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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein einen auf einem Fahrzeug montierten Generator und, genauer
gesagt, einen auf einem Fahrzeug montierten Generator, der eine
geringere Geräuschentwicklung
hat.
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Bei durch einen Treibriemen angetriebenen Generatoren
für Kraftfahrzeuge
besteht ein steigender Bedarf bezüglich einer Erhöhung des
Ausgangsstromes des Generators zur Befriedigung der zunehmenden
elektrischen Verbraucher vielerlei Art, welche zur Verbesserung
der Fahrsicherheit und des Komforts in einem Kraftfahrzeug vorgesehen
sind. Praktisch hat die Trägheitskraft
des Rotors mit der Vergrößerung des
Generators zugenommen. Es ergibt sich jedoch ein Problem dahingehend,
daß wegen
der Übertragung
des Trägheitsmomentes
des Rotors auf die Kurbelwelle während
der Verzögerung des
Kraftfahrzeugmotors bei in Fahrt befindlichem Kraftfahrzeug der
Treibriemen früh
schadhaft wird und eine Geräuschentwicklung
aufgrund des Durchrutschens des Treibriemens auftritt. Um diesem
Problem zu begegnen hat man bekanntermaßen eine Riemenscheibe mit
eingebauter Freilaufkupplung (hier nachfolgend auch als Kupplungsriemenscheibe bezeichnet)
verwendet, wie dies in der JP-A Nr. Hei 7-72585 geoffenbart ist.
Bei der Kupplungsriemenscheibe wird die rotierend übermittelte
Leistung auf den Generator übertragen,
wenn die Kraftfahrzeugmotordrehzahl zunimmt, und umgekehrt wird
kein durch die Trägheit
verursachtes Drehmoment des Generators auf den Treibriemen übertragen,
wenn die Kraftfahrzeugmotordrehzahl abnimmt.
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Andererseits verfolgt man zum Zwecke
des Umweltschutzes durch Verminderung von Abgasemissionen und als
Ansatz zur Verbesserung des sparsamen Kraftstoffverbrauches den
Lösungsweg, die
Kraftfahrzeugmotoren stillzusetzen, wenn ein Fahrzeug zeitweise
angehalten wird, insbesondere ein Shuttlebus im Stadtverkehr, beispielsweise
bei einer Fahrtunterbrechung aufgrund eines Verkehrssignals. Auch
im Falle von Personenwagen und Lastkraftwagen wird im allgemeinen
die Verwirklichung eines Leerlauf- Stoppsystems zum automatischen Stillsetzen
des Kraftfahrzeugmotors bei einer Fahrtunterbrechung in Betracht
gezogen.
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Wenn eine Kupplungsriemenscheibe,
wie sie in der JP-A Nr. Hei 7-72585 offenbart ist, bei einem Kraftfahrzeuggenerator
eingesetzt wird, dann läuft der
Rotor des Generators aufgrund seiner eigenen Trägheit einige Zeit selbst nach
Verzögerung
des Kraftfahrzeugmotors auf Stillstand und Trennung von dem Rotor
des Generators durch die Kupplungsriemenscheibe leerlaufend nach.
Während
dieser Zeitdauer ist das Einzige, was im Motorraum läuft nur
der Rotor des Generators des Kraftfahrzeuges. Daneben ist festzustellen,
daß der
Rotor einstückig
mit dem Kühllüfter umläuft und
der Rotor des Generators für Kraftfahrzeuge
im allgemeinen ein magnetisches Polrad der Randale-Bauart aufweist,
das einen Lüftereffekt
hat. Wenn der Kraftfahrzeugmotor stillgesetzt wird, dann tritt kein
Motorgeräusch
mehr auf. Somit sind nur noch solche Geräusche wie das Drehgeräusch des
Rotors und durch den Kühllüfter und das
magnetische Polrad erzeugte Windgeräusche im Motorraum hörbar und
für das
Ohr lästig.
Weiter sind moderne Generatoren für Kraftfahrzeuge mit einer Vielzahl
von Lüftungsöffnungen
im Gestellrahmen zur Verbesserung der Kühleigenschaft versehen und daher
ist das durch die Drehung des Rotors verursachte Geräusch kaum
herabzusetzen und kann nicht am Generator abgeschirmt werden, wodurch das
Geräusch
zunehmend lästig
für das
menschliche Ohr wird.
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Wenn weiter der Kraftfahrzeugmotor
häufig im
Stadtverkehr abgestoppt wird, was auf der Anwendung des Leerlauf-Stoppsystems
beruht, dann wird das Geräusch
des im Fahrzeug montierten Generators jedesmal dann, wenn die Maschine
stillgesetzt wird, gehört,
was eine weitere akkustische Belästigung
darstellt, wodurch die Qualität
des Fahrzeugs wesentlich beeinträchtigt
wird, welche für
den menschlichen Sinn so angenehm wie möglich gestaltet werden soll.
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Generatoren der hier diskutierten
Art sind auch aus der Veröffentlichung
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 1999, Nr. 11, 30. September 1999 und
JP 11 164 517 A, 18. Juni 1999, bekannt.
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Angesichts der oben beschriebenen
Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Generator
für Kraftfahrzeuge
zu schaffen, der bei verbesserter Zuverlässigkeit des Treibriemens und erhöhter Sparsamkeit
des Kraftstoffverbrauchs zur Verbesserung der Umweltbedingungen
geräuscharm arbeitet.
Genauer betrachtet ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung,
die Geräuschentwicklung
von einem Generator für
Kraftfahrzeuge zu vermindern, welche mit einem Leerlauf-Stoppsystem ausgerüstet sind,
während
ein frühes
Abbremsen oder ein Durchrutschgeräusch des Treibriemens an der
Kupplungsriemenscheibe verhindert wird.
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Zum Erreichen deroben beschriebenen
Ziele wird ein Kraftfahrzeuggenerator gemäß der vorliegenden Erfindung
geschaffen, welcher die Merkmale des anliegenden Anspruches 1 aufweist.
Die vorliegende Erfindung sieht somit eine Riemenscheibe vor, die
mittels eines Treibriemens durch die Drehung einer Motorkurbelwelle
angetrieben wird, wobei mit der Riemenscheibe ein Rotor verbunden
ist, sich ein Stator gegenüberliegend
dem Rotor befindet, Ventilatormittel einstückig mit dem Rotor umlaufen
und ein Rahmengehäuse
mit einer Mehrzahl von Kühlluftöffnungen
vorgesehen ist, welche mit den Ventilatormitteln zusammenwirken,
wobei das Rahmengehäuse den
Rotor und den Stator hält.
Die Riemenscheibe ist auf der Rotorwelle über eine Freilaufkupplung angeordnet,
welche Antriebsleistung auf den Rotor während einer Erhöhung der
Umlaufdrehzahl der Kurbelwelle überträgt und keine
Antriebsleistung auf den Rotor während
einer Verminderung der Umlaufdrehzahl der Kurbelwelle überträgt. Der
Rotor hat eine Mehrzahl von Magnetpolen, welche eine Feldwicklung
umgeben, und es ist ein Generatorsteuermechanismus vorgesehen, welcher
einen vorbestimmten Erregerstrom an die Feldwicklung oder die Feldspule
liefert, sobald eine Stillsetzung des Motors detektiert wird. Die
Dauer des Umlaufs des Rotors des Generators während einer Motorstillsetzung
kann vermindert werden, während
ein frühes
Schadhaftwerden und ein Durchrutschgeräusch des Treibriemens während des
normalen Fahrtbetriebes des Fahrzeugs verhindert werden. Aus diesem
Grunde ist es möglich,
die Geräuschentwicklung
durch den Generator zu vermindern.
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Gemäß einem anderem Aspekt hat
der zuvor erwähnte
Generatorsteuerungsmechanismus einen Motorstillsetzungssignal-Eingangsabschnitt,
der die Generatorspannung auf einen hohen Wert bei Empfang des genannten
Signales einstellt. Es ist daher möglich, die Leerlaufzeit des
Rotors durch Zuführung des
Erregerstroms zur Feldspule herabzusetzen, wenn der Motor stillgesetzt
wird.
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Gemäß wiederum einem anderen Aspekt
hat der Kraftfahrzeuggenerator eine Riemenscheibe, welche über einen
Treibriemen durch die Rotation einer Motorkurbelwelle angetrieben
wird, einen mit der Riemenscheibe verbundenen Rotor, einen gegenüberliegend
dem Rotor angeordneten Stator, Ventilatormittel, welche einstückig mit
dem Rotor umlaufen, sowie ein Rahmengestell mit einer Mehrzahl von Kühlluftöffnungen,
welche mit den Ventilatormitteln zusammenwirken, wobei das Rahmengestell
den Rotor und den Stator hält.
Die Riemenscheibe ist auf der umlaufenden Welle des Rotors über eine
Freilaufkupplung gelagert, welche Antriebsleistung auf den Rotor
während
einer Erhöhung
der Drehzahl der Kurbelwelle überträgt und keine
Antriebsleistung auf den Rotor während
einer Verminderung der Drehzahl der Kurbelwelle überträgt.
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Der Rotor besitzt eine Anzahl von
Magnetpolen, welche eine Feldspule umgeben, sowie einen Generatorsteuerungsmechanismus,
welcher einen Errregerstrom steuert, der zu der Feldspule geführt wird.
Der Kraftfahrzeuggenerator ist dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorsteuerungsmechanismus
einen Signaleingangsabschnitt aufweist, der ein Signal von dem Motorsteuerungsmechanismus zur
Stillsetzung der Motordrehung bei Detektierung einer Stillsetzung
des Fahrzeugs empfängt
und einen vorbestimmten Erregerstrom an die Feldspule nach Empfang
eines Motorstillsetzungssignals von dem Motorsteuerungsmechanismus
liefert.
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Es ist aus diesem Grunde möglich, die
Zeit des Umlaufs des Rotors des Generators während einer Motorstillsetzung
herabzusetzen und gleichzeitig ein frühes Schadhaftwerden und ein
Durchrutschgeräusch
des Treibriemens während
des normalen Fahrtbetriebes des Fahrzeugs zu verhindern. Insbesondere
ist es bei einem Leerlauf-Stoppsystem
möglich,
die Geräuschentwicklung
des Generators zu vermindern.
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Gemäß abermals einem anderen Aspekt stellt
der Generatorsteuerungsmechanismus die Generatorausgangsspannung
nach Empfang eines Motorstillsetzungsbefehlssignales auf einen hohen
Wert ein. Es ist daher möglich,
die Dauer des Umlaufs des Rotors des Generators herabzusetzen, indem
während
der Motorstillsetzung ein bestimmter Erregerstrom zur Feldspule
geführt
wird.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform
ist erfindungsgemäß ein Generatorsteuerungsmechanismus
vorgesehen, welcher bei Detektierung einer Stillsetzung des Rotors
den Erregerstrom abschaltet. Somit ist es möglich, die Dauer des Umlaufs
des Rotors des Generators zu vermindern und auch eine thermische
Verschlechterung zu verhindern, indem eine Zufuhr des Feldstromes
beendet wird, wenn der Rotor stillgesetzt ist.
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Weitere Bereiche der Anwendbarkeit
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung. Es versteht sich, daß die detaillierte Beschreibung
und die besonderen Beispiele, welche für bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung repräsentativ
sind, nur dem Zwecke der Illustration dienen sollen, da vielerlei Änderungen
und Modifikationen innerhalb des Gedankens der Erfindung dem Fachmann
aus dieser detaillierten Beschreibung offenbar werden. In den Zeichnungen stellen
dar:
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1 eine
Querschnittsansicht und ein Blockschaltbild, welche den allgemeinen
Aufbau eines Kraftfahrzeuggenerator nach der Erfindung erkennen
lassen;
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2 ein
Blocksymbole enthaltendes Schaltbild einer ersten Ausführungsform;
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3 eine
perspektivische Schnittansicht einer Kupplungsriemenscheibe der
ersten Ausführungsform;
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4A eine
schematische Ansicht, welche die Wirkungsweise der Kupplungsriemenscheibe während einer
Motorbeschleunigung gemäß der ersten
Ausführungsform
erkennen läßt;
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4B eine
schematische Ansicht, welche die Wirkungsweise der Kupplungsriemenscheibe während einer
Motorverzögerung
in der ersten Ausführungsform
erkennen läßt;
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4C eine
Graphik, welche die Drehung eines äußeren Laufrings und einer Welle
während
der Beschleunigung und während
der Verzögerung
verdeutlicht;
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5 eine
Graphik, welche einen Unterschied in der Änderung der Rotordrehzahl vor
bzw. nach einer Motorstillsetzung in der ersten Ausführungsform
zeigt; und
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6 eine
Graphik, welche den Unterschied in der Änderung der Rotordrehzahl vor
und nach einer Motorstillsetzung in der ersten Ausführungsform und
anderen Ausführungsformen
verdeutlicht.
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Bevorzugte Ausführungsformen des Kraftfahrzeuggenerators
gemäß der vorliegenden
Erfindung seien unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
nun beschrieben. 1 zeigt
die erste Ausführungsform
der Erfindung, wobei 1 eine Schnittansicht
wiedergibt, welche die allgemeine Konfiguration des Kraftfahrzeuggenerators
nach der Erfindung darstellt. 2 ist
ein Blocksymbole enthaltenes Schaltbild; 3 ist eine perspektivische Schnittansicht
einer Kupplungsriemenscheibe; 4 ist
eine Ansicht, welche den Betrieb der Kupplungsriemenscheibe erklärt; und 5 ist eine erläuternde Darstellung
des Unterschiedes zwischen der vorliegenden Erfindung und einer
herkömmlichen
Konstruktion zur Erklärung
der Rotordrehzahländerungen
vor und nach Motorstillsetzungen.
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Der Generator 1 für Kraftfahrzeuge
gehört
einer Konstruktion an, bei welcher die Leistung von dem Motor auf
die Kupplungsriemenscheibe 9 über einen (nicht dargestellten)
Treibriemen übertragen wird,
so daß der
Rotor 3 in Umdrehung versetzt wird, der auf der Welle 31 und
mit der Kupplungsriemenscheibe 9 gekuppelt ist. Wenn der
Erregerstrom der Feldwicklung 34 des Rotors 3 über die
Schleifringe 35 zugeführt
wird, so wird in diesem Zustand ein Satz von Nordpolen und Südpolen in
dem Polkern 32 ausgebildet, so daß die Erzeugung einer Wechselspannung
in der Statorwicklung 21 und die Abnahme des Gleichstromes über den
Gleichrichter 6 ermöglicht wird,
der an das Ausgangsende 21c der Statorwicklung angeschlossen
ist. Die Größe der elektrischen Leistung,
welche erzeugt wird, wird durch den Regler 8 reguliert,
der den Erregerstrom steuert, der in der Feldwicklung 34 fließt, wie
in 2 gezeigt ist. Der Rotor 3 und
der Stator 2 sind einander gegenüberliegend an einem Paar von
Gestellrahmen 4 vorgesehen. Der Stator 2 wird
durch eine Anzahl von Schraubbolzen 7 zwischen den Gestellrahmen 4 gehalten.
Kühlluft
wird über
die Öffnung 42 in
Axialrichtung der Gestellrahmen 4 mittels der Kühllüfter 11 und 12 eingesogen,
welche an den Polkernen 71 und 72 befestigt sind.
Die Kühlluft
wird an der Öffnung 41 in
Radialrichtung abgegeben.
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In der Kupplungsriemenscheibe 9 ist,
wie in 3 dargestellt
ist, eine Anzahl von Kupplungskörpern 90 zwischen
einem äußeren Laufring 91 und
einer inneren Laufringhülse 92 angeordnet.
Die Kupplungskörper 90 sind
durch einen Halter oder Käfig 95 und
ein Federelement 94 in nahezu gleichem Abstand in Umfangsrichtung
angeordnet und gehalten. Der äußere Laufring 91 ist
durch Preßsitz
in die innere Öffnung
der Riemenscheibe 96 eingesetzt und dreht sich einstückig mit
der Riemenscheibe 96, während
die innere Laufringhülse 92 sich
als eine Einheit mit der Welle 31 dreht.
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4A zeigt
den äußeren Laufring 91 und die
innere Laufringhülse 92 während einer
Beschleunigung des Motors und 4B zeigt
den äußeren Laufring 91 und
die innere Laufringhülse 92 während einer
Verzögerung
des Motors. Wie in 4A darge stellt
kommen während
der Motorbeschleunigung die Kupplungskörper 90 in Eingriff
mit den Sperrteilen 97 des äußeren Laufringes 91 und
die Drehzahl der Riemenscheibe 96 wird der Drehzahl der
Welle 31 gleich. Andererseits kommen während der Motorverzögerung die
Kupplungskörper 90 außer Eingriff
mit den Sperrteilen 97, wie in 4B dargestellt ist und die Anordnung
befindet sich im Freilauf. Demgemäß nimmt die Drehzahl der Welle 31 langsam
bei höheren
Drehzahlwerten als der Drehzahl der Riemenscheibe 96 aufgrund
der Trägheit
des Rotors 3 ab, während
die Drehzahl der Riemenscheibe 96 der Drehung des Motors
folgt.
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4C ist
eine Darstellung der Drehung des äußeren Laufringes 91 und
der Welle 31 während
einer Beschleunigung und einer Verzögerung des Motors. Wenn sich
der Motor beschleunigt, so nimmt die Drehzahl des äußeren Laufringes 91 synchron
mit der Zunahme der Drehzahl des Motors zu. Wenn die Drehzahl des äußeren Laufringes 91 die
Drehzahl der Welle 31 überschreitet,
dann kommen die Kupplungskörper 90 mit
den Sperrteilen 97 in Eingriff und bewirken, daß sich der äußere Laufring 91 als
Einheit mit der Welle 31 dreht.
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Während
der Verzögerung
des Motors nimmt die Drehzahl des äußeren Laufringes 91 synchron mit
der Abnahme der Motordrehzahl ab. Andererseits wird die Drehzahl
der inneren Laufringhülse 92 während der
Verzögerung
des Motors wegen der Trägheitskraft
langsam verzögert.
Daher macht die Drehzahl des Rotors 3 bzw. der Welle 31,
welche sich als Einheit mit der inneren Laufringhülse 92 drehen,
eine etwas langsamere Verzögerung
durch als die Drehzahl des äußeren Laufringes 91.
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5 ist
eine Darstellung, welche die Veränderung
der Rotordrehzahl vor und nach Stillsetzungen des Motors zeigt.
Wie in 5 gezeigt ist,
befindet sich, wenn der Motor stillgesetzt wird, die Kupplung im
Freilauf oder Leerlauf. Aus diesem Grunde erfährt zwischen den Punkten A
und B in der Zeichnung die Drehzahl des Rotors 3 aufgrund
der Trägheit
wie während
der Verzögerung
eine langsame Abnahme. An dem Punkt B, an welchem die Motordrehzahl
den Wert null erreicht, empfängt
der Regler 8, der in den 1 und 2 gezeigt ist, ein Motorstillsetzungssignal
von einem Sensor mechanismus 80. Nach Empfang dieses Signales
wird der Regler 8 in der Weise wirksam, daß er Erregerstrom
an die Feldspule 34 liefert. Aus diesem Grunde wird die
Trägheitskraft
des Rotors 3 für
ein Antriebsdrehmoment verbraucht und demgemäß fällt die Drehzahl des Rotors 3 rasch
auf den Punkt C ab. Wenn kein Erregerstrom zugeführt wird, dann wird die Trägheitskraft des
Rotors 3 für
die rollende Reibung der Lager und die Umlaufenergie für die Lüfter verbraucht.
Die Drehzahl des Rotors nimmt daher langsam ab, wie in 5 durch die Doppelpunkt-Strich-Linie
angezeigt ist und erreicht dann den Punkt D, an welchem der Rotor
zum Stillstand kommt.
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Beim normalen Betrieb des Kraftfahrzeuges wird
daher, wenn der Motor verzögert
wird, die Kupplungsriemenscheibe aufgetrennt, so daß sie nicht das
Trägheitsmoment
des Rotors des Generators auf die Riemenscheibe überträgt. Ein frühzeitiges Schadhaftwerden des
Treibriemens oder Durchrutschgeräusche
des Riemens können
verhindert werden. Es ist auch möglich,
den Rotor des Generators rasch stillzusetzen, während der Motor stillgesetzt
wird, um hierdurch Geräusche
vom Generator zu verringern.
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Andere Ausführungsformen
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Bei der ersten Ausführungsform
wurde der Erregerstrom nach Detektieren der Abnahme der Motordrehzahl
auf null zugeführt.
Es sei jedoch bemerkt, daß ein
Signal direkt von einem Steuermechanismus empfangen werden kann,
der den Motor nach Detektierung einer Stillsetzung des Fahrzeugs
ausstellt und dann kann, wie in 6 gezeigt,
der Erregerstrom in Synchronismus mit der Übertragung eines Motorstillsetzungsbefehlssignals
zugeführt
werden. In diesem Falle ist es, da der Rotor des Generators rascher
stillgesetzt werden kann, möglich,
die Lärmentwicklung
von dem Generator weiter zu vermindern. Die Wirkung der Verminderung
der Geräuschentwicklung
kann insbesondere durch Kombinieren des Generators mit einem Leerlauf-Stillsetzungssystem
verbessert werden.
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Weiter wird es ermöglicht,
den Rotor des Generators rasch durch Zuführung des Erregerstromes über die
Steuerung stillzusetzen, um die regulierte Spannung des Generators
auf einen hohen Wert einzustellen, wenn das Motorstillsetzungssignal
empfangen wird.
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Fernerhin wird ermöglicht,
eine thermische Verschlechterung aufgrund eines Anstiegs der Feldspulentemperatur
zu verhindern, indem eine Kombination mit dem Generatorsteuermechanismus
vorgenommen wird, welcher die Zufuhr des Erregerstromes unterbricht,
wenn eine Stillsetzung des Rotors des Generators detektiert wird.
Für das
Detektieren der Stillsetzung des Rotors genügt es, beispielsweise das Vorhandensein
oder das Fehlen einer Phasenspannung zu detektieren. Die Zeit der
Unterbrechung des Erregerstromes kann in Entsprechung mit dem Trägheitsinstruments
des Rotors voreingestellt werden.
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Weiter ist bei der ersten Ausführungsform
die Kupplungsriemenscheibe eine Kombination einer Kupplung mit Rollkörper, eines
Federelementes, eines Käfigs
oder Halters, eines äußeren Laufringes und
einer inneren Laufringhülse,
doch kann auch eine andere Konstruktion vorgesehen sein, wenn sie eine
Freilaufkupplungsfunktion aufweist. Weiter kann eine elektromagnetische
Kupplung verwendet werden.
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Ferner zeigt die erste Ausführungsform
einen Rotor mit Kühllüftern an
beiden Seiten in Axialrichtung. Wenn jedoch bezüglich der Luftkühlung Spielraum
herrscht, beispielsweise, weil Wasserkühlung verwendet wird, dann
kann der Kühllüfter auch nur
auf einer Seite angeordnet sein, oder es können statt des Kühllüfters nur
die Magnetpole umlaufen, ohne daß ein Kühllüfter vorgsehen ist.
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Während
die oben beschriebenen Ausführungsformen
sich auf Beispiele der Verwendung der vorliegenden Erfindung beziehen,
versteht es sich, daß die
Erfindung auch in anderen Anwendungsfällen, Modifikationen und Variationen
einsetzbar ist und nicht durch die hier gegebene Offenbarung sondern in
ihrem Umfang durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.