-
Die
Erfindung betrifft allgemein eine elektrische Vorrichtung und insbesondere
eine Generatoreinheit mit einem Dynamo oder einer dynamo-elektrischen
Anordnung mit einer Rotoranordnung. Die Erfindung betrifft bevorzugte
Konstruktionen solcher Anordnungen sowie darauf bezogene Verfahren.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In
Generatoreinheiten ist die Anwendung von Dynamos oder dynamo-elektrischen
Anordnungen weit verbreitet. Solche Generatoreinheiten umfassen
im allgemeinen einen mit Kraftstoff, Gas oder Dieselöl betriebenen
Motor, der zur Drehung des Rotors eines Dynamos oder Generators
innerhalb des magnetischen Rotorfeldes zur Erzeugung von Elektrizität dient.
Solche Systeme werden häufig
z. B. an Bord von Schiffen, zur Stromversorgung an Baustellen, als
Notstromgeneratoren sowie zur Leistungsversorgung in abgelegenen
Gebieten verwendet.
-
Der
Teil der Generatoreinheit, der zur Erzeugung der elektrischen Energie
dient, umfasst einen an einer Achse montierten Rotor, der innerhalb
eines Stators rotiert. Der Rotor versorgt die Quelle des magnetischen
Feldes. Der Rotor enthält
eine Windung oder mehrfache Windungen eines elektrischen Leiters
(Draht). In ähnlicher
Weise ist auch der Stator mit einer Mehrzahl von Windungen versehen.
Wenn sich der Rotor mit seinen Drahtwindungen oder Spulen innerhalb
des Stators dreht, streicht das magnetische Feld des Rotors über die
Statorleiter, so dass ein Wechselstrom in den Statorspulen induziert
wird. Eine Kollektorringanordnung, die in elektrisch leitender Verbindung
mit der Rotorspule steht, schafft die elektrische Verbindung zwischen
den rotierenden und den stationären
Teilen.
-
Die
Statoren und Rotoren sind im allgemeinen aus Schichten (Blechen)
aufgebaut. Dies bedeutet, dass z. B. der Körper eines Stators im wesentlichen
aus einer Mehrzahl von aneinanderliegenden Schichten gebildet ist,
in denen die Stator-Drahtspulen angeordnet sind. Solche Systeme
werden z. B. in folgenden US-Patenten beschrieben:
4,642,885 ;
4,694,560 ;
4,215,464 ;
3,984,908 ;
3,979,615 ;
4,287,446 ;
4,181,393 ;
4,922,604 ;
4,340,829 ;
4,656,378 und
4,177,397 . Bei bekannten Statorkonstruktionen
setzt sich ein Blechpaket aus einem Stapel ferromagnetischer Platten
zusammen, die zur Bildung eines Kern aneinander befestigt sind.
Nachdem der Kern mit einer Isolierschicht versehen worden ist, werden
mit einem vorbestimmten Muster, welches von der Art und Richtung
des von dem Rotor versorgten magnetischen Flusses abhängig ist,
Windungen (Spulen) aus Magnetdrähten
darin angeordnet. Wenn der magnetische Fluß an den Spulen des Stators
vorbeiläuft,
wird durch den die Magnetdrähte querenden
Fluß eine
Spannung erzeugt. Die Stator-Magnetdrähte werden mit einer externen
Schaltung über
Leitungen verbunden.
-
Die
Statorschichten (-bleche) grenzen im allgemeinen eine durch sie
hindurchverlaufende Bohrung ab, in der der Rotor positioniert ist.
Die Rotorachse verläuft
im allgemeinen senkrecht zu den Oberflächen der Statorschichten, wobei
der Rotor zentral innerhalb der Bohrung positioniert ist. Der Rotor
enthält
eine oder mehrere Drahtspulen, denen eine elektrischer Strom zur
Erzeugung eines Magnetfeldes zugeführt wird.
-
Die
Schichten sind im allgemeinen versetzt oder schräg angeordnet, um die Erzeugung
eines günstigeren
Magnetfeldes zu ermöglichen.
Der Grund dafür,
daß im
allgemeinen die Schichten des Stators versetzt sind, liegt u. a.
darin, daß die Drahtspule(n)
des Rotors einfacher aufgebaut ist, wenn sie auf ein nicht versetztes
System mit herkömmlichem
Aufbau aufgewickelt ist/sind, sowie weiterhin darin, daß aufgrund
der Tatsache, daß der
Stator im Betrieb stationär
bleibt, ein Versatz ohne Verschlechterung der Betriebseigenschaften
mit dem Stator leichter zu erzielen ist, als mit dem Rotor bei herkömmlichem
Aufbau.
-
Der
Zusammenbau der Generatoreinheiten, insbesondere der Rotor- und
Statoranordnungen eines Dynamos, ist im allgemeinen sehr arbeitsintensiv.
Es sind zahlreiche besonders ausgerichtete Drahtspulen vorhanden,
die alle in geeigneter Weise montiert und ausgerichtet werden müssen. Es
besteht ein Bedarf nach Verbesserungen des Aufbaus, um ein einfacher
herzustellendes System zu erhalten, um zumindest die Kosten zu senken
und die Handhabung zu verbessern. Weiterhin sind Verbesserungen
der Eigenschaften und Leistungen wünschenswert.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Erfindungsgemäß ist eine
bevorzugte Rotoranordnung vorgesehen, die erste und zweite Abdeckkappen
(Endkappen), einen versetzten (schrägen) Stapel von Schichten,
der zwischen den ersten und zweiten Abdeckkappen angeordnet ist,
sowie eine Drahtlitze aufweist, die in ersten und zweiten Spulen
um die ersten und zweiten Abdeckkappen gewickelt ist. Jede Abdeckkappe
hat vorzugsweise ein Kopfteil und ein Schenkelpaar. In der Rotoranordnung
sind die Abdeckkappen so orientiert, daß sich die Schenkel zwischen
den Kopfteilen erstrecken. Jeder Abdeckkappen-Schenkel hat vorzugsweise mindestens
eine schräge
Wandplatte, die so ausgerichtet ist, daß sie einen versetzten Schichtstapel durch
Eingriff mit einem Oberflächenabschnitt
oder einem Kantenabschnitt davon aufnehmen kann. Die ersten und
zweiten Abdeckkappen sind vorzugsweise identisch.
-
Bei
der bevorzugten Rotoranordnung ist jeder der Schenkel der Abdeckkappen
durch eine innere Platte, eine zentrale Platte und eine äußere Platte definiert,
wobei die Platten so ausgerichtet sind, daß sie einen longitu dinalen
Schenkelkanal abgrenzen. In der Rotoranordnung erstrecken sich die
longitudinalen Schenkelkanäle
zwischen den Kopfabschnitten der ersten und zweiten Abdeckkappe.
Die äußere und
die zentrale Platte jedes Schenkels ist vorzugsweise schräg bzw. versetzt
und somit an den Versatz des Schichtstapels angepaßt. Bei
der bevorzugten Rotoranordnung erstreckt sich die erste und zweite Spule
durch die in den Schenkeln definierten longitudinalen Kanäle. Im einzelnen
erstreckt sich die erste Spule durch zwei der Schenkel und die zweite
Spule durch die anderen zwei Schenkel.
-
Bei
der bevorzugten Ausführungsform
haben die Kopfabschnitte der Abdeckkappen eine äußere Oberfläche mit einer Rippenanordnung.
Die Rippenanordnung liegt unterhalb der Spulen, um einen Teil der
Spulen von dem Oberflächenabschnitt
der Abdeckkappen zu beabstanden und zwischen der äußeren Oberfläche des
Kopfabschnittes und der Spule einen Kanal für einen Luftstrom zur Kühlung zu
erzeugen. Die Rippenanordnung umfaßt vorzugsweise sechs Oberflächenrippen,
die so ausgerichtet sind, daß drei
Rippen zur Aufnahme der ersten Spule und drei Rippen zur Aufnahme
der zweiten Spule dienen.
-
Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist die äußere Oberfläche der
Abdeckkappe mit vier sich von dieser wegerstreckenden Eckplatten
in Form eines ersten und eines zweiten ausgerichteten Paares versehen.
Die Eckplatten sind vorzugsweise zur Abgrenzung eines ersten und
eines zweiten Spulenkanals, der sich über die äußere Oberfläche der Abdeckkappe erstreckt,
ausgerichtet. Bei der Rotoranordnung ist die erste Spule in einem
ersten Spulenkanal und die zweite Spule in dem zweiten Spulenkanal positioniert.
-
Die
bevorzugte Abdeckkappe ist auch mit einem zentralen, an dieser befestigten
Montagekonus versehen, der sich von der äußeren Oberfläche der Abdeckkappe
nach außen
erstreckt. Die Spulenkanäle
sind im allgemeinen zwischen dem Monatagekonus und den zugeordneten
Eckplatten abgegrenzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist in Verbindung
mit jedem der zwei Spulenkanäle
ein zentraler Bolzen (Keil) positioniert, der sich über die äußere Oberfläche der
Abdeckkappe erstreckt. Die Eckplatten haben vorzugsweise abgerundete äußere Ecken, um
die Spulenwicklung zu erleichtern und ein Hängenbleiben zu verhindern.
-
Bei
der bevorzugten Ausführungsform
sind an der äußeren Oberfläche der
Kopfabschitte der Abdeckkappe erste und zweite Draht-Anschlußblöcke vorgesehen.
Die Anschlußblöcke enthalten
einen sich längserstreckenden
Drahtkanal (Aufnahmeeinrichtung) zur Aufnahme des Endabschnitts
eines Drahtes. Die Drahtlitze, aus der die erste und zweite Spule
gebildet ist, ist vorzugsweise eine einzelne Drahtlitze mit ersten
und zweiten Endabschnitten, von denen jeweils einer in jeweils einer
der Drahtaufnahmen in den zwei Endblöcken positioniert ist. Dies bedeutet,
daß ein
erstes Ende (Endabschnitt) des Drahtes einem ersten Anschlußblock und
ein zweites Ende (Endabschnitt) des Drahtes einem zweiten Anschlußblock zugeordnet
ist.
-
Die
Rotoranordnung umfaßt
vorzugsweise eine Kollektor-Ringanordnung
mit Einrichtungen, die in direkter elektrisch leitender Verbindung
mit den Draht-Endabschnitten stehen, und zwar durch Kontakt mit
Abschnitten der Drähte,
die in der sich längserstreckenden
Drahtaufnahme liegen. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt diese Einrichtung erste
und zweite Anschlußstifte,
die der Kollektor-Ringanordnung zugeordnet sind, wobei jeder Stift vorzugsweise
longitudinale Keilnuten, Zähne,
oder Rippen aufweist, die sich in den Draht einschneiden und dadurch
die elektrische Verbindung herstellen. Die Anordnung ist vorzugsweise
so getroffen, daß jeder
Stift gegen seinen zugeordneten Draht aus einer im wesentlichen
senkrecht oder orthogonal dazu liegenden Richtung, jedoch geringfügig gegenüber der Richtung
zu seinem Zentrum verschoben, getrieben wird. Dies ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird weiter unten im Detail beschrieben werden.
Grundsätzlich
wird ein leitender Stift mit im wesentlichen zylindrischer Gestalt
und einer zentralen longitudinalen Achse vorgesehen, wobei der leitende
Stift so ausgerichtet wird, daß sich
seine zentrale longitudinale Achse im wesentlichen orthogonal zur
Längserstreckung
der Draht-Endabschnitte erstreckt. Bei der bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet dies eine Ausrichtung der Kollektor-Ringanorndung in
der Weise, daß sich
die leitenden Stifte im wesentlichen longitudinal zu einer zentralen
Rotationsachse der Gesamt-Rotoranordnung erstrecken.
-
Die
Aufnahme bzw. das Zusammenwirken zwischen den leitenden Stiften
und den Drähten
erfordert vorzugsweise eine genügende
Anzahl von Keilnuten an jedem Stift, so daß für eine gute elektrische Verbindung
mindestens vier Keilnuten in den Magnetdraht einschneiden müssen.
-
Die
erfindungsgemäße bevorzugte
Rotoranordnung ist mit zwei Abdeckkappen (Endkappen) versehen, die
jeweils als integrale Gußformen
aufgebaut sind. Dies bedeutet, daß jede Abdeckkappe eine Gußeinheit
ist, die alle beschriebenen Einzelheiten bzw. Merkmale enthält. Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
ist in den Zeichnungen dargestellt.
-
Erfindungsgemäß ist auch
eine bevorzugte Kollektor-Ringanordnung vorgesehen. Diese bevorzugte
Kollektor-Ringanordnung umfaßt:
Einen Isolierkörper,
der eine zentrale Rotorwellenbohrung mit einer zentralen longitudinalen
Achse abgrenzt, erste und zweite beabstandete elektrisch leitende
Kollektorringe, die zueinander beabstandet auf dem Isolierkörper angeordnet
sind, sowie erste und zweite zylindrische leitende Stifte. Der bevorzugte
erste leitende Stift ist in seiner Verlängerung im wesentlichen parallel
zu der zentralen Achse der Rotorwellenbohrung des Isolierkörpers ausgerichtet
und steht in elektrisch leitender Verbindung mit dem ersten der
Kollektorringe. Der bevorzugte zweite zylindrische leitende Stift ist
im wesentlichen parallel zu dem ersten zylindrischen leitenden Stift
ausgerichtet und steht in elektrisch leitender Verbindung mit dem
zweiten Kollektorring. Eine solche Anordnung ist den Zeichnungen dargestellt.
Jeder leitende Stift hat vorzugsweise ein konisches Ende sowie eine äußere zylindrische Oberfläche mit
einer Mehrzahl von sich längserstreckenden
Keilnuten. Ferner ist zwischen dem konischen Ende und dem Anfang
der Keilnuten vorzugsweise ein relativ glatter Abschnitt vorgesehen.
-
Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen
einem isolierten Draht und einem Kollektor, wie z. B. einem leitenden
Stift einer Ringanordnung vorgesehen. Das Verfahren umfaßt allgemein
die Positionierung eines isolierten Draht-Endabschnittes in einer Aufnahme, die
Bereitstellung eines leitenden Stiftes mit einem konischen Ende
und einer zylindrischen äußeren Oberfläche mit
einer Mehr zahl von sich darauf längserstreckenden
Keilnuten, sowie das Eintreiben des leitenden Stiftes gegen den
isolierten Draht-Endabschnitt in einer Richtung, bei der die sich längserstreckenden
Keilnuten des Stiftes orthogonal zu einer Längserstreckung des Drahtendabschnittes (d.
h. orthogonal zu einer Längserstreckung
einer zentralen Achse des Drahtendabschnittes) liegen, und wobei
sich mindestens zwei der Keilnuten des leitenden Stiftes durch die
Isolierung des Drahtabschnittes schneiden und mit dem Draht in Verbindung treten.
Die zur Herstellung der gewünschten
elektrischen Verbindung bevorzugte Anzahl von Aufnahmen sowie die
Tiefen der Aufnahmen sollen im folgenden im Detail beschrieben werden.
Der Stift ist vorzugsweise mit seiner zentralen Achse gegenüber der
direkten Verlängerung
der Mitte des Drahtes versetzt.
-
ZEICHNUNGSBESCHREIBUNG
-
Es
zeigt:
-
1 eine
schematische perspektivische Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Rotor-
und Statoranordnung,
-
2 eine
vergrößerte seitliche
teilweise Aufrißdarstellung
des erfindungsgemäßen Rotors;
-
3 eine
seitliche Aufrißdarstellung
der in 2 gezeigten Anordnung in einer Drehung um etwa
90° um die
Achse 30, wobei die Drahtspulen und die Lamellen (Bleche)
weggelassen sind;
-
4 die
Ansicht eines Bleches von oben zur Verwendung in erfindungsgemäßen bevorzugten Anordnungen;
-
5 eine
perspektivische Ansicht einer Abdeckkappe, die in einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung
verwendbar ist;
-
6 eine
seitliche Aufrißdarstellung
der Abdeckkappe gemäß 5;
-
7 eine
End-Aufrißdarstellung
der in den 5 und 6 gezeigten
Anordnung;
-
8 eine
seitliche Aufrißdarstellung
der in den 5 und 6 gezeigten
Anordnung, und zwar in einer um 90° um die Achse 77 relativ
zu der in 6 gezeigten Ansicht rotierten
Darstellung;
-
9 eine
End-Aufrißdarstellung
der in den 5, 6, 7 und 8 gezeigten
Anordnung in gegenüber
der 7 entgegengesetzter Richtung;
-
10 eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung entsprechend
der in den 2 und 3 gezeigten Anordnung;
-
11 eine
End-Aufrißdarstellung
der in den 2, 3 und 10 gezeigten
Anordnung ohne Drahtspulen und Lamellen (Bleche);
-
12 eine
vergrößerte schematische
und teilweise im Querschnitt gezeigte Explosionsdarstellung einer
erfindungsgemäßen Anordnung,
bei der das Zusammenwirken zwischen der Kollektor-Ringanordnung
und einer Rotor-Abschlußkappe
erkennbar ist;
-
13 eine
vergrößerte Teil-Querschnittsdarstellung
entsprechend einem Teil der in 12 gezeigten
Anordnung, mit der Kollektor-Ringanordnung im Querschnitt, wobei
schematisch das Zusammenwirken zwischen der Kollektor-Ringanordnung und
einem eingreifenden Draht erkennbar ist;
-
14 eine
vergrößerte schematische Querschnitts-Teildarstellung entlang
der Linie 14-14 in 13;
-
15 eine
End-Aufrißdarstellung
einer Kollektor-Ringanordnung
zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Anordnungen;
-
16 eine
seitliche Aufrißdarstellung
der in 15 gezeigten Anordnung;
-
17 eine
Querschnittsdarstellung entlang der Linie 17-17 in 15;
und
-
18 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der in den 15, 16 und 17 gezeigten
Anordnung.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Mit
der Bezugsziffer 1 ist in 1 allgemein eine
erfindungsgemäße Dynamoanordnung
bezeichnet. Die Dynamoanordnung 1 ist perspektivisch gezeigt,
wobei die Zeichnung eine schematische Teildarstellung ist. Die Grundsätze der
Erfindung sollen ohne Rücksicht
auf eine besondere Ausführungsform,
in der sie verwirklicht werden, beschrieben werden. Die Anordnung 1 umfaßt eine
Statoranordnung (Stator 2) und eine Rotoranordnung (Rotor 3).
-
Der
Stator 2 umfaßt
eine Mehrzahl von Lamellen (Statorblechen) 10. Die Lamellen 10 des
Stators 2 sind nicht versetzt, können jedoch bekanntes Stator-Lamellenmaterial
aufweisen. Der Stator 2 umfaßt eine Mehrzahl von Leitern
bzw. Statorwicklungen 11. Die Wicklungen umfassen im allgemeinen Quadratur-,
Batterie- und Leistungswicklungen. Es können verschiedene Drahtverbindersysteme
eingesetzt werden. In 1 ist keine besondere Anordnung
zur Befestigung von Drähten
an den Wicklungen 11 dargestellt.
-
Der
Rotor 3 umfaßt
eine Rotorwelle 15 mit einem Paar von daran befestigten
Rotor-Abdeckkappen (in 1 nicht gezeigt, siehe 2).
Um die Abdeckkappen (Endkappen) 16 und 17 erstrecken
sich zwei Drahtspulen 19 und 20. Die Spulen 19 und 20 stellen
zwei einzelne Spulen dar und sind aus einer einzigen durchgehenden
Drahtlitze 22 gebildet. Die zwei freien Enden oder Endabschnitte
des Drahtes 22 greifen leitend mit einem Abschnitt der
Kollektor-Ringanordnung 23 ein. Nicht gezeigte Einrichtungen
dienen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit den zwei
Anschlüssen
der Kollektor-Ringanordnung 23 und ermöglichen einen Stromfluß durch die
Spulen 19 und 20 bei Rotation des Rotor 3 innerhalb
des Stators, so daß ein
magnetisches Feld erzeugt wird, welches einen Wechselstrom in den
Statorwicklungen 11 induziert.
-
Wie
bereits angedeutet wurde, sind die Lamellen 10 des Stators 2 nicht
versetzt. Wie aus der Beschreibung der anderen Figuren deutlich
werden wird, sind jedoch die Lamellen (Bleche) 24 des Rotors 3 versetzt.
Dies führt
zu einem besonders vorteilhaften Aufbau. Die Erfindung ermöglicht einen
solchen Aufbau in besonders einfacher und wirksamer Weise. Die diesbezüglichen
Merkmale sowie weitere characteristische Vorteile der Anordnung
ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung der Rotoranordnung
sowie der Kollektor-Ringanordnung.
-
GESAMT-ROTORANORDNUNG – WESENTLICHE KENNZEICHEN
-
In
den 2 und 3 ist die Gesamt-Rotoranordnung 3 in
seitlicher Aufrißdarstellung
gezeigt. Die bevorzugte Rotoranordnung 3 hat im allgemeinen
eine zweifache Symmetrieachse 30. Dies bedeutet, daß nach Rotation
der Rotoranordnung 3 um die Achse 30 um 180°, diese im
wesentlichen wieder genauso aussieht, wie vor der Drehung. 3 zeigt die
Anordnung 3 in einer um 90° relativ zur 2 um die
Achse 30 gedrehten Stellung.
-
Gemäß den 2 und 3 umfaßt die Anordnung 3 eine
Rotorwelle 15, eine Kollektor-Ringanordnung 23 und
eine Spulenanordnung 35. Die Spulenanordnung 35 umfaßt erste
und zweite Abdeckkappen 16 und 17 mit Drähten 22,
die in den zwei in Längsrichtung
beabstandeten Spulen 19 und 20 (der Draht 22 ist
in 3 nicht gezeigt) positioniert sind. Der Draht 22 ist
ein einzelner Litzendraht, der von einer dünnen Isolierschicht umgeben
ist und zwei Endabschnitte 38 aufweist (in 2 ist
nur ein Endabschnitt voll sichtbar, der andere liegt an der gegenüberliegenden
Seite gemäß der 180°-Symmetrieachse),
die in der Nähe
der Kollektor-Ringanordnung 23 enden und mit dieser elektrisch
verbunden sind, wobei die Endbereiche in 3 mit der
Bezugsziffer 39 bezeichnet sind. Besondere Einrichtungen
zum Eingriff der Drahtenden mit dem Kollektorring 23 werden
im folgenden im Detail beschrieben.
-
Die
Spulenanordnung 35 eines vollständig zusammengebauten erfindungsgemäßen Rotos 3 umfaßt auch
eine Mehrzahl von Lamellen 24 (2), um die
die Drahtspulen 19 und 20 gewickelt sind (die Lamellen 24 sind
in 3 nicht gezeigt). Es ist klar, daß die Spulenanordnung 35 grundsätzlich eine Mehrzahl
von Lamellen umfaßt,
die zwischen Flächen 44 und 45 der
Abdeckkappen 16 bzw. 17 aufeinander geschichtet
sind. Bei bevorzugten Ausführungsformen
sind die Lamellen 24 im allgemeinen identisch, insgesamt
sind die Lamellen 24 jedoch relativ zueinander versetzt,
was im folgenden noch beschrieben wird.
-
In 4 ist
eine ebene Darstellung eines Rotorbleches 24 gezeigt. Die
Lamelle 24 enthält
eine zentrale Bohrung 50, durch die sich während des
Zusammenbaus die Rotorwelle 15 erstreckt. Ankerbohrungen 51 sind
zum Eingriff mit einem der Stifte 53 und 54 (2)
vorgesehen, wenn die Lamelle 24 eine der Endlamellen an
einer der Oberflächen 44 oder 45 ist.
Wenn die Lamellen 24 aufeinandergeschichtet und versetzt
sind, wird die Rotorwelle 15 in die zentrale Bohrung 50 der
Lamellen 24 eingepreßt. Die
Abdeckkappen 16 und 17 werden dann zusätzlich an
dem Lamellenpaket angebracht, so daß die Oberflächen oder
Ecken 55, 56 (4) gemäß der Darstellung
mit ausgewählten
Abschnitten der Abdeckkappen 16 und 17 eingreifen
bzw. an diesen anliegen.
-
Bei
der bevorzugten Ausführungsform
sind die Abdeckkappen 16 und 17 identisch und
so zusammengebaut, daß sie
die gewünschte
und beschriebene 180°-Symmetrieachse
bilden. Die einzelnen Kennzeichen der Abdeckkappen 16 und 17 sind so
ausgelegt, daß sie
für den
Zusammenbau und den Betrieb äußerst vorteilhaft
sind. Diese Kennzeichen betreffen zumindest: Eine Struktur, die
eine einfache Isolierung und Aufnahme der Lamellen 24 in
der gewünschten
versetzten Anordnung ermöglicht,
eine einfache Positionierung der Drahtspulen, eine einfache Verbindung
der Drahtenden mit den Kollektorringen, das Vorhandensein von Lüftungskanälen zur Kühlung der
Spulen während
des Betriebes, sowie Einrichtungen zur einfachen Wicklung der Spulen. Dieses
wird im folgenden im Detail beschrieben.
-
Die
Rotorwelle 15 kann gemäß den 2 und 3 ein
Antriebsende 55 und ein Lagerende 56 aufweisen.
Das Lagerende 56 ist das Ende, an dem die Kollektor-Ringanordnung 23 positioniert
ist. Das Antriebsende 55 ist mit geeigneten Antriebseinrichtungen
der Gesamt-Dynamoanordnung 1 (nicht gezeigt) verbunden
und ist das Ende, welches während des
Betriebes angetrieben wird.
-
ROTOR-ABDECKKAPPEN
-
Wie
bereits erwähnt
wurde, sind die Abdeckkappen 16 und 17 (Endkappen)
bei einer bevorzugten Ausführungsform
identisch. Die bevorzugten Abdeckkappen 16, 17 sind
im Detail in den 5, 6, 7, 8 und 9 dargestellt.
-
In 5 ist
eine perspektivische Darstellung einer Abdeckkappe (z. B. Abdeckkappe 16)
gezeigt. Die Kappe 16 besteht gemäß 5 aus einem
Kopfabschnitt 71 und ersten und zweiten Schenkeln 72 und 73 (in 5 ist
nur der Schenkel 72 zu erkennen, während in den 6 bis 9 beide
Schenkel 72, 73 gezeigt sind).
-
Insbesondere
gemäß den 6, 7 und 8 umfaßt der Kopfabschnitt 71 eine äußere Oberfläche 75 und
eine gegenüberliegende
innere Oberfläche 76 (”innen” bezieht
sich in diesem Zusammenhang auf die Oberfläche, welche der anderen Abdeckkappe
in dem zusammengebauten Rotor gegenüberliegt, während ”außen” sich in diesem Zusammenhang
auf die Oberfläche
bezieht, die von der anderen Abdeckkappe bei zusammengebautem Rotor
weggerichtet ist). Die Schenkel 72, 73 erstrecken sich
von der inneren Oberfläche 76 bzw.
treten aus dieser hervor (5 und 7).
Die sich von der äußeren Oberfläche 75 wegerstreckenden
oder von dieser ausgehenden Strukturen (5) dienen
zur Positionierung der Drahtspule, zur Befestigung von Verbindungsdrähten, zur
Montage an der rotierenden Welle, zur Schaffung einer Luftströmung zur
Kühlung u.
s. w. Genauere Beschreibungen dieser strukturellen Merkmale erfolgen
weiter unten.
-
Gemäß den 5, 6 und 7 weist
jeder Schenkel 72, 73 drei Platten auf. Bei der
bevorzugten Ausführungsform
sind die Schenkel 72 und 73 bezüglich ihrer
Gestalt identisch und so angeordnet, wie es für eine 180°-(oder zweifache)Symmetrieachse 77 (6)
erforderlich ist. Eine detaillierte Beschreibung der Struktur soll
mit Bezug auf den Schenkel 72 gegeben werden, wobei deutlich
werden wird, daß eine ähnliche
Strukturbeschreibung auch für
den Schenkel 73 bei der bevorzugten Ausführungsform
gültig
ist. Gemäß den 5, 6, 7, 8 und 9 umfaßt der Schenkel 72 eine äußere Platte 80,
eine innere Platte 81 und eine zentrale Platte 82.
Die zentrale Platte 82 erstreckt sich zwischen den Platten 80 und 81.
Die drei Tafeln definieren einen Schenkel 73, in dem sich
ein zentraler longitudinaler Schenkelkanal 83 bewegt.
-
Gemäß den 5, 6, 7, 8 und 9 ist
die äußere Platte
(80) jedes Schenkels 72, 73 versetzt
oder gegenüber
einer flachen oder ebenen Form nach innen verdreht. Jede zentrale
Platte 82 ist ebenfalls versetzt oder gedreht (8).
Die versetzte Platte 80 ist so ausgerichtet, daß sie an dem
Kantenabschnitt 55 der Lamelle 24 anliegt oder mit
diesem eingreift (4). In ähnlicher Weise ist die versetzte
Platte 82 so ausgerichtet, daß sie an dem Kantenabschnitt 56 der
Lamelle 24 anliegt oder mit diesem eingreift. Die Schenkel 72 und 73 sind folglich
an den Lamellenstapel 24 in versetzter Anordnung angepaßt. Die
Oberflächen 80, 82 sind
vorzugsweise über
ihre Ausdehnung versetzt bzw. schräg, so daß die am weitesten von dem
Kopfabschnitt 71 entfernte Schicht schräg oder um 12° um die Rotorachse 30 relativ
zu der zu dem Kopfabschnitt 71 benachbarten Lamelle 24 gedreht
ist, wobei die dazwischenliegenden Lamellen gleichmäßig über den
Bereich von 12° gedreht
sind. Da im allgemeinen jede Lamelle etwa 0,635 mm dick ist und
die entsprechenden Kopfabschnitte 71 der Abdeckkappen 16, 17 im
allgemeinen einen Abstand von etwa 55 mm haben, werden bei einer
bevorzugten Anwendung für
einen 4000 W Generator im allgemeinen etwa 86 bis 89 Lamellen 24 in
dem Stapel verwendet, die jeweils um etwa 0,183° (Versatzwinkel) relativ zu der
nächsten
Lamelle gedreht sind. Der Versatzwinkel wird durch Division der
Anzahl von Lamellen 24 in dem Stapel durch 12° bestimmt.
-
Wenn
in diesem Zusammenhang von einem Versatz der äußeren Platte 80 die
Rede ist, so ist damit gemeint, daß ihre Oberfläche so gestaltet
ist, daß sie
gegenüber
einer ebenen Form verdreht ist, wobei im allgemeinen die Ecke 84 etwas
in Richtung auf die Tafel 81 gedreht ist (siehe 5 und 9).
Wenn gesagt wird, daß die
zentrale Platte 82 versetzt ist, so bedeutet dies, daß sie so
gestaltet ist, als wenn sie gegenüber der ebenen Fläche durch
Drehung der Ecke 87 in Richtung auf den Betrachter (8)
sowie durch Drehung der Ecke 86 von dem Betrachter weg (8)
gegenüber
der Ebene verdreht worden wäre. Anders
ausgedrückt
ist sie so aufgebaut, als wenn die Kante 88 erfaßt und relativ
zu der oberen Kante 89 entgegen dem Uhrzeigersinn (8)
verdreht worden wäre.
Eine ”Verdrehung” um etwa
6° (insgesamt
12°, da
eine Kante [88, 89] ”aufwärts” und die andere [89, 88] ”abwärts” gedreht
wird) über
die Länge
der Erstreckung der Platte 82 führt zur Erzielung bzw. Anpassung
des gewünschten
Betrages des oben beschriebenen Versatzes. Der Begriff ”Verdrehung” bedeutet
in diesem Zusammenhang nicht, daß bei der Herstellung eine
Verdrehung stattfinden muß, vielmehr
kann auch ein Formpressvorgang zur Gestaltung einer Oberfläche eingesetzt
werden, so daß diese
so aussieht, als wenn sie verdreht worden wäre.
-
Die
Gesamtanordnung der Abdeckkappen 16, 17 und der
Lamellen 24 wird aus der 10 deutlich,
die eine perspektivische Explosionsdarstellung (Teildarstellung)
eines erfindungsgemäßen Rotors zeigt.
In 10 sind die Abdeckkappen 16 und 17 in Explosionsdarstellung
gezeigt, wobei die Lamellen 24 zwischen diesen angeordnet
sind.
-
Gemäß den 5, 6, 7 und 10 endet
die innere Platte 81 jedes Schenkels 72, 73 an einer
Bodenkante 90, von der eine äußere Stufe 91 beabstandet
ist. Der Zweck der Kante 90 und der Stufe 91 ergibt
sich aus der Darstellung in 10. Wenn
das System zusammengebaut ist, ist die Bodenkante 92, 93 jedes
Schenkels 72, 73 in eine entsprechende Ausnehmung 92a, 93a in
dem Kopfabschnitt 71 der äußeren Abdeckkappe 16, 17 gerichtet.
Die Kante 90 ist in eine der Ausnehmungen 92a, 93a gerichtet,
um an der Rippe 95 anzustoßen. Die Stufen 91 dienen
zum sicheren und festen Eingriff. Folglich wirken die Ausnehmungen 92a, 93a,
die Enden 92, 93 der Schenkel 72, 73 und
die Kanten 90 und die Stufen 91, 95 zur
Erleichterung des Zusammenbaus mit geeigneter Ausrichtung der eingreifenden
Abdeckkappen 16, 17 zusammen. Dies bedeutet, daß die gewünschte Symmetrie
leicht zu erzielen ist. Die zwei Abdeckkappen 16 und 17 können bei
zusammengebautem Rotor 3 durch verschiedene Einrichtungen
(z. B. mechanischer Art oder durch Klebstoff) zusammengehalten werden.
Es wird vorzugsweise eine gleitende oder Reibungsbefestigung eingesetzt.
-
Gemäß 10 ist
ein Verankerungsstift 54 in der Oberfläche 76 des Kopfabschnittes 71 zu
sehen, der in die Ankerbohrung 51 der am dichtesten benachbarten
Lamelle 24 eingeführt
werden kann. Auf diese Weise kann die erste Lamelle auf einfache Weise
in ihrer Stellung gesichert werden. Der Stift 54 verjüngt sich,
um an den Versatz der nächsten
benachbarten Lamelle in einem Lamellenpaket zwischen den Abdeckkappen 16, 17 angepaßt zu sein.
-
Gemäß den 2 und 10 definieren
die Ausnehmungen 92a, 93a sowie die Schenkel 72, 73 im
allgemeinen vier longitudinale Schenkelkanäle 97 in den Schenkeln 72, 73,
die sich zwischen den entsprechenden Kopfabschnitten 71 der
zwei Abdeckkappen 16 und 17 erstrecken. Die vier
Kanäle 97 definieren
zwei Paare 100 bzw. 101 von Kanälen 97 zur Aufnahme
von Drahtspulen 19 und 20, wobei sich eine Spule 19, 20 jeweils
durch eines jeder Kanalpaare (2) erstreckt.
Dies bedeutet, daß jede Drahtspule
innerhalb eines geeigneten Kanalpaares gewickelt ist, so daß ein Rotor
entsteht. Mit der Bezugsziffer 102 ist in 2 eine
kurze Drahtverlängerung 19 zur
Verbindung zwischen den zwei Spulen 19, 20 bezeichnet.
-
11 zeigt
eine Endansicht der in 2 dargestellten Rotoranordnung 3 ohne
Drahtspulen. Ferner sind die zwei Kanalpaare 100, 101 zu
erkennen. Aus 11 wird ein besonderer Vorteil
der erfindungsgemäßen Anordnung
deutlich. Während
mit der Rotoranordnung auf einfache Weise ein gewünschter
Versatz der Rotorbleche erzielt werden kann, wird aus der Darstellung
in 11 deutlich, daß die Paare 100 und 101 der
Kanäle 97 so
ausgerichtet sind, daß die
Spulen 19, 20 darin ohne wesentlichen Versatz
gewickelt werden können.
Die Spulen 19, 20 können also innerhalb der Kanäle 100 und 101 relativ
einfach mit mehr oder weniger bekannten Einrichtungen zur Drahtspulenwicklung
positioniert werden. Dies bedeutet, daß der Draht für die Spulen 19, 20 nicht
in wesentlichem Umfang versetzt gewickelt werden muß. In diesem
Zusammenhang wird auf 2 verwiesen, in der die Spulen 19, 20 gezeigt
sind, und aus der deutlich wird, daß nur ein relativ geringer
Versatz besteht.
-
Mit
Bezug auf 5 soll nun die an der Oberfläche 75 des
Kopfabschnittes 71 positionierten strukturellen Merkmale
beschrieben werden. Jede Abdeckkappe 16, 17 umfaßt einen
zentralen Konus 105, der sich von der Oberfläche 75 nach
außen
erstreckt und zur sicheren Montage auf der Rotorwelle 15 (2)
dient. Der Konus 105 weist gemäß 9 Interferenzrippen 106 auf,
die an seiner inneren Oberfläche 107 zur
leichten Montage auf der Rotorwelle 15 positioniert sind.
-
Der
Konus 105 umfaßt
U-förmige
Aufnahmen oder Ausnehmungen 108 (6 und 8). Die
Aufnahmen oder Ausnehmungen 108 können zur selektiven Positionierung
und Sicherung der Abdeckkappen 16, 17 an der Welle 15 (2)
beim Eingriff mit einem Stift oder ähnlichem (nicht gezeigt), der darauf
positioniert ist, verwendet werden. Auch wenn jeder Konus 105 mit
zwei Ausnehmungen 108 versehen ist, so reicht im allgemeinen
auch eine Ausnehmung aus, sofern überhaupt eine erforderlich
ist. Die Anordnung von zwei solchen Ausnehmungen 108, die
relativ zueinander in Rotationsrichtung um 180° versetzt sind, dient zur Erleichterung
des Zusammenbaus und der Montage aufgrund der Schaffung von Symmetrie,
was dazu führt,
daß identische
Abdeckkappen 16, 17 für beide Enden verwendbar sind, ohne
daß es
auf eine korrekte Ausrichtung auf der Welle 15 ankommt.
Die Rille 109 kann zur Kennzeichnung der Abdeckkappen 16, 17 relativ
zu einer mechanischen Spulenwickelvorrichtung dienen, die zur Wicklung
des Drahtes auf den Rotor während
des Zusammenbaus verwendet wird.
-
Entlang
einer äußeren Oberfläche 110 des Konus 105 sind
in Rotationsrichtung um 180° (entgegengesetzt)
voneinander beabstandet erste und zweite Drahtanschlußblöcke 112 und 113 positioniert.
Die zwei Drahtanschlußblöcke 112 und 113 können einander
identisch sein, was auch in der Zeichnung dargestellt ist. Jeder
Block 112, 113 weist einen sich längserstreckenden
transversalen Schlitz und eine Aufnahme oder einen Kanal 120 auf,
von dem eine Verlängerung
des Drahtes aufgenommen wird, wenn der Rotor zusammengebaut ist.
Jeder Block 112, 113 erstreckt sich auch nach
unten oder orthogonal zu seinem in Längsrichtung verlaufenden Kanal 120 und
weist eine nach unten gerichtete Bohrung 121 (7)
auf, in der ein Polanschlag der Kollektor-Ringanordnung 23 (2)
aufgenommen ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Draht und
der Kollektor-Ringanordnung zu schaffen. Die Bohrung 121 ist
so gerichtet, daß sie
sich mit dem Schlitz 120 schneidet, sie ist jedoch vorzugsweise geringfügig gegenüber seinem
Zentrum versetzt. Die benachbarten Anschlußblöcke 112 und 113 dienen als
Ausrichtungsrillen 125, die während der mechanischen Wicklung
der Rotoranordnung die Rotorspule ausrichten. Die besonders bevorzugte
Struktur, die für
die Drahtanschlußblöcke 112 und 113 dargestellt ist,
führt zu
Vorteilen bei der erfindungsgemäßen Konstruktion.
Weitere diesbezügliche
Einzelheiten sollen im folgenden angegeben werden.
-
Gemäß 5 enthält jede
der Abdeckkappen 16, 17 vier Ecken-Rückhaltewände, Platten
oder Rückhalter 125.
Diese umfassen ein erstes Paar 126 und ein zweites Paar 127,
wobei jedes Paar 126, 127 einer Drahtspule zugeordnet
ist (2). Streben oder Flansche 128 dienen
zur Abstützung
der Rückhaltewände 125.
-
Jede
Abdeckkappe 16, 17 enthält auch ein Paar von zentralen
Schaufeln oder Streben 130, die die inneren Oberflächen 131 abgrenzen.
Jeweils eine der zentralen Streben 130 ist mit einem der
Paare 126, 127 der Rückhaltewände 125 verbunden,
um den Aufnahmekanal für
jede Spule abzugrenzen. Dies bedeutet, daß z. B. mit Bezug auf 7 ein Paar 127 von
Rückhaltewänden 125 und
der dazwischen angeordnete zentrale Flansch 130 einen äußeren Umfang
einer Rückhaltestruktur
für eine
Spule bilden, wenn diese darüber,
d. h. über
den Kopfabschnitt 71 geführt wird. Insbesondere erstreckt
sich die Spule durch einen longitudinalen Spulenkanal, der durch
die drei Ausnehmungen oder Führungen 135 gebildet
ist. Die Führungen 135 werden
teilweise durch das zugeordnete Flanschpaar 127 und den
dazwischen angeordneten zentralen Streben 130 abgegrenzt.
Die Ausnehmungen 135 sind ebenfalls teilweise durch die äußere Oberfläche 110 des
Konus 105 und die zentralen Schaufeln 140 abgegrenzt.
Im allgemeinen ist der longitudinale Spulenkanal an einer Seite
durch die Flansche 127 und Streben 130 und auf
der anderen Seite durch den Konus 105 und die Schaufeln 140 abgegrenzt.
-
In 7 sind
Ausnehmungen oder Führungen 135 zu
erkennen, die einen Führungsweg
oder Kanal 145 für
eine Spule abgrenzen, der sich zwischen dem Schenkel 72 und
dem Punkt 146 in der Ausnehmung 93a erstreckt.
Auf der Oberfläche 71 ist innerhalb
des Kanals 145 und sich über diesen erstreckend, d.
h. transversal zu diesem, eine Oberflächen-Rippenanordnung mit drei
Oberflächenrippen 148 vorgesehen.
Wenn innerhalb des Kanals 145 eine Drahtspule positioniert
(gewickelt) wird, so erstreckt sie sich über die Oberflächenrippen 148.
Die Oberflächenrippen 148 wirken
als Abstandshalter, die einen großen Anteil der Spulendrähte von
der Oberfläche 75 fernhalten,
so daß dazwischen
Luft strömen
kann. Dies trägt
zur Kühlung
der Rotorspule bei. Jede Abdeckkappe 16, 17 umfaßt Einrichtungen, die
zwei sich quer über
diese erstreckende longitudinale Spulenkanäle abgrenzt.
-
Es
soll angemerkt werden, daß die
Eckflansche 125 abgerundete äußere Kanten 149 (5 und 8)
aufweisen. Dies verringert die Gefahr, daß eine Drahtverlängerung
während
der Wicklung der Spule bzw. während
des Zusammenbaus daran hängenbleibt.
-
Gemäß 5 wird
die innere Platte 81 jedes Schenkels 72, 73 an
dem Kopfabschnitt 71 durch eine Erweiterung 150 mit
einer Öffnung 151 getragen.
Die Erweiterung 150 unterstützt die Festigkeit der zugeordneten
Schenkel 72, 73. Die Öffnung 151 schafft
einen Weg zur Zuführung
von Kühlluft.
Jede Erweiterung 150 umfaßt eine abgerundete Rippe 153,
die an der Kante befestigt und auf eine zugeordnete Ausnehmung 92a, 93a gerichtet
ist. Die abgerundete Rippe 153 erhöht die Festigkeit und reduziert die
Wahrscheinlichkeit, daß während des
Wicklungsprozesses der Draht dort festhakt oder beschädigt wird.
-
Alle
beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Merkmale der
Abdeckkappen 16, 17 können in einem Formpressvorgang
integral ausgebildet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
werden die erfindungsgemäßen Abdeckkappen 16, 17 durch
einen Formpressvorgang, z. B. durch Spritzguß vorbereitet. Ein geeignetes
Material zur Verwendung bei der Herstellung dieser Anordnung ist
Polybuthylen-Terephthalat (PBT), ein semichristallines, mit Glas-
und Mineralstoffen gefülltes
thermoplastisches Material.
-
ANORDNUNG ZUR VERANKERUNG
DER DRAHTENDEN UND ELEKTRISCHE VERBINDUNG MIT DEM KOLLEKTORRING
-
Aus
den 12 bis 14 wird
der vorteilhafte Aufbau deutlich, der eine gute elektrische Verbindung
zwischen den Enden 160 der Drähte, die zur Bildung der Spulen 19, 20 auf
dem Rotor 3 verwendet werden, mit der Kollektor-Ringanordnung 23 ermöglicht. 12 ist
eine Querschnitts-Teildarstellung einer der Abdeckkappen 16 entlang
der Linie 12-12 in 11. 13 zeigt
eine analoge Darstellung der Abdeckkappe 16 mit einer Querschnittsansicht
einer zugeordneten Kollektor-Ringanordnung (23) gemäß 2. 14 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 14-14 in 13 von
oben.
-
Gemäß 12 umfaßt die Abdeckkappe 16 einen
Konus 105 und Anschlußblöcke 112, 113.
Die Anschlußblöcke 112, 113 enthalten
einen longitudinalen Drahtkanal bzw. eine Aufnahme 120,
der/die sich durch diese hindurch erstreckt. Der bevorzugte Kanal 120 erstreckt
sich im wesentlichen orthogonal zu der zentralen Rotorachse 30 und
tangential zu dem Konus 105. Er enthält weiterhin eine Bohrung 121,
die nach unten gerichtet ist.
-
In 12 sind
Drahtenden 160 gezeigt, die sich durch die longitudinalen
Kanäle 120 erstrecken. Die
longitudinalen Kanäle 120 enthalten
jeweils einen Einsatz 161 (13), an
dem die Drahtenden 160 im Betrieb positioniert sind, wenn
die Kollektor-Ringanordnung 23 an der Abdeckkappe 16 befestigt
ist. (In 11 liegen die Drahtenden 160 jeweils über den
Einsätzen 161,
in 12 sind die Drahtenden 160 ruhend an
dem zugeordneten Einsatz 161 dargestellt). Jeder Einsatz 161 liegt teilweise
innerhalb der zugeordneten Bohrung 121, jedoch versetzt gegenüber dem
Schnittpunkt mit ihrem Zentrum; d. h. jeder Einsatz 161 bildet
innerhalb der Bohrung 121 eine Trägerlippe für einen Draht. Der Draht 160 wird zu
dem Fach 161 geführt
und durch eine Führungsstruktur
oder einen Schlitz 162 an seiner Stelle gehalten, wenn
die Kollektorstifte 165 der Kollektor-Ringanordnung 23 in
die Bohrungen 121 eintreten. Der Einsatz 161 ist
vorzugsweise geringfügig
kleiner, als der Durchmesser des Drahtes 160, und zwar
vorzugsweise um etwa 25% bis 35% des Durchmessers des Drahtes. Dadurch
erstreckt sich der Draht über
den Einsatz 161 hinaus, wenn er in diesem liegt und um mindestens
etwa 33% seines Durchmessers in die Bohrung 121 hinein.
-
Aus
den 7 und 12 wird deutlich, daß die Drahtenden 160 während des
Wicklungsvorganges leicht in die Schlitze 162 eingelegt
werden können.
Der Draht muß nur
in Längsrichtung
durch den longitudinalen Kanal 120 geführt und nach unten gepreßt oder
gezogen werden. Der Schlitz 162 kann so gestaltet und ausgerichtet
sein, daß der
Draht in geeigneter Weise so positioniert wird, daß der Kollektorstift 165 den
Draht in den Einsatz 161 verschiebt. Man beachte dazu z.
B. die abgeschrägten
Wände 163 in 12.
-
Die
Kollektor-Ringanordnung 23 ist gemäß 13 mit
einem Leiter oder Anschlußstift 165 mit
einer zentralen Achse versehen, die so liegt, daß sie in die Bohrung 121 gerichtet
ist. Wenn der Stift 165 in die Bohrung 121 eingedrückt wird,
greift er mit dem Drahtende 160 ein und stellt eine elektrische
Verbindung her. Der Stift 165 ist vorzugsweise mit einer Mehrzahl
von Nuten (Keilnuten), Zähnen
oder Rippen 166 (12) ausgestattet, so
daß er
jede Isolierung des Drahtendes 160 abstreift, sich in das
Drahtende einschneidet und eine direkte elektrische Verbindung hergestellt
wird. Somit ist auf sehr einfache Weise eine sichere elektrische
Verbindung gewährleistet,
wobei gleichzeitig der Draht entisoliert wird, wenn die Kollektor-Ringanordnung 23 an
der Abdeckkappe 16 befestigt wird.
-
Der
Anschlußstift 165 ist
vorzugsweise mit einem konischen Ende 168 und einer kurzen,
nicht gerippten Verlängerung 169 zwischen
dem Ende 168 und den Rippen 166 (13)
versehen. Das konische Ende 168 und die Verlängerung 169 bewirken eine
Verschiebung des Drahtendes 160 in den Einsatz 161 beim
Vorbeibewegen, wodurch der Draht verbogen und der elektrische Kontakt
weiter verbessert wird. Diesbezüglich
wird auch auf 14 verwiesen, in der eine Querschnittsdarstellung
entlang der Linie 14-14 in 13 von
oben dargestellt ist.
-
Aus 2 wird
deutlich, daß eine
einzelne Litze 169 eines Drahtes mit zwei Enden oder Endabschnitten
zur Wicklung beider Spulen auf dem Rotor verwendet wird, wobei beide
Enden an der gleichen Abdeckkappe liegen, und zwar ein Endabschnitt
in dem Anschlußblock 112 und
der andere in dem Anschlußblock 113.
Beide können
in der gleichen Weise abgeschlossen, verankert und positioniert
werden, wobei beide mit einem der zwei Stifte in der Kollektor-Ringanordnung
eingreifen. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß eine besonders einfache Anordnung
zur Verbindung des Drahtes einer Rotorspule mit einer Kollektor-Ringanordnung
geschaffen.
-
Gemäß 7 ist
die äußere Oberfläche 110 des
Konus vorzugsweise mit zwei tangentialen Flächen 170, 171 versehen,
die jeweils auf eine der zwei Blöcke 112, 113 gerichtet
sind. Die tangentialen Flächen 170, 171 unterstützen die
einfache Ausrichtung der Drahtenden während des Wicklungsvorganges.
-
Die
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichte
elektrische Verbindung kann bei einer Vielzahl von System eingesetzt
werden. Die elektrische Verbindung zwischen dem Draht des Rotormagneten
und dem Anschlußstift
stellt zwei grundsätzliche
Forderungen an die Konstruktion. Als erstes muß, wie oben beschrieben wurde,
die Isolierung des Drahtes durchschnitten und diese dann aus dem Kontaktbereich
mittels der leitenden Kante 174, die aus Nuten, Zähnen oder
Rippen 166 des Stiftes besteht, entfernt werden. Die entisolierten
Bereiche des Drahtes werden dann mit der weiteren Einführung des
Stiftes durch die Rippe (Grat) 166 verbogen oder gequetscht.
Die bevorzugte Verformung des Drahtes wird durch die Gestalt des
festen Hohlraums erzielt, in dem der Draht angeordnet wird, sowie
durch den Durchmesser des festen, in den Hohlraum eingeführten Stiftes.
Der gesamte Kontaktflächenbereich,
in dem der freigelegte Kupferabschnitt des Magnetdrahtes den Grat
(Rippe) des Stiftes berührt,
sollte vorzugsweise mindestens gleich der Querschnittsfläche des
Drahtes 160 sein. Jede Rippe oder Nut sollte vorzugsweise
in einen Bereich von nicht mehr als einem Drittel des Durchmessers
des Drahtes einschneiden, da ansonsten die mechanische Festigkeit des
Drahtes verlorengeht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sollte also die
Mittelachse des Drahtendes 160 nicht die Mittelachse des
Anschlußstiftes 165 schneiden.
Die Abmessung jeder Aufnahme im Bereich des Grates (Rippe), die
durch den Draht verläuft,
ist durch die Länge
zwischen der Spitze des Schnittes und seiner Wurzel definiert, die
vorzugsweise der Dicke der Isolierung des Magnetdrahtes plus der
Dicke entsprechen sollte, die einer Aufnahme entspricht, die gleich
oder kleiner ist als ein Drittel des Durchmessers des Drahtes.
-
Die
zulässige
elektrische Stromstärke
der Schaltung ist direkt abhängig
von der Anzahl der erfaßten
Aufnahmen oder Nuten, sowie von den Kontaktflächenbereichen zwischen dem
freiliegenden Magnetdraht und den Nuten des Stiftes. Weiterhin sollte
der Stift eine genügend
große
Querschnittsfläche
haben, um die Stromstärken
der Schaltung führen
zu können.
Wenn die Kontaktfläche
doppelt so groß wie
die Magnetfläche
ist, so ist der Temperaturanstieg der Kontaktfläche näherungsweise genauso groß, wie der
des Magnetdrahtes.
-
Der
Kern des Stiftes ist vorzugsweise aus Stahl, wobei der Stift mit
einer Kupferbeschichtung mit einer Dicke von mindestens etwa 0,002'' (0,0508 mm) versehen ist. Stahl wird
aufgrund seiner Festigkeit und Flexibilität bevorzugt. Im allgemeinen
sollte sich der Stift in gleicher Weise biegen können, wie die Generatorwelle
aufgrund des Motor-Anlaufdrehmomentes. Bei anderen Anwendungen kann
der Stift auch aus Messing, Kupfer oder anderen genügend harten
und elektrisch leitenden Materialien sein. Für die gezeigte Anwendung ist
der Stahlstift mit Kupfer überzogen.
Die Dicke der Kupferplatierung wird durch die erforderlichen Schaltungsstromstärken bestimmt.
Bei einer typischen Anwendung als Kollektorring für einen
Rotor sollte die Dicke 0,002'' (0,0508 mm) betragen.
Die Kupferplatierung ist zur Verhinderung von Korrosionen vorzugsweise
verzinnt.
-
KOLLEKTOR-RINGANORDNUNG
-
Eine
bevorzugte Kollektor-Ringanordnung 23 zur Verwendung in
Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Detail
in den 15, 16, 17 und 18 gezeigt.
In den 15 und 16 sind
Ansichten von oben und von der Seite gezeigt. 17 ist
eine Querschnittsdarstellung, während 18 eine
perspektivische Explosionsdarstellung zeigt.
-
Gemäß 17 weist
die Kollektor-Ringanordnung 23 einen Isolierkörper 180 mit
darin positionierten ersten und zweiten Anschlüssen bzw. Stiften 181 und 182,
sowie ersten und zweiten (beabstandeten) Kollektorringen 183 und 184 auf.
Der Stift 181 steht gemäß der Darstellung
in elektrisch leitender Verbindung mit dem Ring 183, nicht
jedoch mit dem Ring 184. Der Stift 182 steht demgemäß in elektrisch leitender
Verbindung mit dem Ring 184, nicht jedoch mit dem Ring 183.
Die Ringe 183 und 184 stehen nicht in direkter
elektrischer Verbindung miteinander, vielmehr ist die zentrale elektrische
Schaltung zwischen diesen beiden teilweise durch den Draht des Rotors
gegeben. Die Kollektorringe sind so ausgerichtet, daß sie zur Übertragung
der elektrischen Signale des Spannungsreglers innerhalb der Statorspulen
zu den Spulen des Rotors mit Bürsten
oder ähnlichem
in Berührung
stehen.
-
Gemäß 18 weist
der Ring 184 eine Anschlußfläche (Vorsprung) 188 zur
Aufnahme eines Endes des Stiftes 182 auf, wobei der Ring 183 zur Aufnahme
eines Endes des Stiftes 181 mit einem Vorsprung 189 versehen
ist. Die Aufnahme des Stiftes 181 in dem Vorsprung 189 sowie
des Stiftes 182 in dem Vorsprung 188 ist in 17 zu
erkennen.
-
Die
Stifte 181 und 182 sind gemäß den 17 und 18 zur
Verwendung in einer Rotoranordnung vorzugsweise im wesentlichen
identisch und haben jeweils ein konisches Ende 195, einen ebenen
Führungsabschnitt 196 und
eine Verlängerung 197 mit
Nuten, Rippen oder Zähnen 198 darauf. Typische
Magnetdrähte
zur Verwendung in einem der dargestellten Rotoren sind #21 AWG-Kupferdrähte mit
einem Kerndurchmesser von etwa 0,0285'' (0,724
mm) und einer Drahtisolierung mit einer Dicke von etwa 0,0027'' (0,068 mm). Zur Herstellung eines elektrischen
Kontaktes mit einem solchen Draht sind die Nuten, Rippen oder Aufnahmen 198 vorzugsweise
etwa 0,012'' (0,3 mm) hoch, d.
h. sie haben eine Unebenheit von etwa 0,007'' (0,17
mm) relativ zu dem Durchmesser des Einführungsbereiches 196, wobei
vorzugsweise etwa 15 Keilnuten gleichmäßig am äußeren Durchmesser des Stiftes
verteilt sind. Der Stift hat vorzugsweise einen Durchmesser von zwischen
etwa 0,1459'' und 0,14'' (3,7 mm bis 3,5 mm). In diesem Fall
ergibt sich jeder Einschnitt bzw. jede Aufnahme in der oben beschriebenen
Weise, wobei der Eingriff zwischen dem Stift und dem Draht nicht
weniger als etwa zwei Nuten und vorzugsweise mindestesn etwa vier
Nuten betrifft.
-
Die
Anzahl von Nutverzahnungen 198 an jedem Stift 181 und 182 steht
in direkter Beziehung zu dem Durchmesser des Magnetdrahtes, mit
dem jeder Stift 181 oder 182 einen elektrischen
Kontakt herstellt. Die elektrische Kontaktfläche (Übergang) ist vorzugsweise genauso
groß oder
größer als
die Querschnittsfläche
des Magnetdrahtes. Die Anzahl von Nuten wird dann durch die Tiefe
bestimmt, die dafür
erforderlich ist, daß jede
Nut die Magnetdrahtisolierung durchschneidet, plus der Anzahl von
Nuten, die erforderlich ist, um die Quer schnittsfläche des
Magnetdrahtes, multipliziert mit der elektrischen Kontaktfläche, zu
errreichen oder zu übersteigen.
Im allgemeinen sollte jede Nut nicht mehr als 33% des Durchmessers
des Drahtes in diesen eintreten.
-
Gemäß 18 ist
der Isolierkörper 180 vorzugsweise
aus einem thermoplastischen Material mit glasfaserverstärktem Polyester
gebildet. Die Anordnung wird durch einen Formpreßvorgang (Spritzguß oder Übertragungsverfahren)
so hergestellt, daß während des
Zusammenbaus das Plastikmaterial um die Ringe gespritzt wird. Die
Stifte können
dann innerhalb der korrekt ausgerichteten und ausgeformten Bohrungen
positioniert werden. Die erfindungsgemäße Konstruktion der Kollektorringe
bietet aus einer Vielzahl von Gründen
Vorteile. Die Ringe sind z. B. besonders gut zur Herstellung einer
elektrischen Verbindung mit den Drähten geeignet, die an den erfindungsgemäßen Rotor-Abdeckkappen
(Endkappen) gehalten werden. Weiterhin kann die Verbindung einfach
und schnell hergestellt werden. Diese Kollektorringe können auch
einfach hergestellt und zusammengebaut werden, was im nächsten Teil
beschrieben werden soll.
-
BEVORZUGTE VERFAHREN ZUR VORBEREITUNG
ERFINDUNGSGEMÄSSER
KOLLEKTORRINGE
-
Die
Kollektor-Ringanordnung 23 wird aus einer Form hergestellt,
die einen runden Hohlraum aufweist, der aus einem festen rechteckigen
Stahlblock geschnitten wird. Die Form weist eine Trägerstiftanordnung
auf, die mindestens sechs Trägerstifte
enthält
(drei in einem ersten oder Basis-Formabschnitt und drei in einem
zweiten oder oberen Formabschnitt), die so ausgerichtet sind, daß sie während des
Formvorganges erste und zweite Kollektorringe 183 und 184 in
zueinander beabstandeter Weise tragen.
-
Der
erste Kollektorring 183 wird in einen ersten Formabschnitt
eingesetzt, so daß er
zum Boden des Form-Hohlraumes fällt.
Der zweite Kollektorring 184 liegt in einer Ebene, die
im wesentlichen parallel zur Ebene des ersten Kollektorringes 183 ist.
Sowohl der erste Kollektorring 183 als auch der zweite
Kollektorring 184 sind um die gleiche zentrale Achse positioniert,
wenn beide Ringe 183 und 184 in die Form gesetzt
sind. Der zweite Ring 184 wird um diese Mittelachse gedreht,
so daß der
Vorsprung 188 für
Anschlußstifte
und die Abstandsrippen 201 und 202 des Rings 184 radial
von dem Vorsprung 189 für
Anschlußstifte
und den Abstandsrippen 201 und 202 des ersten
Kollektorrings 183 beabstandet sind. Bei der in 18 gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
ist der zweite Kollektorring 184 radial um etwa 180° gegenüber dem
ersten Kollektorring 183 beabstandet.
-
Wenn
der zweite Kollektorring 184 in die Form eingesetzt ist,
erfassen die Trägerstifte
innerhalb des Hohlraumes des ersten Formteils den Anschlußstift-Vorsprung 188 des
Rings 184 und die Abstandsrippen 201 und 202 (18)
und bewirken eine Beabstandung des zweiten Rings 184 von
dem ersten Ring 183. Diese Trägerstifte verhindern auch ein
Bewegen der Ringe 183 und 184, wenn ein Kunststoffmaterial
in den Hohlraum eingegeben wird und erzeugen Hohlräume (Öffnungen 209 und 213), von
denen die Stifte 181 und 182 aufgenommen werden.
-
Das
zweite Formteil wird dann gegen das erste Formteil geschlossen,
um die vollständige Form
zu bilden. Durch eine Membran oder eine geeignete ähnliche Öffnung wird
dann Kunststoffmaterial in den Hohlraum eingespritzt. Die Trägerstifte
des zweiten Formteils sind vorzugsweise gegenüber denen des ersten Formteils
um 180° versetzt ausgerichtet.
Diese Trägerstifte
verhindern auch eine Bewegung der Ringe 183 und 184 beim
Eingeben oder Einspritzen des Kunststoffmaterials unter Druck in den
Hohlraum der Form.
-
Nachdem
das Kunststoffmaterial in den Hohlraum der Form eingebracht wurde,
wird der Druck solange aufrechterhalten, bis der Kunststoff ausgehärtet und
ein Kollektorring-Körper
ausgebildet ist. Der Kollektorring-Körper besteht aus einem Isolierkörper 180 und
Kollektorringen 183 und 184 (17).
Der Kollektorring-Körper
wird dann aus dem Hohlraum des ersten Formteils herausgehoben. Wie
in 15 zu erkennen ist, hat der Isolierkörper 180 eine
Oberfläche 205 mit
drei Öffnungen 207, 208 und 209,
die durch die Stifte des oberen Teils der Form eingebracht werden.
Der Isolierkörper 180 hat auch
eine Bodenfläche 210 mit
drei künstlichen Öffnungen 211, 212 und 213,
die durch die Stifte des ersten Formteils gemäß 11 hervorgerufen
werden. Die Öffnungen 209 und 213 laufen
schräg
durch den Isolierkörper 180 von
der Fläche 205 zur
Bodenfläche 210 und
können
elektrische Anschlußstifte aufnehmen.
-
Elektrische
Anschlußstifte 181 und 182 werden
dann in die Öffnungen 209 bzw. 213 eingrepreßt, so daß der Stift 181 in
elektrischer Verbindung mit dem Ring 183 und der Stift 182 in
elektrischer Verbindung mit dem Ring 184 steht. Die Stifte 181 und 182 haben
im wesentlichen gleiche Abmessungen und Längen.
-
Der
Aufbau der erfindungsgemäßen Kollektor-Ringanordnung
beinhaltet zahlreiche Vorteile, da nur eine minimale Anzahl an Teilen
erforderlich ist und ein einfaches Preßverfahren angewendet werden
kann. Das Verfahren kann leicht automatisiert werden und erlaubt
eine Massenproduktion von Kollektorringen bei minimalem Zeitaufwand.
-
Beispiel für eine Ausführungsform
-
Wie
in 2 zu erkennen ist, hat die Rotoranordnung 3 zwei
Abschlußkappen 16 und 17,
die an jedem Ende der Anzahl von Schichten (Blechen) angeordnet
sind und in diesem Beispiel einen Abstand von 55 mm voneinander
haben. Die Abdeckkappe 16 (6 bis 10)
hat einen ersten und einen zweiten Schenkel 72 und 73,
die sich 57 mm von der inneren Oberfläche 76 der Bodenkante 90 wegerstrecken.
Die Platten 80, 81 und 82 haben eine
Dicke von 0,5 mm. Die Rippe 95, die einen Teil der inneren
Platte 81 darstellt, hat eine Dicke 2,5 mm, eine Länge von 6,0
mm und eine Breite von 0,5 mm. Wenn die Abschlußkappen 16 und 17 so
ausgerichtet sind, daß die
Ausnehmungen 92a, 93a, die Enden 92, 93 der Schenkel 72, 73 sowie
die Kanten 90 und die Stufen 91, 91a zusammenwirken,
so werden zwei Paare von Kanälen 100 und 101 gebildet,
die jeweils eine Umfangslänge
von 2,58 mm aufweisen. Die Kanäle 100 und 101 sind
an die Spulen 19 und 20 angepaßt, welche aus einer einzigen
durchgehenden Drahtlitze 22 bestehen, die aus einem #21
AWG-Kupferdraht gebildet ist. Die durchgehende Einzellitze des Drahtes 22 hat
einen nominellen Durchmesser von 0,724 mm sowie eine Länge von
etwa 450 m. Die Drahtlitze 22 wird zur Bildung der Spule 19 etwa
700 Mal um den Kanal 100 gewickelt. Die Drahtlitze 22 wird
ferner etwa 700 Mal um den Kanal 101 gewickelt.
-
Ein
vollständig
zusammengebauter Rotor 3 enthält eine Mehrzahl von Schichten
(Blechen) 24, um die die Drahtspulen 19 und 20 gewickelt
sind. Die Anzahl von Schich ten 24 ist zwischen den Flächen 44 und 45 der
Abschlußkappen 16 bzw. 17 zu
einem Stapel zusammengefaßt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Anzahl der Schichten 24 aus einem furomagnetischen
Material und hat eine Dicke 0,023'' (0,58
mm). Der vollständig
zusammengebaute Rotor 3 hat bei einem 4000 W Generator etwa
86 Schichten, die zwischen den Flächen 44 und 45 der
Abschlußkappen 16 bzw. 17 zu
einem Blechpaket aneinandergesetzt sind. Die Anzahl von Schichten 24 hängt von
der Leistung des Generators ab.
-
Die
Anzahl der Schichten 24 weist eine zentrale Bohrung 50 mit
einem Radius von 43,18 mm auf. Ferner sind gemäß 2 Verankerungsbohrungen 51 zum
Eingriff mit einem der anderen Stifte 53 und 54 vorgesehen,
welche eine sich von den Flächen 44 und 45 der
Abschlußkappen 16 bzw. 17 erstreckende
Höhe von
5 mm aufweisen. Die Stifte 53 und 54 haben konische
Gestalt und greifen mit etwa 8 Schichten ein. Die Verankerungsbohrungen 51 haben
einen Durchmesser von 5 mm, so daß die Anzahl der Schichten 24 mit
einer der Flächen 44 oder 45 in Verbindung
steht.
-
Wenn
eine Mehrzahl von Schichten 25 zwischen den Schenkeln 72 und 73 aneinandergesetzt ist,
so ist die Einstellung und Aufrechterhaltung eines geeigneten Versatzes
in dem Schichtstapel möglich. Die
Schichten werden schrittweise von der Fläche 41 zur Fläche 45 versetzt
(schräg
angeordnet), so daß sich
ein Gesamtwinkel von etwa 12° ergibt.
-
Jede
Abschlußkappe 16 und 17 umfaßt einen
zentralen Konus 105, der sich von der Oberfläche 75 40
mm wegerstreckt (5) und zur Sicherung und Befestigung
an der Rotorrille dient. Die Abdeckkappen 16 und 17 umfas sen
ferner vier Eck-Rückhaltewände, Platten
oder Rückhalter 125, die
sich von der Oberfläche 75 36
mm wegerstrecken. Jede Abschlußkappe 16 und 17 enthält schließlich ein
Paar von zentralen Schichten, die sich 31 mm von der Oberfläche 75 erheben.
-
An
den Abschlußkappen 16 und 17 sind auch
Oberflächenrippen 148 vorgesehen,
die als Abstandshalter zur Trennung eines Großteils der Drahtspule von der
Oberfläche 75 dienen.
Die Oberflächenrippen 148 erheben
sich 6 mm von der Oberfläche 75 und
haben eine Länge
von zwischen 18 mm und 20 mm zwischen der äußeren Oberfläche 110 des
Konus 105 und der zentralen Fläche 130.
-
Die
Anschlußblöcke 112 und 113 beinhalten longitudinale
Schlitze oder Kanäle 120 mit
einer Tiefe von 4,2 mm, einer Breite von 0,78 mm und einer Länge 8 mm.
Jeder Block 112 und 113 weist auch eine sich nach
unten oder orthogonal zu seinem longitudinalen Kanal 120 erstreckende
Bohrung 121 auf, die einen Durchmesser von 3,23 mm und
eine Tiefe von 14 mm hat. Der longitudinale Kanal 120 enthält einen Einsatz 161 mit
einer Breite von 1,11 mm und einer Länge von 3 mm. Der Einsatz befindet
sich teilweise innerhalb der Bohrung 121, ist jedoch gegenüber dieser
versetzt angeordnet.
-
Die
Kollektor-Ringanordnung (19) ist mit ersten
und zweiten Anschlüssen
oder Stiften 181 und 182 versehen. Die Stifte 181 und 182 haben
einen Durchmesser von 3,63 mm und eine Länge von 40 mm und beinhalten
einen ebenen Einführungsteil 196 und
eine Verlägerung 197.
Die Verlängerung 197 hat
eine Mehrzahl von Nuten, Rippen oder Zähnen 198, die sich
von dem Ende des ebenen Einführungsabschnittes 196 34,2
mm erstrecken. Der Kern des Stifes besteht aus Stahl und hat eine
Kupferbeschichtung mit einer Dicke von mindestens etwa 0,05 mm.
Die Nuten, Rippen oder Zähne 198 sind
radial um die Stifte 181 und 182 gleichmäßig beabstandet und
haben eine Höhe
von 0,23 mm, die sich von dem Durchmesser der Stifte 181 und 182 erstreckt.
-
Die
Stifte 181 und 182 stehen in elektrisch leitender
Verbindung mit den Ringen 183 bzw. 184 und sind
voneinander um 180° beabstandet.
Die Ringe 183 und 184 stehen nicht in direktem
elektrischen Kontakt miteinander. Die Ringe 183 und 184 besteht aus
einer Kupferlegierung und haben einen Durchmesser von 58,47 mm.
Die Ringe 183 und 184 weisen Anschlußvorsprünge 189 bzw. 188 auf,
die an den entsprechenden Ringen befestigt sind und eine Aufnahme
für die
Stifte 183 bzw. 182 schaffen. Die Anschlußvorsprünge 188 und 189 haben
einen Radius von 3,26 mm, eine Tiefe von 7,57 mm und eine Dicke
von 1,6 mm. Die Ringe 183 und 184 haben Abstandsrippen 201 und 202,
die im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn 120° gegenüber den Anschlußvorsprüngen 188 und 189 versetzt
sind, so daß die
Abstandsrippen 201 und 202 in radialer Richtung
mit 120° voneinander
beabstandet sind. Die Abstandsrippen 201 und 202 haben
eine Höhe
von 7,57 mm, die gleich der Höhe
der Kollektorringe 183 und 184 ist. Die Abstandsrippen 201 und 202 haben
eine Dicke von 2 mm und erstrecken sich nach innen auf einer Länge von
3 mm.
-
Die
Kollektor-Ringanordnung 23 umfaßt einen Isolierkörper 180 mit
einem inneren Durchmesser von 34,94 mm und einer Dicke von etwa
9,7 mm. Die Gesamthöhe
des Kollektorringes beträgt
27,4 mm. Der Isolierkörper
bewirkt eine Beabstandung der Kollektorringe 183 und 184 um
7 mm voneinander.