DE6931992U

DE6931992U - Elektrischer generator mit permanentmagneten

Info

Publication number: DE6931992U
Application number: DE6931992U
Authority: DE
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1968-10-14
Filing date: 1969-08-13
Publication date: 1970-05-27
Also published as: BE740101A; US3521096A; CA918733A; DE1941169A1; FR2020691A1; DE1941169C2; GB1251574A

Description

00·* t » β

dVpl.-Ing.'w! Beyer

_η 6000 Frankfurt/main Dipl. -Virtsch. -Ing. B. Jochem freiherr-vom-stein-strasseis

In Sechen: Az.ι

Ford-Werke
Aktiengesellschaft
Köln/ Bhein

Elektrischer Generator mit Permanentmagneten.

Priorität der amerikanischen Patentanmeldung Ser.No. 767 233 vom 14. Oktober 1968

o :

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Generator mit Permanentmagneten und ferromagnetischen Verbindungsgliedern zwischen den Polen zur Rückleitung des magnetischen Flusses als Stator, einem zentralen Rotor und einem Bürstenträger.

Es gibt eine Vielzahl von Vorrichtungen um Feldraagnete in Generatorgehäuse zu befestigen. Es sind atxch bereits vielfach Klemm- und Spannmittel zxir Lagesicherung der Magnete und des Bürstenträgers, der die am Kommutator schleifenden Bürsten hält, bekannt geworden. Beispielsweise beschreiben O die USA-Patente 2 4-56 70I und 2 971 107 solche Anordnungen von Permanentmagneten in einem Generator. Dort ist weiterhin auch eine funktionsgerechte Lagerung des Bürstenträgers gezeigt. Die Vorrichtungen und Anordnungen der genannten Veröffentlichungen sind für den Stand der Technik typisch, weshalb die Erfindung von ihnen ausgeht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach im Generatorgehäuse zu montierende Halterung für die einzelnen Stator-· teile zu R<Vhäffen.

Fo 7918/12.8.1^

β P · · · ■

— P —

Die Erfindungsa/ufgabe wird dadurch gelöst, daß die Permanentmagnete, die Verbindungsglieder und der Bürstenträger an einer gemeinsamen, in das Generatorgehäuse einsetzbaren Klemmhalterung befestigt sind.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Permanentmagnete di« Form von flachen Quadern und ist die Klemmhalteru^p" mit zur Quaderform "nässenden Rahmen in welche die Permanentmagnete einsetzbar sind, ausgebildet. Die flachen, quaderförnigen Magnete sind dabei mit bezug auf den Rotor in tangential er Lage im G-eneratorgehäuse gehalten. Sie haben gegenüber anderen Formen von Permanentmagneten den Vorzug, große Feldstärke mit niedrigem Preis zu vereinen.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können als Verbindungsglieder ein Paar Metallbänder mit einem gebogenen Mittelteil und geraden Enden, die mit der Innenseite flach an die Rückseite der Permanentmagnete anlegbar sind, dienen. Der Bürstenträger volrd vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet und weist mehrere Schlitze auf, in die an axialen Fortsätzen der Rahmen der Klemmhalterung sitzende Haken federnd eingreifen und den Bürsten träger in einer L^ge quer zur Rotorachse halten. Der Sitz der gesamten Einheit wird einerseits dadurch sichergestellt, daß vorzugsweise die Außenseite des Mittelteils der Verbindungsglieder einen Krümmungsradius aufweist, welcher im wesentlichen dem Radius der inneren Gehäusewandung des Generators gleich ist, und daß die Ender, der Verbindungsglieder nur eine durch Anschlüge begrenzte Länge in die Teile der Klemmhalterung einschiebbar .sind, andererseits dadurch, d.sß das Genoratorgehav.se im Bereich dor Einspannu^g der Mntallbänder quergeteilt ist und beide Gehäus°teile auf der Innenseite mit Anschlagnasen versehen

Fo 7918/12.8.1969

I Γ

lit

lift

sind, zwischen denen die Metallbänder und/oder die Teile der KlfiTiimhalterun.g axial fixierbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Gene-, rator gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Generator nach

Fig. 1 gemäß der dort eingetragenen Schnittlinie 2-2,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch Generatorgehäuse und Stator nach Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 eine Teilansicht in Pfeilrichtung 5-5 in Fig. 2, Fig. 6 die erfindungsgemäß vorgesehene Klemmhalterung

und die an ihr zu befestigenden Permanentmagnete und Verbindungs:
zogener Darstellung.

nete und Verbindungsglieder in auseinanderge-

Der insgesamt mit 10 bezeichnete Generator gemäß der Erfindung besitzt zwei tassenförmige Gehäusehälften 12 vmd 14, deren jede zylindrische Seitenwände 16 und 18 aufweist. Die gegenüberliegenden Stirnwände 20 und 24 der Gehäuseteile tragen mit Dauerschmierung versehene Lager 22 und 24', in denen die Welle 28 eines Rotors 26 gelagert ist. Der Rotor ist herkömmlicher Konstruktion und gliedert sich in eine Ankerwicklung 29 und einen Kommutotor 30. Die Gehäuse-

5931992

Fo

• Ill Il Il ' " » »

ι ι ι ι ι ι t *

I I I M I I · « i

III Il III I · · · / -. J«

iitiilli· t' . la

I t < - t ti Il I I

teile 12 -und Ή können in bekannter Weise mittels Durchsteckschrauben 32 und 3^y+ verbunden sein, die in Fin;. 2 im Querschnitt erscheinen.

Das magnetische Feld des Generators wird durch eine Vielzahl flacher Permanentmagnete, nämlich die Magnete 36, 38, 40 und 42, hergestellt. Sie haben vorzugsweise quaderförmige Gestalt und sind mit bezug auf die Generatorachse in radialer Richtung magnetisiert, wobei jeweils Nord- und Südpol auf die radial innere bzw. radial äußere Hauptfläche fallen. Im Beispielsfall stellt die Fläche 44 des Magneten 38 einen Nordpol und die gegenüberliegende Fläche 46 einen Südpol dar, bei dem Permanentmagneten 42 ist die Fläche 48 Süd- und die Fläche SO Nordpol. In entsprechender V/eise befindet sjch bei dem Magneten 36 der Nordpol auf der Fläche 52 und ■ der Südpol auf der Fläche 54, und bei dem Magneten 40 ist die Fläche 56 Südpol, und die Fläche 58 Nordpol. Diese Anordnung schafft innerhalb des Generators ein magnetisches Feld, dessen Südpol mit bezug au.f Fig. 3 sich auf uar linken Seite befindet, während der magnetische Nordpol rechter Hand des Rotors liegt. Die Permanentmagnete 36, 38, ^O und 42 können ans Jedem geeigneten dauerhaft nagnetisierbaren Material bestehen, vorgezogen werden jedoch keramische Sintermatorialien.

Zur äußeren Rückleitung des magnetischen Flusses zwischen den Polen sind Verbindtingsglieder 60 und 62 aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Stahl, in Form von Streifen oder Bändern vorgesehen. Die Metallbänder 60 und 62 gliedern sich jeweils in einen bogenförmig gekrümmton mittleren Bereich 64 bzw. 70 und flache Enden 66,.68 bzw. ?2, ?4. Jedes der Enden 66, 68, 72 und 74 ist mit einem Paar nach außer. v;eisender Anschlsgschultern 76 u.nd 78 versehen, deren An-

69319

7918/12.8.1969

schlagfläche sich, mit bezug auf die Generatorachse in axialer Richtung erstreckt.

Sowohl die Permanentmagnete 36, 38, 40 und 42 als auch die Verbindungsglieder 60 und 62 werden nach der Montage gehalten und in ihrer Lage gesichert mittels einer Klemmhalterting, die vorzugsweise aus zwei Teilen 80 und 82 aus Kunststoff besteht. Jedes der Teile 80 und 82 wiederum besteht aus zwei aneinandergesetzten Rahmen, so daß sich in axialer Richtung drei parallele Rahnenleisten 84, 86 und 88 ergeben, die durch vordere und hintere Querleisten 90 und 92 miteinander verbunden sind. Die entstehenden Aufnahmerahmen sind mit den Bezugsseichen 94, 96, 98 und 100 versehen. Damit die in den Rahmen getragenen Permanentmagnete gegen eine Bewegung von außen nach innen mit bezug atif den Rotor gehalten und gesichert sind, tragen die äußeren Rahmenleisten 84 und 86 sich radial nach innen erstreckende Randleisten 102 bzw. 108. Die mittlere Rahmenleiste 86 ist zu diesem Zweck mit zwei inneren Randleisten 104 i.tnd 106 versehen. Die Anordnung ist im Beispielsfall so getroffen, daß in Rahmen 98 der Magnet 36, im Rahmen 100 der Magnet 38, im Rahmen 94 der Magnet 40 und im Rahmen 96 der Magnet 4P avfgenommen ist.

An jeden der Rahmen befindet sich auf der Außenseite der Querleiste 90 ein Halcen 110 ixnd entgegengerichtet auf d^r Außenseite der Querleiste 92 ein Haken 112. Die Hakennasen 114 der Haken 110 und 112 weisen in axialer Richtung gegeneinander.

Da erfindungsgemäß die "Punktion der Klemmhalterung 80, 82 auch darin besteht, einen Borstenträger 130 ξϊι halten, sind p.A den Piunststo.ffteilen in die gleiche axiale Richtung weisende Fortsätze 116 und 118 vorgesehen, die an den Quer-

Po 7913 /12.8.1969

• ttl Il ff* t» t»

III »I »*l » Ml

Il 111» > 1 >

* t it It M M

. leisten 90 ansetzen und dvirch axiale Schlitze 120 und 122 j · gabelförmig gespalten sind. V/ie aus Pig. 5 und 6 ersicht-

j lieh, sitzen an den Enden der durch die Spalte 120 und 122 ·

gebildeten Arme der Portsätze 116 und 118 in Richtung voneinander wegweisende Haken 124 und 126.

Der Bürstenträger 1JO kann herkömmlicher Bauart sein und z.B. zwei mit bezug atif die Rotorachse gegenüberliegende Aufnahmebehälter 132 und 134 für ein Paar Bürsten 136 und 138 tragen, die am Kommutator 30 schleifen. Die Bürste ist in bekannter Weise mit einem Leiter 140 verbunden, die Bürste 138 entsprechend mit einem Leiter 142. Soll der Generator als Motor arbeiten, so werden die Leitungen 140 und 142 an eine äußere Stromquelle angeschlossen. Bürstenträger, Bürstenbehälter und Bürsten, wie sie hier gemäß der Erfindung Anwendung finden können, sind näher beschrieben in der USA-Patentschrift 3 089-047. Im vorliegenden Fall weist dor Borstenträger 130 vier rechteckige ■ · öffnungen oder Schlitze 144, 146, 148 und 150 auf, von _t denen der Schlitz 148, in den die Haken 124 und 126 eingreifen, in Fig. 5 im Schnitt gezeigt ist.

Die im wesentlichen zylindrische Innenwand 16 des Gehäuseteils 12 trägt eine Vielzahl Anschlagnasen 160, während entsprechende Anschlagnasen 162 auch an der zylindrischen Innenwand 18 des G-ehäuseteils 14 ausgebildet sind (s. Fij. 1 und4).

Der Aufbau des Generators gptnpß der Erfindung ergibt sich nun wie folgt:

Die Permanentmagnete 36, 33, 40 und 42 sitzen in den Rahmen 98, 100, 94 und 96 der Kunststoffteile 80 und 82 der Klemmhalterung. Eine Bewegung der 'Permanentmagnete radial nach

31992

Fo 7918 /12.8.1969

· a· a» a· «h

11 III * · + * f ι * ι α *

innen wird durch die Randleisten 102, 104, 106 und 103 verhindert. Gegen eine Bewegung in axialer Richtung sichern die Querleisten 90 und 92 mit den Haken 110 und 112. Auf der Rückseite liegen an den Magneten die flachen 'Enden 66, 68, 72 und 74 der Netallbänder 60 und 62 ar., welche wiederum in radialer Richtung von den Hakennasen 114 gehalten und in dichte Anlage gegen die Rückseiten der Permanentmagnet⁰ rredrückt werden

Fach dem Einsetzen der Permanentmagnete und der Verbindungsglieder in die Teile der Kl^mmholterung v/erden die Fortsätze 116 und 118 der letzteren durch die Schlitze 144, 146, 148 und 150 des Bürstenträgers I30 gedrückt, so daß die Haken 124 und 126, wie in Fig. 5 gezeigt, den plattenförmigen Bürstenträger beidseitig erfassen. Der axiale Schlitz 120 im Fortsatz 116 und der entsprechende Schlitz 122 im Fortsatz 118 haben dabei die Funktion, während des Aufsteckens des Bürstenträgers ein Zurückfedern der Haken und 126 in Richtung gegeneinander zu ermöglichen. Die Haken schnappen dann in die Schlitze 144, 146, 148 und I50 des BürstenträgerF ein.

Die gesamte vormontierte Ei-nheit läßt sich unter Spannung in das Gehäuseteil 12 einsetzen, wenn in bevorzugter Ausführung, wie aus Fig. 2 und .? zu entnehmen, der Innendurchmesser der zyli ndrisch en Wand 16 des Gehäuseteils 12 im wesentlichen gleich ist dem /li.iRppd^TchmePPer des bogenförmig gekrümmten Mittelteils 6^ bzw. 70 der ferromagnetische Verbindungsglieder 60 und 62. Die sich radial nach einwärts erstreckenden AnschJagnasen 160 auf der Innenseite der zylindrischen W^nd 1^ den GehKuseteils 12 begrenzen die axiale Einschiebbeweg\ing der Einheit in dan Gehäuseteil 12, indem sie sich gegen die bogenförmig gekrümmter Mittel-

31992

Fo 79I8 /12.8.1969

■ ·

• ■· O I

-8 -

teile 64 und 70 der Verbindungsglied er 60 und 62 anlegen. §

Aus Fig. 2 läßt sich ersehen, daß die sich in axialer Rieh- · tung erstreckenden AnscnlagflHchon 76 und 78 der flachen Enden 66, 68, 72 und 74 der Verbindungsglieder 60 und 62 gegen die Haken 110 und 112 zur Anlage kommen und somit eine Bewegung der letzteren radial nach einwärts begrenzen. Es wird dadurch die bereits erwähnte Einspannung bzw. ein Preßsitz zwischen den beiden bogenförmig gekrümmten Mittelteilen 64 und 70 der Verbindungsglieder 60 und 62 und der Innenseite der zylindrischen Wände 16 und 18 der Gehäuse- | teile 12 und 14 erzielt. I

Im Fortgang der Montage wird anschließend der Rotor 26 in das Gehäuseteil 12 eingeführt, bis die Rotorwelle 28 richtig im Lager 22 sitzt. Danach wird das andere Gehäuseteil 14 | übergesteckt und in die in Fig. 1 und 4 gezeigte Lage gebracht, wobei die inneren radialen Anschlagnasen 162 auf | der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsglieder 60 und 62 zur Anlage kommen wie die Anschlagnasen 160 des ersten Gehäuseteils 12.

Im Anschluß daran werden die beiden Gehäuseteile 12 und 14 mittels der Durchsteckschrauben ?2 fest miteinander verbunden.

Nnch der vorstehend beschriebenen Montage kann der Generator in eine Vorrichtung fest eingespannt werden und denn einem solchen magnetischen Feld ausgesetzt werden, daß die Permanentmagnete in der gewünschten Weise magnetisiert werden. Dieses Vorgehen sei Jedoch nur als Möglichkeit erwähnt, da die Magnete auch vor ihr^r Montage in den Generator bereits magnetisiert werden können.

Fo 7918 /12.8.1969

4. tt *. «

Es ist ersichtlich., daß durch die vorliegende Erfindung ein Generator mit Permanentmagneten geschaffen wird, der einerseits eine gute Wirkung aufweist, andererseits im Aufbau sehr einfach und entsprechend leicht zu montieren ist. Die gute Wirkung des magnetischen Feldes kommt dadurch zustande, daß die Enden der Verbindungsglieder zwischen den Polen zur Rückleitung des magnetischen Flusses jeweils auf der Rückseite der quaderförmigen Pprmanentmagnete auf der gesamten Fläche dicht anliegen. Der minimale Luftspalt verursacht nur einen geringen magnetischen Widerstand, so daß auch die Verluste gering sind und die Feldstärke voll ausgenutzt werden kann. Eine weitere wesentliche Vereinfachung bedeutet auch die vorgeschlagene Anbringung des Bürstenträgers an der Klemmhalterung der Magneten- Deren quaderförmige Gestalt bringt außerdem den Vorteil, daß die Haltevorrichtung an ihnen an den sich in axialer Richtung erstreckenden Kanten angreifen kann, da diese Kanten einen ausreichenden Abstand vom Außenumfang des Rotors haben. Es ist leicht ersichtlich, daß teurere, bogenförmig gekrümmte Permanentmagnete diesen Vorzug nicht aufweisen, da ihre Kanten zu nahe an den Rotorumfang heranreichen.

Ansprüche /

931992

Fo 7918/1P.8.1969

Claims

Ansprüche

1. Elektrischer Generator mit Permanentmagneten und ferromagnetischen Verbindungsgliedern zvri.sehen den Polen zur Rückleitung des magnetischen Flusses als Stator, einem zentralen Rotor und einem Bürstenträger, dadurch gekennzeichnet , daß die Permanentmagnete (36, 38, 40, 42), die Verbindungsglieder (60, 62) und der Bürstenträger (i30)'an einer gemeinsamen, in das Generatorgehäuse (12, 14) einsetzbaren Klemmhaiterung (80, 82) befestigt sind.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Permanentmagnete die Form von flachen Quadern haben und die Klemmhalterung (80,82) mit zur Quaderform passenden Rahmen (94, 96, 98, 100), in welche die Permanentmagnete einsetzbar sind, ausgebildet ist.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Verbindungsglieder ein Paar Metallbänder (60, 62) mit einem gebogenen Mittelteil (64, 70) und geraden Enden (66, 68, 72, 74), die mit der Innenseite flach an die Rückseite der Permanentmagnete anlegbar· sind, dienen./

4. Generator nach Anspruch 3_? dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der Verbindungsglieder (60, 62) und die Permanentmagnete in den Rahmen der Klemmhalterimg (80, 82) durch außen an deren axialen Rahmenleisten (90, 9.2) ansetzende Haken (110, 112) gegen eine Bewegung mit bezug auf den Rotor (26) radial von innen

693199

Fo 7918/12.8.1969

> t η lk it it »ι

I 111) I 11 ] ) lit ItIl )

II 1} It >tt> I 1111 Il Ϊ

- 11 -

nach außen gehalten sind,.wobei die Haken (110, 112, gegen die Außenseite der Enden der Verbindungsglieder (60,62) anliegen.

5· Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Permanentmagnete in den Rahmen der Kleimnhalterung (80, 82) gegen eine Bewegung mit bezug auf die Rotorachse (28) von außen nach innen durch innere, in die Rahmenöffmingen vorstehende, längs der Rahmenleisten (84, 86, 88) verlaufende Randleisten (102, 104, 106, 108) gehalten sind. /

6. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenträger (130) scheibenförmig ausgebildet ist und mehrere Schlitze (144, 146, 148, 150) aufweist, in die an axialen Fortsätzen (116, 118) der Rahmen der Klemmhalterung (80, 82) sitzende Haken (124,126) federnd eingreifen und den Bürstenträger (I30) in einer Lage quer zur Rotorachse (28) halten./

7· Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Fortsätze (116, 118) in Längsrichtung gespalten sind, so daß jeweils zwei federnde Arme entstehen, an deren Enden je ein Haken (124, 126) sitzt. _/

8. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleminhalterung (80, 82) aus einer d<=>r Anzahl der Pole entsprechenden Anzahl identischer Einzelteile besteht, welche durch die Verbindungsglieder (60, 62) miteinander verbunden sind. / _Λ _ _

Fo 7918/12.8.1969

Hi

- 12 -

_m 9· Generator^; nach Anspruch 8, dadurch g e -

j ' kennzeichnet, daß die Außenseite des Mittel

teils (6^-, 70) der Verbindungsglieder (60, 62) einen

KrümTrmngsradius aufweist, welcher im wesentlichen dem i
Radius der inneren Gehäusewnndung (16, 18) des Generators

gleich ist und daß die Enden (66, 68, 72, 74) der Verbindungsglieder (6C, 62) nur eine durch Anschläge (76, 78) begrenzte Länge in die Teile der Klemmhalterung (80, 82) einschiebbar sind, so daß die aus der Klemmhalterung, den Permanentmagneten, dem Bürstenträger und den Verbindiuigs- :| gliedern bestehende Einheit unter Spannung im Preßsitz im

Gehäuse festlegbar ist.

10. Generator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (76, 78) durch Absätze an den Netallbändern (60, 62) gebildet sind, welche gegen die äußeren Haken (110, 112) der Ralrnen der Klemmhalterung (80, 82) zur Anlage kommeny

11. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhalterung (80, 82) aus zwei identischen

:| Teilen besteht, in welche vier Permanentmagnete einsetzbar

. sind und welche durch zwei Netallbänder (60, 62) zur Einheit verbindbar sind. .

12. Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Teile der Klemmhalterung (80, 82) aus Kunststoff bestehen. ,

fi 13· Generator nach Anspruch 9» 'd_adurch g e -

■ |^! kennzeichnet, daß das Generatorgeluv.se (12,

Fo 7918/12.8.1969

im Bereich der Einspannung der Metallbänder (60, 62) quergeteilt ist und beide Gehäuseteile auf der Innenseite mit Anschlagnasen (160, 162) versehen sind, zwischen denen die aus den Metallbändern und den übrigen an den Teilen der Klemmhalterung (80,82) befestigten Teilen gebildete Einheit axial fixierbar ist.

Fo 7918/12.8.1969 " ,