DE3917343A1

DE3917343A1 - Schleifringloser klauenpol-generator

Info

Publication number: DE3917343A1
Application number: DE3917343A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Fakler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-05-27
Filing date: 1989-05-27
Publication date: 1990-11-29
Anticipated expiration: 2009-05-28
Also published as: GB2232012A; DE3917343C2; GB9006900D0; JP3179088B2; FR2647605B1; FR2647605A1; JPH037044A; GB2232012B; US5543677A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem schleifringlosen Klauenpol-Generator nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Solche Klauenpol-Generatoren sind in vielfacher Aus führung bekannt, wobei die sogenannten Leitstückläufer- Generatoren, auf die sich die Erfindung speziell be zieht, eine Sonderbauform von Klauenpol-Generatoren darstellen, bei denen nur die Klauenpole rotieren, während die Erregerwicklung mit ringförmigen Leit stücken für den Magnetfluß feststeht. Es ist daher bei einem bekannten Leitstückläufer-Generator dieser Bauart (Bosch "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch",VDI- Verlag GmbH Düsseldorf, 19. Aufl., Seiten 434/435) bekannt, die Erregerwicklung direkt vom Gleichrich ter über den Regler mit Strom zu versorgen, da wegen der stationären Erregerwicklung Schleifringe und Schleifkontakte nicht erforderlich sind. Hierdurch ergibt sich eine längere Lebensdauer des Generators, allerdings mit dem Nachteil, daß ein höheres Gewicht im Vergleich zu leistungsgleichen Klauenpol-Generato ren in Kauf genommen werden muß, weil der magnetische Fluß über zwei weitere Luftspalte, zusätzlich zum Ar beitsluftspalt, übertragen werden muß. Neben dem er höhten Gewicht ist daher auch bei vergleichbarer Lei stung die Baulänge größer und der Erregerbedarf hö her, wobei bei gleichen Abmessungen der bekannten Leit stückläufer-Generatoren mit den sonstigen Klauenpol- Generatoren eine geringere Leistung in Kauf zu nehmen ist. Versuche, durch Kürzen der zusätzlichen Luft spalte die Baulänge bei bekannten Leitstückläufer- Generatoren zu verringern, führen zu einem noch höhe ren Erregerstrombedarf, ohne daß es gelingt, hier tatsächlich wirksam Abhilfe zu schaffen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem schleifringlosen Leitstückläufer- Generator zu einer wesentlichen Leistungssteigerung zu kommen, ohne daß es hinsichtlich der Baulänge, des Gewichts oder des Erregerbedarfs eines zusätzlichen Einsatzes bedarf oder, was das gleiche ist, bei im wesentlichen unveränderter Leistung eine entscheiden de Reduzierung der Baulänge zu ermöglichen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnen den Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß durch eine konische oder treppenförmige Gestaltung der zusätzlichen Luftspalte diese über den Raum zwi schen der Feldwicklung und der antriebsseitigen Stirn seite (A-seitige Stirnseite) unter bzw. über die Feld wicklung hinaus geführt werden können, was einer groß zügigeren Dimensionierung der Luftspaltflächen ent spricht. Dies bedeutet einen geringeren Erregerbedarf bzw. eine höhere Leistung bei einer erheblichen Redu zierung der Baulänge, beispielsweise um bis zu 25%, verglichen mit herkömmlichen schleifringlosen Genera toren, und einer gleichzeitigen, hierdurch bedingten Verringerung des Gewichts des Magnetsystems und damit des Generatorgesamtgewichts.

Vorteilhaft ist ferner, daß infolge der teilweisen Verlegung der zusätzlichen Luftspalte räumlich unter und über die Feldwicklung die Platinestärke des Feld wicklungsträgers nunmehr unter anderen Gesichtspunkten dimensioniert werden kann, nämlich nach der möglichen magnetischen Induktion im Eisen und weniger nach der Luftspalt-Induktion; auch hierdurch ergeben sich Vor teile hinsichtlich der Luftspaltflächen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maß nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbes serungen des im Hauptanspruch angegebenen schleifring losen Klauenpol-Generators möglich. Besonders vorteil haft ist hier die Ausbildung der zusätzlichen, nun mehr wesentlich verlängerten Luftspalte durch einen treppenförmigen Verlauf, wodurch die Fertigung eine Vereinfachung erfährt im Hinblick auf die dann ledig lich zu bearbeitenden Zylinder- und Planflächen und hinsichtlich des Umstandes, daß in diesem Falle in Kauf zu nehmende Längentoleranzen nicht in die Luft spaltweite eingehen, sondern zwischen den Planflächen ohne Einfluß auf die Weite der aktiven Luftspalte blei ben.

Vorteilhaft ist ferner, die Ständermitte näher zur B- Seite des Generatorsystems zu legen, so daß das mechanisch schwächere A-seitige Leitstück mit höhe rer Festikeit ausgeführt werden kann und genügend Abstand zu den Polfingerspitzen des B-seitigen Leit stücks erhält zur Vermeidung unnötigen Streuflusses.

Ferner ist vorteilhaft, daß bei einer bevorzugten Aus gestaltung der äußere zusätzliche Luftspalt als Laby rinth ausgeführt werden kann, wobei einander zuge wandte Zylinderflächen den aktiven Luftspalt bilden. Durch eine solche labyrinthartige Ausbildung läßt sich das A-seitige Leitstück aus einer möglichen Überdeckung der Feldwicklung herausnehmen, so daß der Feldwick lungsträger ungeteilt gedreht und bewickelt werden kann und dieser äußere zusätzliche Luftspalt gebildet ist von den komplementär zueinander ausgebildeten la byrinthartigen Formen des in diesem Bereich nach außen hochgezogenen Feldwicklungsträgers und der A-seitigen Klauenwurzel des Läufers.

Zeichnung

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einer detaillierten Schnittdarstellung eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten schleifringlosen Klauenpol-Gene rators, wobei die mit Bezug auf die Längsachse obere Hälfte die konventionelle Bauart nach dem bekannten Stand der Technik darstellt, wäh rend die untere Hälfte nach den Grundzügen vorliegender Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 2 zeigt stark schematisiert und lediglich im Aus schnitt eine mögliche weitere Ausführungsform einer treppenartig abgestuften Luftspalt-Ge staltung, während die

Fig. 3-5 ebenfalls schematisiert und lediglich im Aus schnitt äußere Luftspaltformen zeigen, die die einstückige Herstellung des Feldwicklungsträ gers und dessen problemlose Bewicklung ermög lichen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, bei einem schleifringlosen Generator mit Leitstückläu fer als Sonderform eines Klauenpol-Generators die ne ben dem Arbeitsluftspalt notwendigen beiden zusätz löichen Luftspalte aus ihrer bisherigen Position im Raum zwischen Feldwicklung und der einen Stirnseite (A.-seitige Stirnseite) des Drehstromgenerators her auszunehmen und bis über bzw. unter die Feldwicklung hinwegzuführen und gleichzeitig bei dann zu realisie render Schrägstellung zur Generatorlängsachse die Luft spalte konus- oder treppenförmig verlaufend auszubilden.

Im folgenden wird anhand der Darstellung der Fig. 1 zunächst auch auf die grundsätzliche und insoweit be kannte Struktur eines Leitstückläufergenerators einge gangen, da sich die wesentlichen Vorteile hinsichtlich Verbesserung der Leistungsabgabe und/oder Gewichtsver minderung und/oder Verkürzung der Baulänge nur dann in überzeugender Weise darstellen lassen, wenn man entspre chende Vergleiche mit Leitstückläufergeneratoren nach dem Stand der Technik zieht. Diese Vergleiche umfassen im folgenden auch noch vorgelegte Berechnungen.

Der Leitstückläufer-Generator 10 der Fig. 1 umfaßt ein A-Lagerschild 11 und ein B-Lagerschild 12, wobei es sich entsprechend der hier gewählten Nomenklatur bei dem A- Lagerschild (auf der A-Seite befindlich) um das an triebsseitige Lagerschild und bei dem B-Lagerschild um das bürstenhalterseitige Lagerschild auf der B-Seite handelt, was bei der hier dargestellten Ausführungsform eines Drehstromgenerators insofern natürlich nicht zu treffen kann, weil es sich um ein schleifringloses System handelt. Die Bezeichnungen sollen dennoch zum besseren Verständnis beibehalten werden, wobei die bei den Lagerschilde 11 und 12 über einen Zwischenring 13 zusammengefügt sind, mit jeweils aufeinander zu gerich teten Einpässen und beide Gehäuseteile miteinander ver bindenden Spannschrauben 14. In diesem Beispiel ist der Feldwicklungsträger am A-seitigen Lagerschild 11 mon tiert. Es ist natürlich ebensogut möglich, den Feld wicklungsträger auf der B-Seite zu befestigen, wobei im Inneren A- und B-Seite die Plätze tauschen.

A-Lagerschild 11 und B-Lagerschild 12 sind vorzugsweise topfförmig ausgebildet und nehmen die beidseitigen La ger 14 und 15 für die Leitstückläuferwelle 16 auf. Das Ständerpaket 17 mit der üblicherweise dreiphasigen Drehstrom-Ständerwicklung 18 ist, beispielsweise im Schrumpfsitz, in der Darstellung der Fig. 1 vom Zwi schenring 13 gehalten. Das Ständerpaket bildet mit den Klauenpolen des Leitstückläufers einen ersten Arbeits luftspalt I, wobei der Leitstückläufer 19 den einzig um laufenden Teil des Drehstromgenerators bildet. Da ein Leitstückläufergenerator eine Sonderform eines Klauenpol- Generators ist, umfaßt der Leitstückläufer 19 auch hier klauenförmig ineinandergreifende Pole, die so ausgebildet sind, daß sich die Einwirkung eines wechselnden Magnet flusses auf die stationäre Ständerwicklung 18 ergibt. Eine der Polhälften des Leitstückläufers, in diesem Fall auf der B-Seite, ist topfförmig ausgebildet und verfügt entweder über einen eine Nabe bildenden Boden 20 oder einen Schrumpfsitz, mit welchem der Leitstückläufer 19 auf der ihn tragenden Welle 16 befestigt ist.

Zum besseren Verständnis sind die B-seitigen Klauen, die also ihre Klauenwurzel auf der B-Seite des Genera tors haben, mit 19 a bezeichnet - sie sind in der Dar stellung der Fig. 1 in dick durchgezogenen Linien dar gestellt, während die A-seitigen Klauen im Bereich der Ständerbohrung lediglich durch die gestrichelte Linie 19 b kenntlich gemacht sind. Die Feldwicklungsspule ist mit 21 bezeichnet und ist getragen von einem stationär am A-Lagerschild 11 befestigten Feldwicklungsträger 22, wobei in der Schnittdarstellung der Fig. 1 noch die elek trische Zuleitung 23 zur Speisung der Feldwicklung und der Anschlußbereich 24 dargestellt ist.

Befestigt am B-seitigen Lagerschild ist eine Gleichrich terdiodenträgerplatte 25, wobei eine Gleichrichterdiode bei 26 gezeigt ist; der Regler trägt das Bezugszeichen 27 und befindet sich innerhalb einer eigenen, ihn schützenden Gehäuseausformung 28. Genauer braucht auf den insoweit bekannten Grundaufbau eines Leitstück läufer-Generators nicht eingegangen zu werden, da bei spielsweise auf das schon erwähnte Kraftfahrtechnische Taschenbuch, Bosch, 19. Aufl., die Seiten 434/435 ver wiesen werden kann.

In Fig. 1 sind die beiden weiteren erforderlichen Luft spalte mit II und III bezeichnet; der Luftspalt II be steht zwischen einem A-seitigen, mit dem Läufer rotie renden Leitstück 29 und der zugewandten Fläche des Feld wicklungsträgers, während der insofern innere weitere Luftspalt III zwischen dem gleichen Feldwicklungsträger und dem nabenförmigen Teil des B-seitigen Leitstücks 30 bzw. der Welle gebildet ist. Die beiden weiteren Luft spalte II und III liegen sich daher gegenüber. Bei die ser zum Stand der Technik gehörenden, zunächst beschrie benen Bauart reicht der magnetisch wirksame Bereich von der A-seitigen Stirnseite lediglich bis zu der Stelle, wo die Feldwicklung 29 auf dem Feldwicklungsträger 22 beginnt, da der Feldwicklungsträger im Bereich C die Form eines dünnen Rohres hat, das keinen nennenswerten Magnetfluß in axialer Richtung führen kann. Der gesamte Magnetfluß muß daher im Bereich D übertreten. Zwischen der Feldwicklung 21 und den zugewandten inneren Klauen ringflächen befindet sich noch ein unmagnetischer Ring 31, der die Klauen 19 a und 19 b mechanisch verbindet.

Der Erfindung gelingt nunmehr eine Relativierung bzw. Beseitigung der durch die beiden weiteren Luftspalte hinsichtlich Baulänge, Gewicht und Erregerbedarf bei geringerer Leistung verursachten Probleme, indem diese Luftspalte verlängert werden, was mindestens mit Bezug auf den inneren Luftspalt III bedeutet, daß dieser eine konische oder stufenförmige Gestaltung annimmt, so daß er nunmehr allgemein schräg zur Generator längsachse verläuft und in Fig. 1 mit dem Bezugszei chen III′ versehen ist. In gleicher Weise kann der äußere Luftspalt zur Generatorlängsachse schräg verlegt werden bei konischer Gestaltung und ist in Fig. 1 daher, die untere Bildhälfte betreffend, mit II′ bezeichnet. Dabei ergibt sich ein weiteres wesentliches Merkmal dadurch, daß diese beiden Luftspalte nicht mehr auf den Raum zwischen der Feldwicklung 21 und der A-seiti gen Stirnseite angewiesen sind, sondern sie können nunmehr über bzw. unter der Feldwicklung 21 hinweg geführt werden, bei einer entsprechenden Formänderung des nunmehr mit 22′ bezeichneten Feldwicklungsträgers und entsprechend angepaßten, komplementären Änderun gen des A-seitigen Leitstücks 29′ bzw. des B-seitigen Leitstücks 30′.

Aufgrund der konischen, also nunmehr im Winkel zur Generatorlängsachse verlaufenden Gestaltung der Luft spalte sind diese nunmehr länger ausführbar bzw. auf größerer Länge wirksam, wobei sich, wenn man zunächst von beibehaltenen Längen abmessungen des Generatorsystems ausgeht, eine erheb liche Vergrößerung der Feldwicklung in axialer Rich tung ergibt, da diese, nunmehr mit dem Bezugszeichen 21′ versehen, um ein axiales Längsstück 21 a′ vergrö ßert werden kann und in den sich zur A-Seite in seinen Ringabmessungen stark verdickenden Feldwicklungsträger 22′ hineinreicht.

Durch diese Gestaltungsänderung der beiden weiteren Luftspalte entsprechend der ersten in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform bei II′ und III′ ergeben sich zwei unterschiedliche Gesichtspunkte, die darin bestehen, daß

- man entweder bei im wesentlichen beibehaltener gleicher Leistung einer bis zu 25% geringeren Baulänge und entsprechend einem geringeren Ge wicht des Magnetsystems den Vorzug gibt oder
- die Erfindung in der konischen Luftspaltkonfigu ration zur Leistungssteigerung einsetzt.

Dementsprechend ergeben sich dann, wie im nachfolgen den genauer ausgeführt, unterschiedliche Berechnungs grundlagen, mit denen sich die entscheidenden Verbes serungen in den Generatordaten nachweisen lassen, wobei in den folgenden Berechnungen beide Möglichkeiten be rücksichtigt sind.

Um die durch die Erfindung ermöglichten Vorteile ge genüber dem bekannten Stand der Technik rechnerisch belegen zu können, wird im folgenden zunächst eine Betrachtung des bekannten Stands der Technik vorge nommen. Hierzu sind die folgenden Dimensionsangaben erforderlich, wobei als Vergleichsgerät der Leit stückläufer-Generator der Anmelderin mit der Be zeichnung N 3-28V15/50A, 0 12 24 69 002 zugrunde gelegt ist, wie ja auch der Darstellung der Fig. 1 entnommen werden kann:
Wickelraumlänge C der Feldwicklung; wirksame Länge des Luft spalts III=D; Durchmesser des Luftspalts III=E; Dicke des Luftspalts = δ; Länge des Luftspalts II=F; Durchmesser des Luftspalts II=G.

Mit diesen Angaben, die bei der nachfolgenden Berech nung durch numerische Zahlenwerte, wie sie sich am realen Objekt ergeben, ersetzt werden, läßt sich bei spielsweise die magnetische Gesamtspannung über den beiden zusätzlichen Luftspalten II und III berechnen, wenn man ferner noch die folgenden Angaben zugrunde legt:
Die Feldwicklung verfügt bei einem Drahtdurchmesser von 0,63 mm über 700 Windungen mit einem Kaltwider stand von 8,0 ... 8,8 Ohm.

Ferner ergibt sich bei dem bekannten Gerät der Feld strom bei 26,5 V im Beharrungszustand zu etwa 2,45 A.

Hieraus ergibt sich eine Gesamtdurchflutung von:
2,45 · 700 = 1715 A, bei einem magnetischen Fluß im Leerlauf von:
Φ = 3,34 · 10^-3 Wb. (Wb = Weber = Einheit des magn. Flusses).

Die numerischen Werte für die Luftspaltabmessungen betragen beim Luftspalt III Länge D = 32 mm; Durch messer E = 50 mm und Luftspalt δ = 0,33 mm.

Hieraus ergibt sich die Fläche des Luftspaltes III 32 · 50 · π · 10^-6 = 5,0265 · 10^-3 m².

Die Luftspaltinduktion beträgt

bei einer Luftspalt-Feldstärke

Die magnetische Spannung im Luftspalt III beträgt demnach

V _III = H _L · δ = 5,286 · 10⁵ · 0,33 · 10^-3 = 174 A.

Beim Luftspalt II ergibt sich die entsprechende Fläche zu

F = 24 · 76 · π · 10^-6 = 5,73 · 10^-3 m²,

bei einer Luftspalt-Induktion von

und einer Luftspalt-Feldstärke H _{L II}

und einer entsprechenden magnetischen Spannung im Luftspalt II zu

V _II = H _L · δ = 4,64 ·10⁵ · 0,33 · 10^-3 = 153 A.

Die magnetische Gesamtspannung über beiden Luftspal ten beträgt daher 174 A+153 A = 327 A. Diese Angaben betreffen sämtlich das bekannte Gerät als Vergleichsobjekt.

Die sich hieran anschließende Berechnung geht zu nächst von der einen Alternative eines Generators mit konischen Luftspalten aus, der zur Leistungssteigerung bei sonstiger Beibehaltung der entsprechend Fig. 1 gegebenen Abmessungen eingesetzt wird, wobei sich ledig lich die Wickelraumlänge von bisher C = 37 auf C′ = 54 mm vergrößert, bei unveränderter Baulänge und un verändertem Magnetfluß.

Für die Berechnung des Luftspaltes III′ wird eine For mel für den Kegelstumpf benötigt, die aus dem weiter vorn schon erwähnten Bosch "Kraftfahrtechnisches Ta schenbuch", 19. Aufl., auf Seite 49 entnommen werden kann. Die Luftspaltdaten betragen in diesem Fall: größerer Durchmesser E = 50 mm (wie bei dem Luftspalt III), während der kleinere Durchmesser d wegen des Schrägverlaufs der konischen Luftspaltgestaltung 30 mm beträgt. Die Höhe des Kegelstumpfes für die Luft spaltberechnung III′ ergibt sich aus der Summe der Wickelraumlänge C und der ursprünglichen Länge D des Luftspaltes III zu 32 mm + 37 mm = 69 mm = H. Ohne aus Übersichtlichkeitsgründen noch genauer auf den Wert einer Größe s einzugehen, die für die Kegel stumpfflächenberechnung erforderlich ist und sich aus den erwähnten Größen ergibt, ergibt sich die tatsäch liche Fläche des Kegelstumpfes zu

M = 8761 mm² = 8,76 · 10^-3 m²

mit einer entsprechenden Luftspalt-Induktion von

und einer Luftspalt-Feldstärke von

bei einer magnetischen Spannung im Luftspalt III′ von

V _III′ = H _L · δ = 3,033 · 10⁵ · 0,33 · 10^-3 = 100 A.

Für den Luftspalt II′ gilt entsprechend bei einem klei nen Durchmesser von d = 80 mm, einem großen Durchmes ser von D = 95 mm und einer Höhe von H = 35 mm eine Flächenangabe von

M = 9839,5 mm² = 9,84 · 10^-3 m²

mit einer Luftspalt-Induktion von

einer entsprechenden Luftspalt-Feldstärke von

und einer magnetischen Spannung im Luftspalt II′ von

V _II′ = H _L · δ = 2,7 · 10⁵ = 0,33 · 10^-3 = 89 A.

Die magnetische Gesamtspannung über den beiden ent sprechend vorliegender Erfindung modifizierten Luft spalten beträgt daher lediglich noch

V _III′ + V _II′ = 100 + 89 = 189 A.

Dies bedeutet eine Reduzierung der magnetischen Span nung um 138 A, während eine neue Durchflutung bei glei chem Widerstand von

möglich ist, d.h. eine um 357 A höhere Durchflutung.

Der Gesamtgewinn an Erregung ergibt sich damit zu 138A + 357 A = 495 A.

Das bedeutet, daß sich der maximale Laststrom eines sol chen Generators von jetzt ca. 55 A wie folgt steigert:

und der Nennstrom kann von 50 A auf 65 A angehoben werden bei gleicher Ständerwicklungs-Auslegung.

Betrachtet man den sich durch die Erfindung gegebenen Sachverhalt im Gegensatz hierzu unter dem Gesichts punkt einer Baulängenreduzierung, dann bleiben Abmes sungen der Feldspule, die Durchflutung und der Mag netfluß unverändert. Der zusätzliche axiale Teilbe reich 21 a′ der Feldspule entfällt also, und es ergibt sich nunmehr eine neue, mögliche Konfiguration eines solchen Leitstückläufer-Generators mit einem in Fig. 1 mit H angegebenen Gewinn an verringerter Baulänge, so daß die Höhe des Luftspaltkegels lediglich noch bei K liegt. Die in diesem Fall realisierten Luftspalt verläufe (bei verringerter Baulänge) sind in Fig. 1 lediglich noch durch gestrichelte Linienführung an gedeutet und mit II′′ und III′′ bezeichnet.

In diesem Fall belaufen sich die Dimensionsangaben für den Luftspalt III′′ zu: kleiner Durchmesser d = 30 mm; großer Durchmesser D = 50 mm; Höhe des Ke gelstumpfes K = 52 mm bei Luftspaltbreite wie üb lich δ = 0,33 mm.

Hieraus ergibt sich nach der Formel für den Kegel stumpf eine Fläche von

M = 6654 mm² = 6,654 · 10^-3 m²

mit einer entsprechenden Luftspalt-Induktion von

einer entsprechenden Luftspalt-Feldstärke

und einer daraus resultierenden magnetischen Spannung im Luftspalt III′ zu

V _III′′ = H _L · δ = 3,994 · 10⁵ · 0,33 · 10^-3 = 132 A.

Für den Luftspalt II′′ ergeben sich die Abmessungen zu: kleiner Durchmesser d = 80 mm; großer Durchmesser D = 95 mm und Höhe h = 25 mm, so daß sich eine Luft spaltfläche in der üblichen Kegelstumpfberechnung von

M = 7175 mm² = 7,175 · 10^-3 m²

bei einer Luftspalt-Induktion von

und einer Luftspalt-Feldstärke von

und schließlich einer magnetischen Spannung im Luftspalt II′′ zu

V _II = H _L · δ = 3,703 · 0,33 · 10^-3 = 122 A

ergibt.

Die Gesamtspannung über beiden Luftspalten beträgt demnach

V _III′′ + V _II′′ = 132 + 122 =254 A.

Dies entspricht einem Durchflutungsgewinn von 73 A und einer Reduzierung der Baulänge um 17 mm, wodurch sich eine Gewichtsersparnis von ca. 650 g ergibt.

Diese Vergleichsdaten zeigen eindrucksvoll die ent scheidenden Vorteile und Verbesserungen auf, die sich durch die erfindungsgemäße Gestalts- und Lageänderung der zusätzlichen beiden Luftspalte bei einem Leit stückläufer-Generator ergeben können, wobei in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft noch zu berück sichtigen ist, daß durch die teilweise Verlegung der Luftspalte unter und über den Bereich der Feldwicklung nunmehr die Möglichkeit besteht, die Platinestärke des Feldwicklungsträgers 22′ nur noch nach der mögli chen magnetischen Induktion im Eisen auszurichten und nicht mehr nach der Luftspalt-Induktion. Die Platinen stärke kann daher gleich der Platinenstärke beispiels weise des B-seitigen Leitstücks 30 gemacht werden mit der soeben schon erkennbar gewordenen Möglichkeit der großzügigeren Dimensionierung der Luftspalt flächen.

Betrachtet man die entsprechend Fig. 1 konische Ge staltung der Luftspalte II′, III′ bzw. II′′, III′′ trotz der hierdurch möglichen magnetischen Vorteile als in der Fertigung sowie bezüglich der Montage und der hier durch hervorgerufenen Relativität der Luftspaltdicke aufgrund axialer Fertigungstoleranzen als problematisch, dann ist es entsprechend der Darstellung der Fig. 2 problemlos möglich, die bisher erläuterten und in ihren Vorteilen hinreichend dargelegten Konusflächen der Luftspalte durch Abtreppungen in der Luftspalt form, also durch Treppenstufen anzunähern, wodurch die magnetisch wirksame Luftspaltfläche sich nur ge ringfügig verändert. Man erzielt hierdurch aber leicht zu bearbeitende Zylinder- und Planflächen, wobei die Zylinderflächen die aktiven Luftspalte bilden, wie ohne weiteres zu erkennen und zwischen den Plan flächen die Längentoleranzen ohne Einfluß auf die Brei te der aktiven Luftspalte aufgefangen werden.

In der stark schematisierten Darstellung der Fig. 2 sind, wie auch in den sich anschließenden Fig. 3, 4 und 5 gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugs zeichen versehen; auf der Läuferwelle 16 sitzt das B-seitige Leitstück 30′, welches sich um die Feldwick lung 21 nabenartig herum erstreckt und in dem an das Statorpaket 17 angrenzenden Bereich in die Klauenpole 19 a′, 19 b′ übergeht, wobei sich das A-seitige Leit stück 29 a′ als entsprechend komplementär abgetreppte Klauenwurzel der A-seitigen Klaue 19 b′ darstellt.

Form und Ausbildung der einzelnen Stufen im abgetrepp ten Verlauf der beiden Luftspalten,nämlich innerer Luftspalt IIIa′ und äußerer Luftspalt IIa′ ist an sich beliebig, wobei bei der Bemessung der Stufen auf eine ungefähr gleichmäßige Flußaufteilung zu achten ist. Die Abtreppungen folgen dabei dem allgemein schrä gen Verlauf der Luftspalte II′ und III′ entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, wobei ebenfalls entweder auf höhere Leistung oder geringere Baulänge bei dann im wesentlichen gleicher Leistung abgestellt werden kann. Hierdurch ändern sich die Winkel, die die Konus-Mantelflächen der Luftspalte zur Generator längsachse einschließen, geringfügig.

Entsprechend der Darstellung der Fig. 2 kann der er heblich modifizierte Feldwicklungsträger 22 a′ entwe der ungeteilt gefertigt werden, wobei aufgrund des Umstandes, daß er mit einem oberen Teil 22 a′′, welches an seiner Außenfläche die abgetreppte Ringform auf weist, die Feldspule 21 teilweise übergreift, die Feld spule sinnvollerweise vorgespult und dann in den vom Feldspulenträger 22 a′ gebildeten Aufnahmebereich einge schoben wird. Alternativ läßt sich aber die Feldwicklung 21 auf den Feldwicklungsträger 22 a′ auch aufwickeln, in welchem Fall der obere Teil 22 a′′, wie durch die ge strichelte Trennlinie angedeutet, separat hergestellt und anschließend nach dem Wickeln der Feldspule in sei ner Ringform auf die Grundform des Feldwicklungsträgers 22 a′ dann aufgeschrumpft oder aufgepreßt wird.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die Ständer mitte näher zur B-Seite zu legen, da so das durch den konisch oder getreppt ausgeführten Luftspalt II mecha nisch geschwächte A-seitige Leitstück 29 a′ mit höherer Festigkeit ausgeführt werden kann und einen genügenden Abstand von den Polfingerspitzen des B-seitigen Leit stücks 30′ erhält, um unnötigen Streufluß zu vermeiden.

Im Bereich des äußeren zusätzlichen Luftspaltes II′ bzw. II′a sind weitere vorteilhafte Modifikationen möglich, wodurch sich ohne Verzicht auf die grundlegenden Vorteile eine erhebliche Aufwandsreduzierung erzielen läßt. So kann es, wie in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt, sinn voll sein, den äußeren Luftspalt allgemein in seinem Verlauf nach Art eines Labyrinths auszubilden, wobei einander zugewandte Zylinderflächen den aktiven Luft spalt bilden.

Eine erste Ausführungsform eines solchen Labyrinth- Luftspalts IIb′ ist in Fig. 3 gezeigt. Bei dieser Aus führungsform ist das Labyrinth auf eine Ringnut 35 im oberen Bereich 22 b′′ des Feldwicklungsträgers 22 b′ reduziert. Diese Ringnut 35 umfaßt die A-seitige Klauenwurzel des Läufers, die in diesem Fall das A-sei tige Leitstück 29 b′ bildet.

Die Labyrinth-Ausbildung des äußeren Luftspalts IIc′ kann auch entsprechend der Darstellung der Fig. 4 in Form von Doppelringnuten erfolgen, wobei auch hier wieder entsprechend komplementär ausgebildete Vor sprünge 29 c′, 29 c′′ der A-seitigen Klauenwurzel als A-seitiges Leitstück in die vom oberen Teil des Feldwick lungsträgers 22 c′ gebildete Doppelringnut eingreift.

Schließlich ist es entsprechend der Darstellung der Fig. 5 möglich, die eine Nut auch beidseitig abge treppt auszuführen, so daß sich ein mäanderartig ver laufender äußerer Luftspalt IId′ ergibt oder auch als Konus.

Allen diesen Ausführungsbeispielen der Fig. 3, 4 und 5 ist gemeinsam, daß die beliebig labyrinthartig ausgebildete Luftspaltkonfiguration in Richtung auf die A-Seite des Generators hinter die Feldwicklungsla gerung zurückgenommen ist, so daß es problemlos möglich ist, den Feldwicklungsträger in üblicher Weise ein stückig herzustellen, also ungeteilt zu drehen, und dennoch die Feldwicklung direkt auf den Feldwicklungs träger aufzuwickeln.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Schleifringloser Generator, insbesondere Dreh stromgenerator für mobile Einheiten wie Kraftfahr zeuge, Busse, Bahnen u. dgl., mit einem klauen polartig ausgebildeten Leitstückläufer, bei dem bei feststehendem Innenpol mit stationärer Erre gerwicklung zusätzlich zum Arbeitsluftspalt zwei weitere Luftspalte durch ringförmige Leitstücke gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß minde stens der innere zusätzliche Luftspalt (III′, III′′, IIIa′) zur Längsachse des Generators schräg (konisch oder treppenförmig) verlaufend ausge bildet ist und über den ursprünglichen Raum zwi schen Feldwicklung (21) und A-seitiger Stirnseite hinaus unter die Feldwicklung (21) geführt ist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß beide zusätzlichen Luftspalte (II′, II′′, IIa′, IIb′, IIc′; III′, III′′) schräg mit vorgege benem Winkel zur Generatorlängsachse verlaufen, wobei beide eine konische oder eine treppenartige Form aufweisen oder einer der Luftspalte konisch und der andere treppenartig verläuft.

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens der innere zusätzliche Luftspalt (III′, III′′) vollständig bis zum B-sei tigen Ende der Feldwicklung (21, 21′) magnetisch wirksam geführt ist.

4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Luftspalt lediglich über einen Teil der Feldwicklung (21, 21′) geführt ist.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Luftspalt labyrinth artig unter Freilassung der Feldwicklung mit allge mein radialer Erstreckung verläuft.

6. Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere zusätz liche Luftspalt (III′, III′′) einerseits von dem Na benteil des B-seitigen Leitstückes des Leitstück läufers bzw. der Welle und andererseits von dem komplementär angepaßten Verlauf des Feldwicklungs trägers (22′, 22 a′, 22 b′, 22 c′, 22 d′) gebildet ist, während der äußere Luftspalt (II′, II′′, IIa′, IIb′, IIc′, IId′) von dem A-seitigen Leitstück (29′, 29 a′, 29 b′, 29 c′, 29 c′′) gebildet ist und ebenfalls von dem komplementär angepaßten Verlauf des Feldwicklungs trägers.

7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die konus- oder treppen förmige Schrägstellung der zusätzlichen Luftspalte bei in etwa gleicher Leistung eine Verringerung der Baulänge bzw. bei etwa gleichen Abmes sungen in Verbindung mit einer vergrößerten Feld wicklung eine höhere Leistungsausbeute ermög licht, wobei sich die Ringform des Feldwicklungs trägers (22′, 22 a′, 22 b′, 22 c′, 22 d′) bis zum A-seitigen Befestigungsbereich zunehmend verdickt, bei entsprechend komplementärem, allgemein kegel stumpfförmigem Verlauf der auf der Läuferwelle (16) befestigten Leistückläufernabe.

8. Generator nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der labyrinthartig ausgebilde te äußere Luftspalt (IIb′) von einer Ringnut (35) im A-seitigen Leitstück (22 b′) gebildet ist, in welche ein Ringvorsprung der A-seitigen Klauen wurzel des Läufers hineinragt.

9. Generator nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der labyrinthartige äußere Luftspalt von einer Doppelnut/Vorsprungsanordnung gebildet ist.

10. Generator nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der labyrinthartige äußere Luftspalt (IId′) von einer gestuften oder konusför migen Nutenform gebildet ist.

11. Generator nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Zylin derflächen des labyrinthartigen äußeren Luftspalts (IIb′, IIc′, IId′) den aktiven Luftspalt bilden.

12. Generator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die A- und B- seitigen Leitstücke (29′, 30′, 30′′, 29 a′, 29 b′, 29 c′, 29 d′) Drehteile des mit Bezug auf das Ständer paket klauenpolartig ausgebildeten Leitstück läufers sind und mit diesem rotieren.

13. Generator nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß bei mit einem oberen Material teil (22 a′′) die Ausnehmung für die Feldwicklung übergreifenden Feldwicklungsträger (22 a′) dieser aus zwei Teilen besteht, wobei das obere Material teil (22 a′′) mit dem Feldwicklungs-Hauptträger teil durch Aufpressen oder Schrumpfen verbunden ist.