DE4107867A1 - Vorrichtung zur stromversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Strom­ versorgung, die als ein Wechselstromerzeuger bei einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann.

Damit ein Wechselstromerzeuger mit einem kleinen Rotor bei einer Bauart mit geringen Abmessungen und leichtem Gewicht eine hohe Ausgangsleistung erzeugen kann, ist es erforder­ lich, daß sein Rotor eine große Menge eines magnetischen Flusses erzeugt. Ein Verfahren, um dieses Erfordernis bei einem derartigen Wechselstromerzeuger zu erfüllen, ist be­ kannt, und hierbei wird ein Dauermagnet in Verbindung mit der Feldwicklung verwendet, so daß eine große Menge eines magnetischen Flusses hervorgerufen wird. Dieses Verfahren ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß die feldmagneto­ motorische Kraft nicht in ausreichender Weise kontrolliert werden kann. Ein Verfahren, das das oben genannte Problem löst und ermöglicht, die gewünschte Regelung der feldmagne­ tomotorischen Kraft in einem Wechselstromerzeuger zu erzie­ len, ist beispielsweise in der JP-A-63-77 362 offenbart.

Gemäß dieser Veröffentlichung wird die Zentrifugalkraft ver­ wendet, um ein Teil des magnetischen Pfades in einem sol­ chen Generator zu verlagern, so daß die Menge des erzeugten Magnetflusses geregelt wird. Die US-PS 48 82 515 offenbart des weiteren einen Wechselstromerzeuger, in welchem eine Feldwicklung und ein Permanentmagnet zwischen einem Satz von Magnetpolteilen der Klauenbauart angeordnet sind, um dadurch zwei Magnetkreise zu koppeln und insofern die Menge des erzeugten Magnetflusses zu regeln.

Der erstgenannte Generator ist von Vorteil insofern, als der Ausgang des Dauermagneten mit Bezug auf die Umlaufge­ schwindigkeit des Generators geregelt werden kann, um eine vorbestimmte feldmagnetomotorische Kraft zu erzeugen, so daß die Ausgangsspannung des Generators konstantzuhalten ist. Jedoch tritt in diesem Fall das Problem auf, daß eine Änderung im Belastungsbedarf zu einer entsprechenden Ände­ rung in der Ausgangsspannung des Generators führt.

Andererseits müssen bei dem letztgenannten Generator die Enden der klauenartigen Magnetpolteile mit Bezug zueinander akkurat positioniert werden, um die beiden Magnetkreise zu­ verlässig zu koppeln. Insofern tritt hier das Problem auf, daß der Zusammenbau der Bauteile des Generators schwierig und dessen Aufbau unvermeidlich kompliziert wird.

Es ist die primäre Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Stromversorgung zu schaffen, deren Ausgangsspannung auf einfache Weise geregelt werden kann.

Ein Ziel der Erfindung ist hierbei darin zu sehen, eine Vor­ richtung zur Stromversorgung zur Verfügung zu stellen, bei welcher zwei Magnetkreise parallel zueinander angeordnet sind, um den Zusammenbau der Komponenten der Vorrichtung zu erleichtern und auch den Aufbau der Vorrichtung zu ver­ einfachen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrich­ tung zur Stromversorgung zu schaffen, bei welcher die zwei Magnetkreise unabhängig voneinander angeordnet sind, so daß deren Permanentmagnete durch die von ihrer Feldwicklung er­ zeugte Hitze nicht nachteilig beeinflußt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung zur Stromversorgung umfaßt einen Stator mit einem Ankerkern sowie einer um den Ankerkern gewickelten mehrpha­ sigen Wicklung zum Zweck der Erzeugung einer Ausgangslei­ stung und eine Mehrzahl von innerhalb des Ankerkerns ange­ ordneten sowie auf einer Drehwelle angebrachten Rotoren, die einen ersten und zweiten, parallel mit Bezug zum Anker­ kern gerichteten Erregermagnetkreis bilden, von denen der erste Erregermagnetkreis eine Mehrzahl von Dauermagneten enthält, die als eine Quelle einer erregenden magnetomoto­ rischen Kraft dienen, und von denen der zweite Erregermagnet­ kreis vom ersten Erregermagnetkreis unabhängig ist sowie eine einen als eine Quelle einer erregenden magnetomotori­ schen Kraft dienenden Elektromagneten umfaßt, wobei der von dem ersten Erregermagnetkreis und der von dem zweiten Erre­ germagnetkreis erzeugte Magnetfluß den Ankerkern durchdrin­ gen sowie dadurch eine zu der mehrphasigen Ausgangswicklung parallele Ausgangsspannung induzieren und der von dem zwei­ ten Erregermagnetkreis erzeugte Magnetfluß so geändert wird, um den gesamten, den Ankerkern durchdringenden Magnetfluß zur Regelung der induzierten Ausgangsspannung zu erhöhen oder zu vermindern.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt von Hauptteilen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stromversorgung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf Hauptteile des Rotors der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 3 ein Diagramm zur Beziehung zwischen dem Drehwinkel des Rotors und einer Drehmomentschwankung von diesem;

Fig. 4 einen vereinfachten elektrischen Schaltplan zur ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 5 Wellenformen von an die Basen von jeweiligen in Fig. 4 dargestellten Transistoren gelegten Eingangs­ signalen;

Fig. 6 einen schematischen Axialschnitt von Hauptteilen einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung zur Stromversorgung;

Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf Hauptteile des Rotors der in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungs­ form;

Fig. 8 einen schematischen Axialschnitt von Hauptteilen einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung zur Stromversorgung;

Fig. 9 eine schematische Frontansicht von Hauptteilen der Rotoren der in Fig. 8 gezeigten dritten Aus­ führungsform.

Gemäß dem schematischen Axialschnitt der Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung zur Stromversorgung einen ersten, zweiten und dritten Rotor 1, 2 und 3 der Klauenpolbauart, eine diese Rotoren 1, 2 und 3 tragende Drehwelle 4 sowie einen außen­ seitig der Rotoren angeordneten Stator 5.

Der erste Rotor 1 besteht aus einer an der Außenoberfläche der Welle 4 befestigten zylindrischen Nabe 11, ersten sowie zweiten Klauenpolen 12 sowie 13, die jeweils an beiden Sei­ ten der zylindrischen Nabe 11 angeordnet sind, und einer radial außenseitig der Nabe 11 befindlichen Feldwicklung 14. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind erste und zweite Klau­ enteile 12a und 13a einstückig jeweils als Teile der ersten und zweiten Klauenpole 12 bzw. 13 ausgebildet. Diese Klauen­ teile 12a und 13a erstrecken sich zur zylindrischen Nabe 11 hin und sind, wie gezeigt ist, alternierend angeordnet, und diese Klauenteile 12a sowie 13a haben eine trapezförmige Gestalt.

Wie der erste Rotor 1 umfassen der zweite und dritte Rotor 2 und 3 dritte und vierte Klauenpole 21, 22 sowie fünfte und sechste Klauenpole 31 und 32. Wie ebenfalls der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind diese dritten, vierten, fünften und sechsten Klauenpole 21, 22, 31 und 32 jeweils mit drit­ ten, vierten, fünften und sechsten Klauenteilen 21a, 22a, 31a sowie 32a ausgestaltet, die ebenfalls alternierend ange­ ordnet sind. Ein erster scheibenförmiger Dauermagnet 23 ist zwischen die dritten und vierten Klauenpole 21 und 22 eingefügt; ein zweiter scheibenförmiger Dauermagnet 33 befin­ det sich zwischen den fünften und sechsten Klauenpolen 31 und 32. Diese beiden Dauermagnete 23 und 33 sind in axialer Richtung magnetisiert, so daß ihre einander gegenüberstehen­ den Flächen als die N-Pole wirken.

Die Außendurchmesser des ersten, zweiten sowie dritten Ro­ tors 1, 2 und 3 sind im wesentlichen einander gleich.

Die Drehwelle 4 wird von einer (nicht dargestellten) Maschine über einen Riemen angetrieben, und ein (nicht dargestellter) Kommutator, der mit der Feldwicklung 14 verbunden ist, ist am einen Ende der Welle 4 befestigt.

Der Stator 5 besteht aus einem Blechkranz oder -paket 51 und einer dreiphasigen konzentrierten Ständerwicklung 52.

Der Blechkranz oder Statorkern 51 ist mit Schlitzen ver­ sehen, deren Anzahl das Dreifache der Polzahl der ersten und zweiten Klauenteile 12a und 13a der Klauenpole 12 und 13 des ersten Rotors 1 beträgt.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Buchse 6 aus unmagne­ tischem Material fest an der Außenfläche der Welle 4 ange­ bracht, während der erste Magnet 23 und die vierten Klauen­ pole 22 des zweiten Rotors zusammen mit den fünften und sech­ sten Klauenpolen 31, 32 sowie dem zweiten Magneten 33 des dritten Rotors 3 an der Außenumfangsfläche dieser Buchse 6 angeordnet sind.

Die Anzahl der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Klauenteile 12a, 13a, 21a, 22a, 31a sowie 32a der ersten, zweiten und dritten Rotoren 1, 2 und 3 sind je­ weils gleich. Die Winkelpositionen ihrer Magnetpole, d. h., die Winkelpositionen der Klauenteile, sind im wesentlichen dieselben, jedoch sind sie geringfügig gegeneinander ver­ setzt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Im einzelnen ist jedes der ersten Klauenteile 12a des ersten Rotors um λ/4 mit Bezug zum entsprechenden vierten Klauenteil 22a des nächst­ angrenzenden zweiten Rotors 2 verschoben, und jedes der fünf­ ten Klauenteile 31a des nächstbenachbarten dritten Rotors 3 ist um λ/2 mit Bezug zum entsprechenden Klauenteil 22a des zweiten Rotors 2 verschoben. Mit λ ist die sog. Anker­ nutwellenlänge bezeichnet.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, bezeichnet diese Ankernutwellen­ länge eine Reluktanzfluktuation (magnetische Widerstands­ schwankung), die zwischen den Schlitzen des Blechpakets 51 des Stators 5 und den ersten bis sechsten Klauenteilen 12a, 13a, 21a, 22a, 31a sowie 32a des ersten bis dritten Rotors 1, 2 und 3 auftritt. Die Ankernutwellenlänge ist gleich der Teilung der Schlitze des Blechpakets 51.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird eine Umschalteinrich­ tung 7 erläutert, die vier Transistoren 71, 72, 73 und 74 enthält, von denen die Transistoren 71, 72 und die Transi­ storen 73, 74 jeweils parallel zueinander geschaltet sind. Die Feldwicklung 14 ist an ihrem einen Ende mit dem Verbindungs­ punkt zwischen den Transistoren 71, 72 und an ihrem anderen Ende mit dem Verbindungspunkt zwischen den Transistoren 73, 74 verbunden.

An-/Aus-Signale, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, werden an die Basen der jeweiligen Transistoren 71, 72, 73 und 74 ge­ legt, um die Richtung eines der Feldwicklung 14 zugeführten Stromes zu ändern und dadurch den der Feldwicklung 14 zuge­ führten Strom zu regeln.

Für die Grundkonstruktion der oben beschriebenen Vorrichtung zur Stromversorgung wird das Magnetfluß-Erzeugungsvermögen des ersten Rotors 1, das zum Statorkern 51 gerichtet ist, so gewählt, daß es im wesentlichen gleich dem gesamten Ma­ gnetfluß-Erzeugungsvermögen des zweiten und dritten Rotors 2 und 3 ist. Das bedeutet, daß die ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Klauenteile 12a, 13a, 21a, 22a, 31a und 32a, die in Fig. 2 gezeigt sind, der Teilfigur mit einem (1) Polteilungsspannfeld an dem Rotor im Stator 5 entsprechen, wobei ihre Außenflächenbereiche so gewählt sind, daß sie die Beziehung erfüllen, die ausgedrückt wird als (die Außenflächenbereiche des ersten und zweiten Klauen­ teils 12a und 13a) ≒ (die Außenflächenbereiche der drit­ ten und vierten Klauenteile 21a und 22a) + (die Außenflä­ chenbereiche der fünften und sechsten Klauenteile 31a und 32a).

Die Arbeitsweise der die Erfindung verkörpernden Vorrich­ tung zur Stromversorgung wird im folgenden erläutert.

Wenn die Belastung hoch ist und der Ausgang des Generators selbst gefordert wird, fließen die Magnetflüsse, die von den Dauermagneten 23 und 33 des zweiten und dritten Rotors 2 und 3 erzeugt werden, zum Blechkranz 51 hin, und der Feld­ strom wird durch die Umschalteinrichtung 7 der Feldwicklung 14 in einer Richtung zugeführt, so daß die Fließrichtung des von der Feldwicklung 14 erzeugten Magnetflusses zur Fließrichtung der Magnetflüsse von den Dauermagneten 23 und 33 zum Blechkranz 51 hin gleich ist. Das bedeutet, daß die Transistoren 72 und 73 in der Umschalteinrichtung 7 abgeschal­ tet werden, während die Transistoren 71 und 74 durchgeschal­ tet werden.

Als Ergebnis dessen fließen die Magnetflüsse von den Dauer­ magneten 23 und 33 des zweiten und dritten Rotors 2 sowie 3 parallel zur Ständerwicklung 52 zusammen mit dem Magnet­ fluß von der Feldwicklung 14 des ersten Rotors 1, so daß auf diese Weise eine große Menge eines magnetischen Flus­ ses parallel zur Ständerwicklung 52 fließt.

Die Umschalteinrichtung 7 regelt auch den der Feldwicklung 14 zugeführten Feldstrom, so daß die Batteriespannung auf einer vorbestimmten Höhe gehalten werden kann.

Wenn eine Menge eines Magnetflusses, die größer ist als für die von den Dauermagneten 23 und 33 des zweiten und dritten Ro­ tors 2 und 3 erzeugte Menge erforderlich ist, so wird der Feldstrom der Feldwicklung 14 in einer solchen Richtung zu­ geführt, daß die Fließrichtung des Magnetflusses von der Feldwicklung 14 dieselbe ist wie die Fließrichtung der Ma­ gnetflüsse von den Permanentmagneten 23 und 33. Wenn anderer­ seits die Belastung relativ niedrig ist und die Menge der von den Dauermagneten 23 sowie 33 der zweiten sowie dritten Rotoren 2 und 3 erzeugten Magnetflüsse in ausreichender Weise den geforderten Ausgang des Generators erfüllen kann, wird die Richtung des der Feldwicklung 14 des ersten Rotors 1 zugeführten Feldstromes gegenüber dem obigen Fall umge­ kehrt, was bedeutet, daß die Fließrichtung des Magnetflus­ ses von der Feldwicklung 14 nun zur Fließrichtung der Magnet­ flüsse von den Dauermagneten 23 und 33 zum Blechpaket 51 hin entgegengesetzt ist, so daß die Batterie nicht überla­ den werden kann oder der Generator zu einer Last der Maschi­ ne wird. Im letztgenannten Fall werden die Transistoren 71 und 74 in der Schalteinrichtung 7 abgeschaltet, während die Transistoren 72 und 73 durchgeschaltet werden.

Deshalb wird die vorbestimmte Menge an von den Permanentma­ gneten 23 und 33 erzeugten Magnetflüssen durch die Menge des von der Feldwicklung 14 des ersten Rotors 1 erzeugten Magnetflusses gelöscht oder getilgt. Da der der Feldwicklung 14 zugeführte Strom durch die Umschalteinrichtung 7 so gere­ gelt wird, daß die Batteriespannung auf die vorbestimmte Höhe gebracht wird, ist darüber hinaus eine geringere Strom­ menge zum Laden der Batterie notwendig, je leichter die Be­ lastung ist. Es wird somit der Feldwicklung ein großer Strom zugeführt, um in ausreichender Weise die von den Permanent­ magneten 23 und 33 erzeugten Magnetflüsse zu tilgen.

Weil der erste Rotor 1 ein Reaktions-Magnetfluß-Erzeugungsver­ mögen haben muß, das die gesamte, von den Dauermagneten 23 und 33 erzeugte Magnetflußmenge tilgen kann, muß das Magnet­ fluß-Erzeugungsvermögen von diesen beiden Arten von Feld­ teilen so gewählt werden, daß sie jeweils im Hinblick auf das Auslegungsprinzip im wesentlichen einander gleich sind. Auch lehrt das Auslegungs- oder Konstruktionsprinzip für drehende elektrische Maschinen, daß die obere Grenze der Magnetflußdichte in einem Magnetspalt im allgemeinen auf einem gemeinhin konstanten Wert von etwa 800 mT (acht Kilo­ gauss) gehalten werden soll. Auf der Grundlage der oben be­ schriebenen Auslegungsprinzipien wendet die Erfindung die oben erwähnte Beziehung an, die ausgedrückt wird als (die Außenflächenbereiche der ersten und zweiten Klauenteile 12a und 13a) ≒ (die Außenflächenbereiche der dritten und vierten Klauenteile 21a und 22a) + (die Außenflächenberei­ che der fünften und sechsten Klauenteile 31a und 32a).

Im folgenden wird auf die Funktion der geringen Relativver­ schiebung der Klauenteile, die in Fig. 2 gezeigt ist, einge­ gangen. Es ist allgemein bekannt, daß ein elektromagneti­ sches Rauschen üblicherweise während des Betriebs von dre­ henden elektrischen Maschinen einschließlich eines Generators erzeugt wird. Es ist ebenfalls bestens bekannt, daß eine der Quellen der Erzeugung eines derartigen elektromagneti­ schen Rauschens das Auftreten einer magnetischen Reluktanz­ fluktuation an entgegengesetzten Positionen der Magnetpole des Ständerkerns und derjenigen des Rotors ist. Diese Schwankung der magnetischen Reluktanz ruft eine Pulsation der Induktivitätsenergie hervor, und diese pulsierende Induk­ tivitätsenergie wird am mittleren Drehmoment zwischen dem Stator und dem Rotor überlagert, was die Veranlassung für eine Drehmomentpulsation ist. Dieses pulsierende Drehmoment wird als das in Fig. 3 gezeigte Nutenwellen-Drehmoment be­ zeichnet oder beispielsweise Sperrdrehmoment genannt. Wie allgemein bekannt ist, ist dieses Nutenwellen-Drehmoment eine vorherrschende Quelle der Erzeugung des elektromagneti­ schen Rauschens. Um ein solches Nutenwellen-Drehmoment zu beseitigen, werden die Magnetpole des Rotors bei dem Genera­ tor der vorliegenden Erfindung relativ zu den (nicht darge­ stellten) Zähnen oder den Schlitzen des Ankerkerns verla­ gert, um die magnetische Widerstandsschwankung (das Nuten­ wellen-Drehmoment) während einer Drehung der Rotoren zu mini­ mieren. Der Betrag der oben beschriebenen Relativverschie­ bung wird im allgemeinen vorzugsweise mit λ/2 gewählt, wo­ bei λ die Ankernutwellenlänge ist. Wird die Relativverlage­ rung derart gewählt, so löschen sich die oberen und unteren Spitzen der Wellenform untereinander, wodurch das Nutenwel­ lendrehmoment minimiert wird.

Wenn das den Generator enthaltende Fahrzeug fährt, so wird dieser nicht ständig im Vollast-Zustand betrieben, sondern arbeitet gewöhnlich im Halblast-Zustand. Unter Berücksichti­ gung des genannten Betriebszustandes des Generators werden die Dauermagnete 23 und 33 so angeordnet, daß ihre Magnet­ pole um λ/2 mit Bezug zueinander verschoben werden. Wenn eine höhere Belastung gefordert wird oder falls eine solche Belastung nicht tatsächlich verlangt wird, dann werden die Klauenteile 12a und 13a des ersten Rotors 1 magnetisiert. In jedem dieser Fälle ist jedes der ersten Klauenteile 12a des ersten Rotors 1 zwischen dem zugehörigen vierten Klauen­ teil 22a des zweiten Rotors 2 und dem zugehörigen fünften Klauenteil 31a des dritten Rotors 3 zu positionieren, um die Nutenwellen-Überlagerung zwischen den Klauenteilen 12a, 13a des ersten Rotors und den Klauenteilen 21a, 22a, 31a sowie 32a des zweiten und dritten Rotors 2 sowie 3 zu mini­ mieren.

Der Generator mit der oben beschriebenen Konstruktion ist insofern von Vorteil, als seine Ausgangsleistung durch Kon­ trollieren des Feldstromes geregelt werden kann. Bei einem Generator nach dem Stand der Technik ist eine Kupferwicklung von großem Gewicht um einen Eisenkern gewickelt, der einen langen Magnetpfad bildet und eine große Masse (großes Ge­ wicht) besitzt, um jedes von zwei Feldsystemen zu bilden, und es muß jedem dieser Feldsysteme ein Erregerstrom zuge­ führt werden. Bei dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Ge­ nerator sind die beiden Magnetpfade und die erregenden Tei­ le aus den Dauermagneten gestaltet, so daß sie einen kompak­ ten Aufbau und ein geringes Gewicht haben. Ferner können sowohl die von den Rotoren erzeugte Hitzemenge als auch der Energieverbrauch der Rotoren minimiert werden, so daß zum Kühlen der Rotoren eine einfache Kühleinrichtung zur Anwendung kommen kann. Deshalb können die Rotoren des erfin­ dungsgemäßen Generators mit einer geringen Größe sowie einem niedrigen Gewicht gefertigt werden, wodurch auch die Kosten für diese herabgesetzt werden können.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Stromversorgung oder -erzeugung gemäß der Erfindung. Diese zweite Ausführungsform stellt eine teilweise Abwandlung der ersten Ausführungsform insofern dar, als der zweite und dritte Rotor 2 und 3 der ersten Ausführungsform durch einen vierten Rotor 8 ersetzt werden.

Dieser vierte Rotor 8 besteht aus einem zylindrischen Joch 81, das an der Stirnfläche des zweiten Klauenpols 13 des ersten Rotors 1 befestigt ist, sechs Vorsprüngen oder Ansät­ zen 82 von trapezförmiger Gestalt, die als äußere Ansätze des zylindrischen Jochs 81 ausgebildet und in Umfangsrich­ tung zueinander gleich beabstandet sind, wie in Fig. 7 ge­ zeigt ist, und sechs Dauermagneten 83 von trapezförmiger Gestalt, von denen jeder zwischen einander benachbarten An­ sätzen 82 festgehalten ist, wie ebenfalls der Fig. 7 zu ent­ nehmen ist. Die Ansätze 82 und die Dauermagnete 83 sind wie im Fall der Anordnung der ersten und zweiten Klauentei­ le 12a, 13a des ersten Rotors 1 alternierend angeordnet.

Ein Band 84 in Gestalt eines Ringes aus unmagnetischem Ma­ terial ist dazu vorgesehen, die Außenflächen der Dauermagne­ te 83 abzudecken, um einen radialen Austritt dieser Magnete 83 vom Rotor 8 nach außen zu verhindern.

Gleich der ersten Ausführungsform sind die Ansätze 82 des vierten Rotors 8 mit Bezug zu den ersten Klauenteilen 12a des ersten Rotors 1 um λ/2 versetzt.

In dem zylindrischen Joch 81 ist ein Raum abgegrenzt, und ein Axialflügelventilator 85 der Zentrifugalbauart aus ge­ formtem Kunstharz kann an der Welle 4 in diesem Raum des Jochs 81 befestigt sein. Dieser an der Welle 4 gehaltene Ventilator 85 ragt teilweise von der Stirnfläche des vier­ ten Rotors 8 vor, so daß sowohl die Feldwicklung 14 als auch die Statorwicklung 52 gekühlt werden.

Eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Stromver­ sorgung gemäß der Erfindung ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt. Auch diese Ausführungsform stellt eine teilweise Abwandlung der ersten Ausführungsform insofern dar, als der zweite und dritte Rotor 2, 3 der ersten Ausführungsform durch einen fünften Rotor 9 ersetzt sind. Dieser Rotor 9 besteht aus einer Mehrzahl von vielflächigen Dauermagneten 91 und einer Mehrzahl von Polstücken 92 aus kaltgeschmiedetem Weichstahl, von denen jedes zwischen benachbarten Dauermagneten 91 ange­ ordnet und in Richtung zur Welle 4 hin verjüngt ist. Der fünfte Rotor 9, der eine zylindrische Gestalt besitzt, wird durch die Kombination der Permanentmagnete 91 und der Polstüc­ ke 92 gebildet.

Eine durch einen Ziehvorgang mit einer Presse ausgestaltete unmagnetische Metallplatte 93 besteht aus einem an der Wel­ le 4 festen Zylinderteil 93a und einem Paar von scheibenför­ migen Teilen 93b, die an den Stirnflächen sowohl der Dauer­ magnete als auch der Polstücke 92 angeordnet sind. Wie der Fig. 9 zu entnehmen ist, ist jedes der scheibenförmigen Teile 93b der Metallplatte 93 mit einer Mehrzahl von Öffnun­ gen 93c versehen, von denen jede mit einem an der axialen Stirnfläche des zugeordneten Dauermagneten 91 ausgebildeten Vorsprung 91a zum Eingriff gelangen kann. Wenn die Vorsprün­ ge 91a der Magnete 91 in die zugeordneten Öffnungen 93c der scheibenförmigen Teile 93b der Metallplatte 93 eingesetzt sind, kann somit ein radialer Austritt der Magnete 91 nach außen verhindert werden.

Die scheibenförmigen Teile 93b der Metallplatte 93 werden durch Preßschweißen an den Stirnflächen der Polstücke 92 festgehalten, um so die Polstücke 92 an der Metallplatte 93 zu befestigen.

Ein Kühlventilator 10 mit einem Bauteil 10a aus einem magne­ tischen Material, das Flügel trägt, ist an der Welle 4 frei drehbar gehalten. Das magnetische Bauteil 10a des Ventila­ tors 10 hat zum Rotor 9 einen vorbestimmten Abstand δ, wel­ cher auf der Grundlage der geforderten Magnetkraft, der Fa­ brikationsgenauigkeit usw. in geeigneter Weise bestimmt wird. Bei Drehen des Generators empfängt der Kühlventilator 10 einen magnetischen Streufluß von den Permanentmagneten 91 des fünften Rotors 9 und er wird durch die Magnetkraft zum Drehen angetrieben, während er der Drehung des Rotors 9 nach­ läuft. Wenn die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 9 bis zu einem vorbestimmten hohen Pegel ansteigt, wird zwischen der den Kühlventilator 10 drehenden Magnetkraft und dem auf die Flügel des Ventilators 10 wirkenden Winddruck ein Gleichge­ wicht erreicht, so daß der Ventilator 10 nicht der Drehung des Rotors 9 mit Geschwindigkeiten, die höher als die vor­ bestimmte Einstellung sind, nachläuft. Somit wird auf die Flügel des Ventilators 10 keine übermäßige Zentrifugalkraft aufgebracht, so daß der Kühlventilator 10 derart ausgelegt werden kann, daß er imstande ist, eine höchstmögliche Kühl­ leistung abzugeben, so daß die Kühlwirkung in hohem Maß da­ durch gesteigert wird. Die Anwendung eine solchen Kühlventila­ tors 10 kann erheblich dazu beitragen, das Ziel der gewünsch­ ten Größenverminderung des Generators zu erreichen.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen geben nicht speziell an, ob der die Permanentmagnete aufweisende Rotor an einer axialen Position auf der Welle vor oder hinter dem die Feld­ wicklung besitzenden Rotor angeordnet werden soll. Es ist jedoch klar, daß diese Rotoren an solchen Stellen angeord­ net werden sollen, an welchen ihr Temperaturanstieg auf ein Minimum herabgedrückt werden kann. Beispielsweise ist im allgemeinen die Temperatur auf der Seite hoch, auf wel­ cher der Gleichrichter angeordnet ist oder auf welcher die von der Maschine erzeugte Hitze höher ist. Es ist insofern vorzuziehen, daß der die Permanentmagnete enthaltende Rotor an einer von dieser Seite entfernten Stelle angeordnet wird.

Bei den beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind der zweite, dritte, vierte und fünf­ te Rotor 2, 3, 8 und 9, die die Permanentmagnete verwenden, lediglich beispielhaft dargestellt. Es ist klar, daß die Erfindung in keiner Weise auf die speziellen Anordnungen dieser Dauermagnete und Magnetpole begrenzt ist.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Wechselstromerzeuger einen Stator mit einem Ankerkern sowie einer mehrphasigen, um die­ sen Kern gewickelten Ausgangswicklung und eine Mehrzahl von an einer Drehwelle gehaltenen Rotoren, um einen ersten so­ wie zweiten Feldmagnetkreis auszubilden, die mit Bezug zum Ankerkern parallel angeordnet sind. Der erste Feldmagnet­ kreis enthält Permanentmagnete, die als eine Quelle einer erregenden magnetomotorischen Kraft wirken, während der zweite Feldmagnetkreis eine Feldwicklung enthält, die als eine Quelle einer erregenden magnetomotorischen Kraft dient. Die vom ersten sowie zweiten Feldmagnetkreis erzeugten Ma­ gnetflüsse durchdringen den Ankerkern, wodurch eine zur mehrphasigen Ausgangswicklung parallele Ausgangsspannung induziert wird. Der Magnetfluß von der zweiten Feldmagnet­ wicklung wird so verändert, daß der gesamte, den Ankerkern durchdringende Magnetfluß erhöht oder vermindert wird, wo­ durch die induzierte Ausgangsspannung geregelt wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Stromversorgung, die umfaßt:

• - einen Stator (5) mit einem Ankerkern (51) sowie einer um den Ankerkern gewickelten mehrphasigen Ausgangswick­ lung (52),
• - eine Mehrzahl von innerhalb des Ankerkerns (51) angeord­ neten sowie auf einer Drehwelle (4) angebrachten Roto­ ren (1, 2, 3), die einen ersten und zweiten, parallel mit Bezug zum Ankerkern gerichteten Erregermagnetkreis bilden,
• - von denen der erste Erregermagnetkreis eine Mehrzahl von Dauermagneten (23, 33) enthält, die als eine Quelle einer erregenden magnetomotorischen Kraft dienen, und
• - von denen der zweite Erregermagnetkreis vom ersten Er­ regermagnetkreis unabhängig ist sowie eine einen als eine Quelle einer erregenden magnetomotorischen Kraft dienenden Elektromagneten umfaßt,
• - wobei der von dem ersten Erregermagnetkreis und der von dem zweiten Erregermagnetkreis erzeugte Magnetfluß den Ankerkern durchdringen sowie eine zu der mehrphasigen Ausgangswicklung parallele Ausgangsspannung induzieren und der von dem zweiten Erregermagnetkreis erzeugte Ma­ gnetfluß einer Änderung unterliegt, um den gesamten, den Ankerkern durchdringenden Magnetfluß zur Regelung der induzierten Ausgangsspannung zu erhöhen oder zu vermindern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (7) vorgesehen ist, die in einem ersten Regelbetrieb arbeitet, um einen Strom der Feldwick­ lung zuzuführen, so daß der von dem zweiten Erregermagnet­ kreis erzeugte und den Ankerkern (51) durchdringende Magnet­ fluß die gleiche Richtung hat wie der vom ersten Erreger­ magnetkreis erzeugte und den Ankerkern durchdringende Magnetfluß, um dadurch die parallel zur mehrphasigen Aus­ gangswicklung (52) induzierte Spannung zu erhöhen, und die in einem zweiten Regelbetrieb arbeitet, um den genann­ ten Strom der Feldwicklung in der umgekehrten Richtung zuzuführen und dadurch die parallel zur mehrphasigen Wick­ lung induzierte Spannung zu unterdrücken.

3. Vorrichtung zur Stromversorgung, die umfaßt:

• - einen Stator (5) mit einem Ankerkern (51) sowie einer um den Ankerkern gewickelten mehrphasigen Ausgangswick­ lung (52),
• - eine Mehrzahl von innerhalb des Ankerkerns (51) angeord­ neten sowie auf einer Drehwelle (4) angebrachten Roto­ ren (1, 2, 3), die einen ersten und zweiten, parallel mit Bezug zum Ankerkern gerichteten Erregermagnetkreis bilden,
• - von denen der erste Erregermagnetkreis eine Mehrzahl von Dauermagneten (23, 33) enthält, die zwischen einer Mehrzahl von entgegengesetzt zueinander angeordneten Klauenpolen (21, 22, 31, 32) gehalten sind, und von de­ nen der zweite Erregermagnetkreis vom ersten Erregerma­ gnetkreis unabhängig ist sowie eine Feldwicklung (14), die zwischen einer Mehrzahl von entgegengesetzt zueinan­ der angeordneten Klauenpolen (12, 13) angeordnet ist, enthält,
• - wobei der von dem ersten Erregermagnetkreis und der von dem zweiten Erregermagnetkreis erzeugte Magnetfluß den Ankerkern durchdringen sowie dadurch eine zu der mehrpha­ sigen Ausgangswicklung parallele Ausgangsspannung indu­ zieren und der von dem zweiten Erregermagnetkreis erzeug­ te Magnetfluß einer Änderung unterliegt, um den gesamten, den Ankerkern durchdringenden Magnetfluß zur Regelung der induzierten Ausgangsspannung zu erhöhen oder zu ver­ mindern.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (23, 33) in dem ersten Erregermagnet­ kreis scheibenförmig ausgebildet und zwischen den mehreren Klauenpolen (21, 22, 31, 32) jeweils fest gehalten sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenpole (21) in dem ersten Erregermagnetkreis und die Klauenpole (13) in dem zweiten Erregermagnetkreis ein­ ander an ihren Stirnflächen in der Richtung der Drehwelle (4) berühren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenteile (21a, 22a, 31a, 32a) der Klauenpole (21, 22, 31, 32) in dem ersten Erregermagnetkreis und die Klauenteile (12a, 13a) der Klauenpole (12, 13) im zweiten Erregermagnetkreis in winkeliger Richtung voneinander um einen vorbestimmten Abstand längs des Umfangs der Drehwelle (4) versetzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Erregermagnetkreis an derjenigen Seite angeord­ net ist, an welcher die Temperatur in Richtung der Dreh­ welle (4) niedriger ist als an der Seite, an welcher der zweite Erregermagnetkreis angeordnet ist.

8. Vorrichtung zur Stromversorgung, die umfaßt:

• - einen Stator (5) mit einem Ankerkern (51) und einer um den Ankerkern gewickelten mehrphasigen Ausgangswick­ lung (52),
• - eine Mehrzahl von innerhalb des Ankerkerns angeordne­ ten sowie auf einer Drehwelle (4) angebrachten Rotoren (1, 8), die einen ersten und zweiten, parallel mit Bezug zu dem Ankerkern (51) gerichteten Erregermagnetkreis bilden,
• - von denen der erste Erregermagnetkreis eine Mehrzahl von Permanentmagneten (83) enthält, die gleich beabstan­ det und an der Außenumfangsfläche eines zylindrischen Jochs (81) befestigt sind,
• - und von denen der zweite Erregermagnetkreis vom ersten Erregermagnetkreis unabhängig ist sowie eine Feldwick­ lung (14) enthält, die zwischen einer Mehrzahl von ent­ gegengesetzt zueinander angeordneten Klauenpolen (12, 13) gehalten ist,
• - wobei der von dem ersten Erregermagnetkreis und der von dem zweiten Erregermagnetkreis erzeugte Magnetfluß den Ankerkern durchdringen sowie dadurch eine zu der mehrphasigen Ausgangswicklung parallele Ausgangsspan­ nung induzieren und der von dem zweiten Erregermagnet­ kreis erzeugte Magnetfluß einer Änderung unterliegt, um den gesamten, den Ankerkern durchdringenden Magnet­ fluß zur Regelung der induzierten Ausgangsspannung zu erhöhen oder zu vermindern.

9. Vorrichtung zur Stromversorgung, die umfaßt:

• - einen Stator (5) mit einem Ankerkern (51) sowie einer um den Ankerkern gewickelten mehrphasigen Ausgangswick­ lung (52),
• - eine Mehrzahl von innerhalb des Ankerkerns (51) ange­ ordneten sowie auf einer Drehwelle (4) angebrachten Ro­ toren (1, 9), die einen ersten und einen zweiten, pa­ rallel zum Ankerkern gerichteten Erregermagnetkreis bil­ den,
• - von denen der erste Erregermagnetkreis eine Mehrzahl von vielflächigen Dauermagneten (91), die in der radialen Richtung angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Polstüc­ ken (92) aus Weichstahl, die zwischen den Permanentma­ gneten angeordnet sind, enthält und
• - von denen der zweite Erregermagnetkreis vom ersten Er­ regermagnetkreis unabhängig ist sowie eine Feldwicklung (14), die zwischen einer Mehrzahl von entgegengesetzt zueinander angeordneten Klauenpolen (12, 13) angeordnet ist, enthält,
• - wobei der von dem ersten Erregermagnetkreis und der von dem zweiten Erregermagnetkreis erzeugte Magnetfluß den Ankerkern durchdringen sowie dadurch eine zu der mehr­ phasigen Ausgangswicklung parallele Ausgangsspannung induzieren und der von dem zweiten Erregermagnetkreis erzeugte Magnetfluß einer Änderung unterliegt, um den gesamten, den Ankerkern durchdringenden Magnetfluß zur Regelung der induzierten Ausgangsspannung zu erhöhen oder zu vermindern.