DE3144063C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehstromgenerator für das Bordnetz eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 19 27 993 ist bereits ein schleifringloser Drehstrom­ generator in kurzer Bauweise bekannt, der gegebenenfalls zwischen dem Motorblock einer Brennkraftmaschine und der Kupplung bzw. dem Antrieb von Nebenaggregaten unterzubringen ist. Die Maschine ist jedoch fremdgelagert, d. h., daß Lagerstellen an der Brennkraft­ maschine und gegebenenfalls am Nebenaggregat vorhanden sein müssen. Dies hat den Nachteil, daß durch Mittenversatz zwischen dem umlaufenden Rotor und dem am Motorblock fixierten Stator die Luft­ spalte zwischen Ständerblechpaket und Klauenpolrotor einerseits und zwischen dem Rotor und dem Erregersystem andererseits so groß gewählt werden müssen, daß sich der Rotor auch im Grenzbereich der Fertigungstoleranzen und bei Erschütterungen der Motorwelle frei dreht. Dazu sind relativ große Arbeitsluftspalte im Magnetsystem erforderlich, was zu einer Verringerung der elektrischen Leistung bzw. bei vorgegebener Leistung zu einer entsprechend größer bauenden Maschine führt.

Aus der FR-PS 14 75 440 ist eine eigengelagerte, schleifringlose elektrodynamische Maschine bekannt, bei der ein Leitstückläufer zwischen einem Ständer und einem hohlzylindrischen Innenpol mit Erregerwicklung umläuft. Die Lagerung des Leitstückläufers erfolgt dabei einerseits an der Innenseite des zylindrischen Innenpols und andererseits an zwei Lagerschilden an den Stirnseiten der Maschine.

Diese Lösung ist für einen Generator in Kompaktbauweise ungeeignet und hat ferner den Nachteil, daß der von der Erregerwicklung des Innenpols erzeugte magnetische Fluß teilweise über die Lagerstellen zum Leitstückläufer bzw. von dort wieder zurück zum Innenpol ver­ läuft mit der Folge, daß metallischer Abrieb sich dort ansammeln und die Lagerstellen zerstören könnte.

Die gleichen Nachteile ergeben sich auch bei einer elektro­ dynamischen Maschine nach der FR-PS 15 83 537, wobei dort ein die Erregerwicklung tragender Innenpol der Maschine nicht hohlzylin­ drisch, sondern massiv ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schleifringlosen, eigengelagerten Generator in extrem kurzer Bauweise zu schaffen, dessen als Leitstückläufer ausgebildeter Rotor auf das Wellenende eines Antriebsaggregates aufgebracht werden kann, wobei die Lager­ stellen nicht vom Magnetfluß im Erregersystem der Maschine berührt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Dabei führt die Eigenlagerung des Rotors in vorteilhafter Weise zu Ausführungsformen des Genera­ tors mit kurzen Luftspaltlängen, wodurch die elektrische Leistung der Maschine erhöht oder bei vorgegebener Leistung die Baugröße der Maschine verringert werden kann. Des weiteren wird durch die Her­ stellung des mit einer Lagernabe versehenen Gehäuses aus nicht magnetisierbarem Werkstoff sichergestellt, daß an den Lagerstellen der Maschine keine magnetischen Felder auftreten, welche Beschä­ digungen der Lager durch metallischen Abrieb verursachen könnten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen, in der Zeichnung in verschiedenen Varianten dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen eines Drehstromgenerators.

Es zeigen die Fig. 1 bis 4 Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge in vier verschiebenen Varianten, jeweils in einem axialen Halbschnitt dargestellt.

Gleiche oder gleichwirkende Teile der verschiedenen Ausführungs­ beispiele sind in Fig. 1 bis 4 jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Gleichrichter und Regler sind nicht dargestellt, da sie als Wegbauteile jeweils an für die Kühlung besonders günstigen Stellen im Motorraum angebracht werden. Die dargestellten Drehstromgeneratoren sind zum Antrieb durch eine Brennkraftmaschine eines im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeuges bestimmt, wobei vorgesehen ist, daß der Generator jeweils an eine bei 10 angedeutete Wand der Brennkraftmaschine bzw. des Kupplungs- oder Ge­ triebegehäuses angebaut ist und durch einen aus der Wand 10 vorstehenden Wellenstumpf bzw. Welle 11 angetrieben wird.

Im einzelnen hat jeder der Generatoren ein ringförmiges Ständerblechpaket 12, das drei über den Umfang des Ständer­ blechpakets gleichmäßig verteilt angeordnete Drehstrom­ wicklungen 13 trägt. Mit geringem radialen Luftspalt ist innerhalb der Bohrung 14 des Ständerblechpakets 12 ein als Rotor ausgebildetes Kraftlinienleitstück 15 vorgesehen, das in seiner Umfangsrichtung mehrere, jeweils entgegen­ gesetzt polarisierte Klauenpole 16 aufweist, die unter­ einander durch einen nicht magnetischen Ring 17 zu einem zylindrischen Polkranz verbunden sind.

Zentrisch zum Rotor 15 ist eine Erregerwicklung 18 auf den zylindrischen Teil 19 eines Erregersystems aus ferro­ magnetischem Material 20 aufgewickelt, das an seiner der Gehäusewand 10 zugekehrten Stirnseite eine Polhälfte 21 aufweist. Das aus weichmagnetischem Eisen gedrehte Er­ regersystem 20 ist von einem aus Leichtmetall gegossenen Träger 22 umschlossen, der napfförmig ausgebildet ist und an seiner Außenwand 23 einen Einpaß 24 für das Ständer­ blechpaket 12 aufweist. Die Umfangsfläche 25 der Pol­ hälfte 21 steht mit geringem radialen Luftspalt den je­ weils gleichnamigen Klauenpolen 16 gegenüber, über welche sie die bei 26 angedeuteten Feldlinien des von der Er­ regerspule 18 erzeugten elektromagnetischen Feldes über das Ständerblechpaket 12 schließen, wenn in der für die Fig. 1 zugrundegelegten Weise angenommen wird, daß in der Polhälfte 21 beispielsweise ein elektromagnetischer Nordpol erzeugt wird. Der Rückschluß der Feldlinien er­ folgt über die entgegengesetzt gepolten Klauenpole 16 des Rotors 15, der an seiner Innenfläche 27 der zweiten Polhälfte 28 des Erregersystems gegenübersteht, welche an der der Gehäusewand 10 abgewandten Seite der Erreger­ wicklung 18 auf die Hülse 19 aufgepreßt ist und der Innenfläche 27 mit geringem axialem Abstand gegenüber­ steht.

Die angestrebte kurze, in Richtung der Drehachse AA des Leitstückrotors 15 gemessene Baulänge des Generators ergibt sich dadurch, daß die als Kugellager ausgebil­ deten Wälzlager 35 und 36 des Leitstückrotors 15 inner­ halb der beiden an die stirnseitig vorstehenden Wickel­ köpfe 13 der Drehstromwicklungen angelegten, senkrecht zur Drehachse AA verlaufenden Begrenzungsebenen 37 und 38 liegen. Diese Begrenzungsebenen sind in Fig. 1 mit verstärkten, unterbrochenen Linien angedeutet. Wie sich aus Fig. 1 leicht ersehen läßt, bestimmt daher praktisch die axiale Ausladung der Drehstromwicklungen 13 und ihrer Wickelköpfe die Baulänge des Generators.

Die äußeren Kugellagerringe 41 und 42 sitzen in Bohrungen 43 und 44 der Nabe 45 des Leichtmetallträgers 22. Die Innenringe 33 und 34 der Wälzlager 35 und 36 befinden sich auf der anderen Mantelfläche der als Hohlwelle aus­ gebildeten Nabe 31 des Leitstückrotors. Die Befestigung des Generators erfolgt durch mehrere Befestigungsschrauben 46, die zwischen dem Erregersystem 20 und den Außenringen 41 und 42 der Kugellager angeordnet sind, und die das Ge­ häuse 22 gegen einen sich an der Gehäusewand 10 abstützen­ den Distanzring 47 anpressen.

Die Kühlung des Generators erfolgt durch einen Radiallüfter, dessen aus Blech gebogene Lüfterschaufeln 51 auf der Stirn­ fläche des Rotors 15 verteilt auf diesen aufgesetzt sind und die durch die Bohrung im Zentrum der ringförmigen Lüfterhaube 57 angesaugte Luft 52 über die über das Stän­ derblechpaket vorstehenden Wickelköpfe der Drehstromwick­ lung 13 hinwegblasen. Die Kühlluft tritt durch mehrere Kühlluftöffnungen 56 im Gehäuseaußenteil 23 bzw. durch mehrere Kühlluftöffnungen 58 in der ringförmigen Lüfter­ haube 57 aus. Die Lüfterhaube 57 wird durch eine rundum­ laufende Einschnürung, die in eine Nut des Gehäuseaußen­ teils 23 einrastet, gehalten.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1, 2 und 4 ist zwischen der Nabe 31 des Rotors 15 und der Generatoran­ triebswelle 11 eine nicht näher dargestellte elastische Kupplung 60 vorgesehen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich im wesentlichen dadurch, daß zwei axialwirkende Simmer­ ringe 66 und 67 vorgesehen sind, von denen der Simmer­ ring 66 in die Längsbohrung 68 der Nabe 31 eingepreßt ist, während der zweite Simmerring 67 in die den Außenring 42 des Kugellagers 36 aufnehmende Bohrung 44 eingesetzt ist.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich der Generator im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle einer elastischen Kupplung zwischen der Generatorantriebswelle 11 und der Nabe 31 ein Planetengetriebe 70 vorgesehen ist, dessen Hohlrad 71 mit der Antriebswelle 11 drehfest ver­ bunden ist und über mehrere mit ihm in Eingriff befindliche Planetenräder 72 ein auf der Rotornabe 31 sitzendes Sonnen­ rad 73 antreiben. Die Momentenübertragung vom Sonnenrad 73 auf die Nabe 31 kann über eine Keilwellenverzahnung 74 wie in Fig. 3 dargestellt oder über eine nicht wiedergegebene Nut-Feder-Verbindung erfolgen.

Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 2 als auch nach Fig. 3 können die beiden Kugellager 35 und 36 in den Schmierölkreislauf der Antriebs-Brennkraftmaschine einbe­ zogen werden.

Die Ausführungsvariante nach Fig. 4 bringt fertigungs­ technische Vereinfachungen, da bei dieser Ausführungs­ form alle konzentrisch zueinander liegenden Durchmesser bei Rotor und ruhendem Generatorteil in jeweils einer Ein­ spannung des Werkstückes ausgeführt werden können.

Claims (9)

1. Drehstromgenerator für das Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeuges, mit einem Magnetsystem aus einem feststehenden Stän­ derblechpaket, auf diesem angeordneten Drehstromwicklungen und einem Erregersystem mit einer feststehenden, auf einem ferromagnetischen, zylindrischen Teil angeordneten Erregerwicklung zur Erzeugung eines die Drehstromwicklungen durchdringenden Magnetfeldes, mit einem als Kraft­ linienleitstück mit Klauenpolen ausgebildeten Rotor, der eine Hohlwelle aufweist, durch die die Generatorantriebswelle hindurchführt, und mit einem das Magnetsystem mit Ausnahme des Rotors verdrehfest tragenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß auf der äußeren Mantelfläche der Hohlwelle (31) Wälzlager (35, 36) so angeordnet sind, daß sie zwischen den bei­ den an die stirnseitig vorstehenden Wickelköpfe (17) der Drehstromwick­ lung angelegten, senkrecht zur Achse (A, A) verlaufenden Begren­ zungsebenen (37, 38) liegen und daß ihre Außenringe (41, 42) sich in einer Nabe (45) des aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff hergestellten Gehäu­ ses (22) abstützen.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) um den ruhenden ferromagnetischen Teil (19) des Erregersystems (20) herumgegossen ist.

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Pol (21) des Erregersystems (20) eine zylindrische Ober­ fläche (25) aufweist, die der inneren zylinderförmigen Oberfläche des Rotors (15) unter einer Hälfte des Klauenpolsystems (16) mit kleinem radialen Luftspalt gegenübersteht.

4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pol (21) und der Rotor (15) zur Vergrößerung der Luftspalt­ fläche Verlängerungen in Form von Kegelstümpfen, die sich mit kleinem Luftspalt gegenüberstehen, aufweisen.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsflächen zwischen einem zweiten ruhenden Pol (28) des Erregersystems (20) und dem Rotor (15) die Form von flachen, im Radialschnitt parallel zueinander verlaufenden Kegelstümpfen aufweisen.

6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Bohrung der Hohlwelle (31) und der Generatorantriebs­ welle (11) eine kraftschlüssige Kupplung (60), insbesondere eine elasti­ sche Kupplung, vorzugsweise eine Wellbandkupplung vorgesehen ist.

7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hohlwelle (31) des Rotors (15) und der Generatoran­ triebswelle (11) eine Getriebestufe, insbesondere ein Planetengetriebe (70, 71, 72, 73, 74) angeordnet ist.

8. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung der Hohlwelle (31) des Rotors (15) ein Simmerring (66) angeordnet ist, dessen Dichtlippe sich elastisch gegen die Genera­ torantriebswelle (11) abstützt, und daß ein zweiter Simmerring (67) neben dem Wälzlager (36) in der Nabe (45) angeordnet ist, dessen Dichtlippe sich elastisch gegen die Hohlwelle (31) abstützt.

9. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der von der Erregerwicklung (18) abgekehrten Außenseite des Ro­ tors (15) mehrere radial und axial ausladende Lüfterflügel (51) ange­ ordnet sind.