DE3738625A1

DE3738625A1 - Verfahren zum messen eines luftspaltes in einer elektrischen drehmaschine

Info

Publication number: DE3738625A1
Application number: DE19873738625
Authority: DE
Inventors: Keiji Takahashi; Mamoru Zennyoji
Original assignee: Mitsuba Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1988-05-26
Also published as: FR2606870B1; GB2197479B; DE3738625C2; FR2606870A1; US4821561A; GB2197479A; JPS63124908A; GB8726671D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Luft spaltes in einer elektrischen Drehmaschine wie einen Genera tor für Fahrzeuge.

Im allgemeinen gehören zu elektrischen Drehmaschinen wie einem Generator für Fahrzeuge, z.B. Autos, solche, die einen fest auf einer Rotorwelle vorgesehenen Rotorkern und einen offenen Statorkern aufweisen, der einen freiliegenden äußeren Rand hat und koaxial zu dem Rotorkern um dessen äuße ren Rand herum angeordnet ist, wie z.B. in den US-PSen 44 88 070 und 44 19 597 beschrieben ist, und bei denen ein Luftspalt mit einer angemessenen Breite zwischen dem inneren Rand des Statorkernes und dem äußeren Rand des Rotorkernes gebildet ist, um einen Kontakt zwischen dem Rotorkern und dem Statorkern zu vermeiden, während sich der erstere dreht. Es wird bevorzugt, die Breite des Luftspaltes so klein wie möglich zu machen, um eine elektrische Drehmaschine mit hoher Ausgangsleistung zu erhalten. Wenn jedoch versucht wird, den Luftspalt zu verringern, um der Maschine eine hohe Ausgangs leistung zu geben, kann der Luftspalt angesichts von Abwei chungen, die beim Zusammenbauen des Statorkernes und des Rotorkernes auftreten, oder der Maßtoleranz oder Verformung des Rotorkernes, die infolge einer Hochgeschwindigkeitsdre hung auftreten würde, nicht zu sehr verringert werden. Bis lang wurde keine Messung von Luftspalten für jeden Artikel oder Generator durchgeführt, so daß sich die Folge ergibt, daß die Präzision der Messung schlecht ist. Herkömmlich hat sich eingebürgert, eine solche Luftspaltgröße zu nehmen, die das zulässige Abmaß oder Maßtoleranz genügend umgehen kann und groß genug ist, um bei allen in einer großen Menge hergestellten Artikeln angewendet werden zu können, wobei dieses zulässige Abmaß oder die Maßtoleranz unter Berück sichtigung der oben beschriebenen Abweichung bei jedem Ar tikel bestimmt wurde. Infolgedessen können Luftspalte nicht anders als mit einem übermäßig großen Wert genommen werden, da eine Verringerung des Luftspaltes die Zuverlässig keit der erzeugten Artikel beeinträchtigen könnte, weil der Rotor sonst den Statorkern aufgrund von Abweichung, Verformung usw. berühren würde. Der Bedarf an Drehmaschinen mit hoher Ausgangsleistung, insbesondere Generatoren, wird nicht in zu friedenstellender Weise gedeckt, und einige Verbesserungen sind erwünscht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben beschrie benen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zum Messen eines Luftspaltes in einer elektrischen Drehmaschine zu schaffen, das mit hoher Zuverlässigkeit leicht auszuführen ist.

Als Folge weitreichender Untersuchungen wurde nun festgestellt, daß die oben beschriebene Aufgabe dadurch erzielt wird, daß die Dicke des Statorkernes nach dem Wickeln des Feldkabels und der Beschichtung gemessen wird, daß der Außendurchmesser des Statorkernes nach dem Zusammenbau gemessen wird und daß die Differenz zwischen den Ergebnissen berechnet wird. Das heißt, daß die Erfindung ein Verfahren zum Messen eines Luftspaltes in einer elektrischen Drehmaschine schafft, die einen fest auf einer Rotorwelle vorgesehenen Rotorkern und einen koaxial zu dem Rotorkern um dessen äußeren Rand herum angeordneten Statorkern aufweist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Breite des Statorkernes in radialer Richtung vor dem Zusammenbau des Statorkernes und des Rotorkernes gemessen wird, daß auch die Lage eines äuße ren Randes des Statorkernes von der Achse des Rotorkernes aus nach dem Zusammenbau gemessen wird, daß die Lage eines inneren Randes des Statorkernes von der Achse des Rotorkernes aus auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Ergebnis der Messung der Breite des Statorkernes in radialer Richtung, die vor dem Zusammenbau gemessen wird, und dem Ergebnis der Messung der Lage des äußeren Randes des Statorkernes von der Achse des Rotorkernes aus nach dem Zusammenbau berechnet wird und daß ferner die Differenz zwischen der Lage des inneren Randes des Statorkernes und der Lage des äußeren Randes des Rotorkernes auf der Grundlage der Ergebnisse der Messungen berechnet wird, wobei die so erhaltene Differenz als Luftspalt zwischen dem Statorkern und dem Rotorkern definiert wird.

Bei diesem Aufbau erleichtert die Erfindung das Messen eines Luftspaltes in einer elektrischen Drehmaschine mit hoher Präzision und trägt somit stark dazu bei, der elektrischen Drehmaschine eine hohe Ausgangsleistung zu geben.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird ein Beispiel für das Verfahren zum Messen eines Luftspaltes in einer elek trischen Drehmaschine gemäß der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines Generators für Fahrzeuge,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt in radialer Rich tung eines Teiles eines Statorkernes zur Erläute rung des Ablaufes der Messung der Breite eines Statorkernes in radialer Richtung,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt entlang der Achse des Generators zur Erläuterung des Ablaufes der Messung der Lage eines äußeren Randes des Stator kernes,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt entlang der Achse des Statorkernes zur Erläuterung des Ablaufes der Messung eines Luftspaltes zwischen dem Statorkern und dem Rotorkern und

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das die Steuervorgänge der Messung des Luftspaltes zwischen dem Statorkern und dem Rotorkern zeigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen mit der Bezugs ziffer 1 ein Generator für Fahrzeuge bezeichnet ist. Der Gene rator 1 umfaßt verschiedene Elemente, wie eine Kernwelle 2, einen sogenannten Lundell-Rotorkern 3, der an der Kernwelle 2 beispielsweise durch einen Preßsitz befestigt ist, einen Spulenkörper 4, der in den Rotorkern 3 eingebaut ist, eine Rotorspule 5, die um den Spulenkörper 4 herumgewickelt ist, einen Statorkern 6, eine Statorspule 6 a, die um den Stator kern 6 herumgewickelt ist, einen Bürstenhalter 7, eine Viel zahl von Bürsten 8, die beispielsweise durch Federn über den Bürstenhalter 7 abgestützt werden, eine Vielzahl von Schleif ringen 9, die in Schleifkontakt mit den Bürsten 8 stehen, einen Gleichrichter 10, der den erzeugten Wechselstrom gleich richtet, usw. Dieser Aufbau kann grundsätzlich derselbe wie der von solchen herkömmlichen Generatoren sein, wie sie z.B. in den US-PSen 44 88 070 und 44 19 597 beschrieben sind.

Gewöhnlich umfaßt der Generator 1 Gehäuse, d.h. einen vorderen Halter 11 und einen Gehäusehalter 12, die durch eine durch gehende Schraube 13 fest miteinander verbunden sind, die der art hindurchgeführt ist, daß der Statorkern dazwischen ein gesetzt ist. Der Generator 1 ist ein offener Generator, wobei der äußere Rand des Statorkernes freiliegt. Die Kern welle 2 wird durch Lager 14 und 15 drehbar abgestützt, die in den Haltern 11 und 12 vorgesehen sind. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein Luftspalt L zwischen dem äußeren Rand des Rotorkernes 3, der an der Kernwelle 2 befestigt ist, und dem inneren Rand des Statorkernes 6 gemessen.

Zu diesem Zweck werden notwendige Messungen an dem Statorkern 6 zu einem Zeitpunkt vor dem Zusammenbau des Generators 1 gemacht. Im allgemeinen besteht der Hauptkörper des Stator kernes 6 aus einer vorbestimmten Anzahl von gestanzten Plat ten aus Metall oder einer Legierung, die allgemein auf diesem Gebiet der Technik verwendet werden, wobei sie aneinander laminiert oder sonstwie miteinander kombiniert sind. Ferner wird die Statorspule 4 um ihn herumgewickelt, und der Einbau des Statorkernes ist nach den erforderlichen Behandlungen, wie Beschichten mit einer Isolierschicht, fertig. Die Breite von jedem Zahn 6 a des so eingebauten Statorkernes 6 in radialer Richtung wird gemessen. Bei dieser Messung wird ein Paar von Meßausrüstungsteilen 16 und 17, wie z.B. Wirbelstromsensoren, bestehend aus einem Paar von magnetischen Teilen 16 a und 17 a so angeordnet, daß sie den zu messenden Teilen gegenüberliegen und die Messung des Abstandes des zu messenden Teiles, d.h. des Statorkernes 6, von den magnetischen Teilen 16 oder 17 auf der Grundlage des Wirbelstromverlustes, dessen Größe von dem Abstand von den magnetischen Teilen abhängt, ermöglichen. Wenn angenommen wird, daß der Abstand zwischen den Meßaus rüstungsteilen 16 und 17 Z (ein vorgegebener Abstand und somit bekannt) ist, und wenn auf der Grundlage der Ergebnisse der Messungen weiter angenommen wird, daß der Abstand des äuße ren Meßausrüstungsteiles 16 von dem äußeren Rand des Stator kernes 6 x und der Abstand des inneren Meßausrüstungsteiles von dem inneren Rand des Zahnes 6 a des Statorkernes 6 y ist, dann wird die Breite A des Zahnes 6 a durch die folgende Gleichung:

A=Z-(x+y)

(vgl. Fig. 2) angegeben und wird der Wert der Breite A eines Zahnes 6 a in radialer Richtung als Meßdatenwert an einen Datenvergleichs- und Prüfabschnitt der Meßausrüstung geschickt.

Andererseits wird der Generator 1 nach dem Zusammenbau unter Verwendung einer Aufspannvorrichtung (nicht gezeigt) derart fest abgestützt, daß die Stelle, an welcher die Aufspannvor richtung den Generator abstützt, in der Mitte der Kernwelle 2 ist. In diesem Fall ist der Gehäusehalter 12 mit einer Öff nung 12 a an dem Teil, der der Kernwelle 2 entspricht oder ihr zugekehrt ist, versehen, so daß man das Ende der Kernwelle 2 sehen kann. Außerdem ist eine konische Rille 2 a an jedem Ende der Kernwelle 2 fluchtend mit der Achse der Kernwelle 2 ge bildet, und der Generator 1 wird an den konischen Rillen 2 a unter Verwendung einer Aufspannvorrichtung (nicht gezeigt) abgestützt. Die Lage des freiliegenden Teiles des Statorker nes 6 von der Achse der Kernwelle wird unter Verwendung eines Meßausrüstungsteiles 19 gemessen, das ein Wirbelstromsensor ähnlich dem, der oben beschrieben wurde und für die Messung der Dicke des Statorkernes 6 verwendet wird, sein kann. Das Meßausrüstungsteil 19 ist an einer Stelle in einem Abstand Y von der Mitte 0 der Kernwelle 2 angeordnet, und der Ab stand b zwischen dem äußeren Rand des Statorkernes 6 und der Spitze des Sensors des Meßausrüstungsteiles 19 wird gemessen. Aus den Ergebnissen der Messungen wird der Abstand B der Mitte 0 der Kernwelle 2 von dem äußeren Rand des Statorkernes 6 in den Zustand, in welchem der Statorkern 6 tatsächlich ein gebaut ist, nach der folgenden unten angegebenen Gleichung berechnet:

B=Y-b

In dem obengenannten Fall müssen die Messungen der Breite des Statorkernes 6 in radialer Richtung vor dem Zusammenbau und die Messung der Lage eines äußeren Randes des Statorkernes 6 nach dem Zusammenbau natürlich an der gleichen Stelle des Statorkernes 6 gemacht werden. Die Ausrichtung der Stellen des Statorkernes 6 für die Messung wird dadurch erreicht, daß als Startpunkt für beide Messungen eine Rille 6 b (vgl. Fig. 2), zum Beispiel für das Positionieren des äußeren Randes, ausge wählt wird, die in dem Statorkern 6 vorgesehen ist, um einem Endabschnitt des um ihn herumgewickelten Feldkabels zu ent sprechen. In dem Randabschnitt des Statorkernes 6, der frei liegt, gibt es Stellen, wo die Durchgangsschraube 13 und ein Teil des Halters übereinanderliegen. Die Messung der Lage eines äußeren Randes des Statorkernes, die dem übereinander liegenden Abschnitt entspricht, ist nicht möglich. Daher ist die Erfindung auf einen solchen Abschnitt nicht anwendbar.

Nach der Berechnung der Breite A des Statorkernes 6 in radia ler Richtung und des Abstandes B des äußeren Randes des Sta torkernes zeigt der Unterschied zwischen ihnen den tatsächli chen Innendurchmesser d des Statorkernes 6 in einem Zustand an, in welchem der Generator 1 zusammengebaut wurde (Fig. 4), der durch die folgende Gleichung berechnet wird:

d=B-A

Andererseits wurde der Rotorkern 3 nach seinem Außendurchmes ser mittels einer Meßvorrichtung wie z.B. eines Lehrdornes oder dergleichen, abgemessen. Wenn angenommen wird, daß der Durchmesser des Rotorkernes 3 C ist, dann wird der Luftspalt L zwischen dem inneren Rand des Statorkernes 6 und dem äuße ren Rand des Rotorkernes 3 entsprechend der folgenden Glei chung berechnet:
L=d-(C/2)

Die Qualität der Produkte kann auf der Grundlage des so be rechneten Luftspaltes L kontrolliert werden.

Wie oben angegeben, kann erfindungsgemäß der Luftspalt L zwischen dem Statorkern 6 und dem Rotorkern 3, d.h. der Spiel raum zwischen dem inneren Rand des Statorkernes und dem äuße ren Rand des Rotorkernes, fortlaufend leicht und exakt erhal ten werden. Infolgedessen ist es nicht mehr notwendig, den Luftspalt auf einen genügend großen Wert einzustellen, der unter Berücksichtigung der Abweichungen beim Zusammenbau aller in einer großen Menge hergestellten Produkte bestimmt wird, wie es bei dem herkömmlichen Verfahren der Fall ist, bei dem kein Luftspalt besonders gemessen wird, und kann die Kontrolle der Qualität der Produkte auf der Grundlage des Luftspalt wertes L, der für jeden Generator gemessen wird, durchgeführt werden. Wenn daher der Luftspaltwert L auf eine kleine Größe eingestellt wird, die erforderlich ist, um den Produkten eine hohe Ausgangsleistung zu geben (z.B. ein Wert kleiner als der herkömmliche, der ungefähr 0,5 mm beträgt), kann die erforder liche Kontrolle der Qualität der Produkte leicht und zuver lässig durchgeführt werden, so daß der Generator 1 mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit hergestellt werden kann, wobei der Luftspaltwert L genau kontrolliert wird.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau ist es unmöglich, die Lage eines inneren Randes des Statorkernes an Stellen, an denen die Durchgangsschraube 13 und der Halter sich überlappen, zu messen, und die oben beschriebene fortwährende Messung wird an diesen Überlappungs- oder Überlagerungsstellen teilweise unterbrochen. Der Abschnitt, an dem die Messung nicht möglich ist, ist jedoch ziemlich begrenzt im Vergleich zu dem gesam ten Statorkern, so daß daher im wesentlichen kein Problem auf tritt.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das oben be schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und können die Vor richtungen für die Messung der Breite des Statorkernes in radialer Richtung und der Lage eines äußeren Randes des Stator kernes bekannte Meßvorrichtungen wie solche, die Licht usw. verwenden, sein, ohne auf Wirbelstromsensoren zurückgreifen zu müssen. Außerdem ist es nicht notwendig, alle Zähne zu messen, die Messung kann vielmehr in geeigneten Abständen, wie z.B. durch Messen jedes zweiten Zahnes, durchgeführt werden. Erfindungsgemäß kann eine elektrische Drehmaschine mit hoher Leistung in großen Mengen und mit geringen Kosten hergestellt werden.

Zusammenfassend ist ein Verfahren zum Messen eines Luftspal tes L in einer elektrischen Drehmaschine 1 geoffenbart, die einen fest auf einer Rotorwelle 2 vorgesehenen Rotorkern 3 und einen koaxial zu dem Rotorkern um dessen äußeren Rand herum angeordneten Statorkern 6 aufweist, wobei das Verfahren da durch gekennzeichnet ist, daß die Breite des Statorkernes 6 in radialer Richtung vor dem Zusammenbau des Statorkernes 6 und des Rotorkernes 3 gemessen wird, daß auch die Lage eines äußeren Randes des Statorkernes 6 von der Achse des Rotor kernes 3 aus nach dem Zusammenbau gemessen wird, daß die Lage eines inneren Randes des Statorkernes 6 von der Achse des Rotorkernes 3 aus auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Ergebnis der Messung der Breite des Statorkernes 6 in radialer Richtung, die vor dem Zusammenbau gemessen wird, und dem Ergebnis der Messung der Lage des äußeren Randes des Statorkernes 6 von der Achse des Rotorkernes 3 aus nach dem Zusammenbau berechnet wird und daß ferner die Differenz zwischen der Lage des inneren Randes des Statorkernes 6 und der Lage des äußeren Randes des Rotorkernes 3 auf der Grund lage der Ergebnisse der Messungen berechnet wird, wobei die so erhaltene Differenz als Luftspalt L zwischen dem Stator kern 6 und dem Rotorkern 3 definiert wird.

Claims

1. Verfahren zum Messen eines Luftspaltes in einer elektrischen Drehmaschine, die einen fest mit einer Rotorwelle vorgesehenen Rotorkern und einen koaxial zu dem Rotorkern um dessen äußeren Rand herum angeordneten Stator kern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Statorkernes in radialer Richtung vor dem Zusammenbau des Statorkernes und des Rotorkernes gemessen wird, daß auch die Lage eines äußeren Randes des Statorkernes von der Achse des Rotorkernes aus nach dem Zusammenbau gemessen wird, daß die Lage eines inneren Randes des Statorkernes von der Achse des Rotorkernes aus auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Ergebnis der Messung der Breite des Statorkernes in radialer Richtung, die vor dem Zusammenbau gemessen wird, und dem Ergebnis der Messung der Lage des äußeren Randes des Statorkernes von der Achse des Rotorkernes aus nach dem Zusammenbau berechnet wird und daß ferner die Differenz zwischen der Lage des inneren Randes des Statorkernes und der Lage des äußeren Randes des Rotorkernes auf der Grund lage der Ergebnisse der Messungen berechnet wird, wobei die so erhaltene Differenz als Luftspalt zwischen dem Statorkern und dem Rotorkern definiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Statorkerns die Breite eines Zahnes des Stator kernes ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Statorkernes für jeden Zahn gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Statorkernes für ausgewählte Zähne des Stator kernes in einem vorbestimmten Abstand gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des äußeren Randes des Statorkernes nach dem Zu sammenbau durch Abstützen des Generators auf der Kernwelle unter Verwendung einer Aufspannvorrichtung durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator an einer Rille abgestützt wird, die an jedem Ende der Kernwelle vorgesehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des äußeren Randes des Statorkernes an einer Stel le begonnen wird, die einer an dem Statorkern vorgesehenen Rille entspricht.