer für zwei Stellungen bestimmten Bauart oder in einer Bauart für Anpassung (proportioning) ausgeführt sein. Die Bauart für zwei Stellungen lässt sich als eine solche definieren, die die Hülse 4 entweder in der Stellung nach Fig. 2 oder in der Stellung nach Fig. 3 hält. Die Bauart für Anpassung lässt sich als eine solche definieren, die die Hülse in d?r einen oder der anderen der beiden genannten Stellungen hält oder sie in eine Zwischenstellung bewegt, je nach den Anforderungen für die Anlage.

Die zur Regulierung des Flusses dienende Hülse 4 kann dadurch zusammengesetzt werden, dass man zuerst die Stirnendpiatten und 14 mit den Nietstangen 15, den Rohren 16 und den Überbrückungsgliedern 11 zusammensetzt. Die Stirnendplatte 13 wird dann über das den Platten 12 und 14 gegenüberliegende Ende der Überbrückungsglieder 11 gesäzt und die Köpfe 15b der Nietstangen werden flach gehämmert, um das Bauelement zusammenzuhalten. Das Bauelement wird dann in eine Einspannvorrichtung eingesetzt, die einen die Hülse umgebenden äusseren Zylinder und einen inneren Zylinder besitzt, der den Raum innerhalb der Hülse blockiert. Die Zwischenräume zwischen den Überbrückungsgliedern 11 werden

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- st -

dann mit einer geschmolzenen Kunststoffverbindung gefüllt, die man dann abkühlen und sich härten lässt, wodurch starre isolierende Abstandsstücke 17 zwischen den Gliedern 11 gebildet werden. Jedes der Glieder 11 ist mit einem Paar von Einschnitten 11d an seinen einander gegenüberliegenden radial verlaufenden Flächen versehen, so dass, wenn die isolierende Masse gehärtet ist, jedes der Abstandsstücke 17 durch die Isoliermasse, die ■■■ in die Einschnitte 11a eingedrungen ist, mit beiden benachbarten Stapeln 11 verkeilt wird.

Es ist zu beachten, dass die Überbrückungsglieder 11 entlang dem Umfang langer sind als die Enden der Pole 2b. Sie dienen daher dazu, den Fluss durch die Pole 2b auch dann zu leiten, wenn die Glieder 11 nicht genau mit diesen Polen fluchten.

-Patentansprüche -

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Leerseite

Claims

Simmonds Precision Engine Systems, Inc.

1. Dezember 1976
PW/Ar

Patentansprüche.

MJ Regulierbarer Dauermagnet-Wechselstromgenerator mit

a) einem Stator mit mindestens einem Paar von Polen;

b) einem Rotor mit mindestens einem Paar von Polen;

c) einem Dauermagnetfelderzeuger an mindestens einem der Teile a oder b;

d) einer Ankerwicklung an dem anderen der Teile a oder b; dadurch gekennzeichnet, dass eine hohle zylindrische Hülse (4) vorgesehen ist, die koaxial mit dem Rotor (3) angeordnet ist und sich zwischen dem Stator (2) und dem Rotor erstreckt, dass ferner die Hülse entlang ihrem Umfang eine Anzahl von in Abstand voneinander angeordnete Überbrückungs« glieder (11) aufweist, von denen jedes einen Stapel (11a) aus Schichten oder Lamellen aus f erromagnetischem Material besitzt, wobei die Anzahl der Überbrückungsglieder der Anzahl der Stator^ole (2b) gleich ist, dass ferner die Enden der Hülset-je einer Stirnendplatte (12, 13) versehen jiVöi dass ferner mehrere Befestigungsglieder (15) vorgesehen sind, von denen jedes aus einer Stange besteht, die durch eines der Überbrückungsglieder (11) und durch dessen beide Endplatten (12, 13) hindurchgeht, und dass Verstellglieder (20) mit der Hülse verbunden sind, derart, dass durch diesffderen Winkellage verändert wird und die Überbrückungsglieder (11) ihre Ausrichtung in Bezug auf die Statorpole (2b) ändern und dadurch die Verkettung des magnetischen Flusses zwischen dem Pelderzeuger und der Ankerwicklung verändert wird.

2. Wechselstromgenerator nach Anspruch ·1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Isolierrohr (16) zwischen je einem Über-

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brückungsglied (11) und des zugehörigen VerbIndungsstange (15) erstreckt.

3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) in axialer Richtung langer als der Stator (2) und die Rotorpole (3a) ist.

4. ¥echseistromgen2rator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede.' der Endplatten (12. 13} aus Isoliermaterial besteht, dass eine der Endplatten zusätzlich eine Endplatte (14) aufweist, die aus Metall besteht, und dass die VerStellglieder (20) mit der Metaliendplatte verbunden sind.

v/echseistromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abstandsstücke (17) aus isolierendem Werkstoff zwischen den Stapeln von Schichten oder Lamellen (11a) vorgesehen und mit diesen verkeilt sind.

6. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) von einem Gehäuse (1, 25, 26, 27) getragen wird, dass ein Paar von Tragteilen (1, 25) in Abstand voneinander an entgegengesetzten Enden des Stators angebracht sind und die Hülse (4) tragen, und dass Im einen Ende des Gehäuses ein Tragteil (27) die Verstellglieder (20) trägt»

7. Wechselstromgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Tragteile (1, 25) je ein Lager aufweist, das die Endplatten (12, 13, 14) aufnimmt.

8. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (2b) des Stators (2) flache*sich radial und axial erstreckende Seitenflächen aufweisen.

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9. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Abstandsstücken (17) aus Isoliermaterial vorgesehen ist, deren Anzahl derjenigen der Überbrückungsglieder (11) gleich ist und von denen je eines zwischen zwei Überbrückungsgliedern liegt.

10. Wechselstromgenerator nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Abstandsstücke (17) mit den zwei benachbarten Überbrückungsgliedern (11) verkeilt ist.

11. Verfahren zum Zusammensetzen einer zur Plusskontrolle dienenden Hülse eines Dauermagnet-Wechselstromgenerators, insbesondere eines Wechselstromgenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Überbrückungsglieder (11), von denen jedes aus einem Stapel von Schichten oder Lamellen aus magnetischem Material besteht, zusammen und mit einem Paar von Endplatten (12, 13) zusammengesetzt werden, indem längliche Nietstangen durch jeden Stapel und beide Endplatten hindurchgeführt werden und diese an ihren Enden flach geschlagen werden, dass ferner die zusammengesetzten Lamellen und Endplatten innerhalb eines äusseren Zylinders gehalten werden, der die Stapel und die Aussenseite eines inneren, innerhalb des Stapels befindlichen Zylinders (16) umgibt, dass ferner in die Zwischenräume zwischen den Stapeln geschmolzenes Isoliermaterial eingegossen wird und dass man dieses geschmolzene Isoliermaterial sich abkühlen und erhärten lässt.

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