DE7601853U1 - Motor-generator-anordnung - Google Patents

Description

Patentanwalt : U

Dr. Ing. Hans Leyh

8 München 80 Lucile-Grahn-Sir. 38

Unser Zeichen: A 13

RETOBOBINA

HändeIsanstalt

Schaan

Fürstentum Liechtenstein

Motor-Generator-Anordnung

Die Erfindung betrifft eine Motor-Generator-Anordnung, bei der die Anker eines Elektromotors und eines Generators auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, mit je einem Magneten für

Es sind Motor-Generatoren mit zwei Ankern bekannt, die auf getrennten Viellen sitzen, die durch eine Kupplung miteinander verbunden sind, wobei derartige Anordnungen insbesondere im Großmaschinenbau Verwendung finden.

Ferner kennt man Motor-Generatoren mit übereinander gewickelten, jedoch getrennten Wicklungen, die zu getrennten Kollektoren führen.

Schließlich sind >iotor—Generatoren vorgeschlagen worden, deren Anker auf eir.er gemeinsamen Welle sitzen, bei denen aber die Kollektoren an parallel zueinander versetzten Stirnseiten der

/inker, also wenigstens im Abstand einer Ankerlänge voneinander angeordnet sind. Ein derartiqor Aufbau ist im Großnaschinenbau, bei Eisenanker-Motoren und dergleichen verwendet worden.

In der modernen Re^eitcchnik nit ihren hohen Anforderungen an die Gronzfremienzen einer solchen Motor-Generator-Anordnung sind diese vorbeschriebenen Ausführungen nicht zweckmäßig, mindestens aber nicht optimal einsetzbar.

Dies gilt besonders dann, wenn Motor und Generator mit einem sehr kleinen Trägheitsmoment ausgeführt sind, beispielsweise nit Luftankern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Motor-Generator-Anoränungen £er eingangs genannten Art hinsichtlich ihres Betriebsverhaltens zu verbessern und insbesondere ihre Grenzfrenuenz zu erhöhen, um dadurch schnelle Regelungen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Kollektoren des Motorankers und <ies Generatorankers einander zugewandt angeordnet sind. Vorzugsweise sind die beiden Anker in geringem axialen Abstand voneinander auf der ap-einsaren VJelle angeordnet. Die V.'elle kann aus "ontagegründen geteilt: ausgeführt seir-, sie bildet ir¹ Betrieb jedoch eine starre Einheit.

Dieser geringe Abstand hat zur Folge, daß die Grenzfrequenz ccer die Eiq en frequenz des Svstcrs der beiden Ankr-r mit der Xielle relativ hohe vierte annimmt und da~.it: sehr schnelle Pegelungen erlaubt.

Z-.veck^.ä?,igerweise ist die gemeinsame V.'elle der beiden Anker dreifach gelagert, wobei das mittlere Lager vorzugsweise im Bereich des ir.r-erep. Endes dos Magneten des Voters angeordnet ist- Dies bereitet zwar nc-filieherweise in Großir-aschinenba-u; Schwierigkeiten,

bei Kleinstmotoren mit relativ geringer Wellendicke und relativ großer Wellenlänge ist jedoch eine Lagerung an drei. Punkten und damit eine Beeinflussung des Schwingungsverhaltens möglich..

Die Kontaktbürsten für die Kollektoren des Motors und des Generators können sowohl an einer einzigen, gemeinsamen Halterung angebracht sein als auch an zwei getrennten Platten, die ihrerseits im Eisenrückschluß gelagert bzw. gehalten sind. Vorzugsweise haben Motor und Generator einen gemeinsamen Eisenrückschluß.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, den Eisenrückschluß axial geteilt auszubilden, derart, daß der Generator relativ zum Motor in ümfanqsrichtung um die gemeinsame Kelle verdrehbar ist. Hierdurch ist es möglich, die gegenseitiqe räumliche Lage der Stroirikurven von Motor und Generator zueinander einzustellen.

Der Eisenrückschluß des Motors kann ferner wenigstens einen oder zweckmäßigerweise mehrere axiale Schlitze aufweisen. Sie sollten sich vorzugsweise bis zur Halterung für die Kontaktbürsten erstrecken, um die Zuleitungen zu den Bürsten axial in diesen Schlitzen nach hinten führen zu können, wobei die Schlitze und die Zuleitungen durch eine Schrumpffolie abgedeckt sein können.

Dies bringt Vorteile für die praktische Juisbildunn, üer. Anschluß und den Einbau der crfindungsgemäßen ilotor-Ceneratcr-

Eine beispielsweise 7«isfnhrun»7sforni der Erfindung wird nachfolgend anhand c^r Zeichrmng iir einzelnen erläutert, in der

Fi^. 1 schematisch i~ Schnitt eine Ausführung einer erfindunas—

y.ofcor-G^ntrraror-Aizordrnrpci zeigt.

Fig. 2 meiert ir einer· schere tischon Teil schnitt eine r!ocifil<at:ion d-er AiisfuhrxmtrsTorrr n.ich Fit. 1,

- Δ

Fig. 3 zeigt schematisch Stromkurven des Generators und des .Motors.

Fin. 4 zeigt eine Teildraufsicht auf den Eisenrückschluß der Motor-Generator-Anordnung.

Die Motor-Generator-Anordnung 10 nach Fig. 1 besteht aus einen Motor 12 und einem Generator 14, die beide auf einer gemeinsamen Welle 16 angeordnet sind. Der Motor hat einen Anker 18 und der Generator hat einen Anker 20, die niit ihren Stirnflächen einander zugewandt in geringem Abstand voneinander auf der gemeinsamen '»."eile 16 befestigt sind. Motor und Generator haben ferner einen gemeinsamen Eisenrückschluß 22. Der letztere hat zwei Stirnplatten oder Deckel 24 und 26, von denen der erstere den Magneten 28 des Motors und der letztere den Magneten 30 des Generators trägt und

Die Läufer 18 und 20 sind entsprechend mit Kollektoren 32 bzw. 34 verseilen, die vorzugsweise gleiche Lamellenanzahlen haben und einander zugewandt sind, und die außerdem einen relativ geringen Abstand voneinander haben.

Für die Kollektoren ist eine l-ürsteneirsrichtung 36, 37 vorgesehen, die an einer Halterung 38 befestigt ist, die ihrerseits in bzw. an Eisenrückschluß 22 angebracht und gehalten ist. Die Bürsten für den Kollektor des "iotors und die Dursten für den Kollektor des Generators sine mit entr-recher.cen Anschlußleirungen versehen, die allgemein mit -40 bezeichnet sind.

Die !--Teile ist dreifach gelagert, »robei zsei Lager -52 und 44 in uen Deckeln 24 bzvj, 2G ausc-ebildet sind, während aas dritte Lager 4£ zwischen der: beiden Lagern 4 2 und AA liegt und zweckmäßiger— v7ei~e z-IL. im Bereich des inneren Er.des des Magneten 2S des "cicrs 12 angeordnet ist, d.h. in diesem Bereich wird die ge— zeir.sarf irelle 1-5 r.cch einnal crelacert. Die Lager können bei—

spielsweise Sinterlager sein.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausfuhrungsform der Anordnung nach Fig. 1. Wie die Figur zeigt, ist der in Fig. 1 ungeteilte Eisenrückschluß 22 hier geteilt ausgebildet und er besteht aus den Teilen 48 und 50. Der Teil 48 hat an seinem, dem Teil 50 zugewandten Ende eine Aussparung, so daß ein Bund 62 gebildet wird und der Teil 5O des Eisenrückschlusses greift in diese /aussparung innerhalb des Bundes 62 mit einer geeigneten Passung 52 ein. Falls erforderlich kann hierbei ein Distanzring 54 vorgesehen werden.

Der Eisenrückschluß 4 3 ist hierbei dem fiotor und der Eisenrückschluß 50 dem Generator zugeordnet.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Generator relativ zu den Motor in Umfangsrichtung der VJelle 16 verdreht werden kann> UD die genenseitige räumliche Lage von Generator und Motor und damit ihrer Stromkurven einzustellen, wie noch erläutert wird.

Fig. 3 zeigt die Stromkurve 60 eines eisenlosen Ankers des Motors und darüber gezeichnet die Stroirkurve 5 8 eines eisenlosten Ankers des Generators, wobei die Ubereinanderzeichnuna nur für die zeitliche Zuordnung der beiden Stromkurven verwendet wird, jedoch in keiner. Fall eine bestimmte Stromstärke ausdrücken soll.

Der über der Zeit t aufgetragene Stror, I besteht aus einer kettenförmigen Anordnung von Stromwellen, die durch die endliche Kollektorlair.cllcnzahl gegeben ist, wobei z.B. hai einem fünfteiligen Kollektor zehn .Strorr.weilcn in Strom vorhanden sind. Ohne im einzelnen auf das Zustandekoniren dieser Streikwellen einzugehen, soll hier nur bemerkt werden, daß die Motordaten sich über der Zeit bezüglich des Stromes und Drchr.onontos rindern.

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Bei Regelungen, insbesondere ir.it hohen Grenzfrequenzen der mechanischen anordnung, wie sie erfindungsgemäß erreicht werden, kommt es nun darauf an, daß die gegenseitige räumliche Lage der Stromkurven zueinander beachtet wird.

VJi e Fig. 3 zeigt, ist zwischen den Spitzen der Stromwellen der Strorakurven des Generators und des Motors ein geringer Zeitunterschied dt vorhanden und dieser Zeitunterschied kann durch Verdrehen des Generators relativ zum Motor unterschiedlich eingestellt werden. Um die hohe Grenzfrequenz, die durch den mechanischen Aufbau der Anordnung erreicht wird, voll ausnutzen zu können, ist es vorteilhaft, die Stromkurven von Motor und Generator in geeigneter Weise anzuordnen.

Bei modernen Verstärkern, die zur Ansteuerung verwendet werden können, ist die elektrische Zeitkonstante sehr klein, weshalb eine Einstellung der relativen Lage von Motor und Generator zueinander zweckmäßigerweisc so vorgenommen wird, daß dt = 0 wird.

Fig. A zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des Eisenrückschlusses 22. Dieser ist, wie dargestellt, r.it wenigstens eineir., vorzugsweise aber mehreren, in Achsrichtung verlaufenden Schlitzer. 56 versehen, in denen die Verbindunnsleitungen 40, cie von den Bürsteneinrichtungen 3G und 37 des Motors bzw. des Generators können, verlaufen und untergebracht sir.d.

Der Kiscnrückschluß nuß zweckräßigerweisc mit irgendeiner Öffnung für die Herausführung dieser Leitungen versehen sein und es hat sich hierbei -ils vorteilhaft erwiesen, derartige längsverlaufende Schlitze» vorzusehen, in dip die Verbindungslei tungrn 40 gelegt und axial nach au^en geführt sind.

Die Verbindungsleituncjen 40 wprden dann dort, wo die Halterung

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38 an den Eisenrückschluß 22 anstößt oder gehalten Ist, mehr oder weniger scharfkantig abgeknickt und in den Schlitzen 56 axial weitergeführt .·

Die Schlitze und die Verbindungsleitungen werden zweckmäßigerweise mit einer nicht näher dargestellten schlauchförmigen Schruir-pffolie wieder abgedeckt. Es ist hierdurch möglich, bei cer Motor-Generator-Anordnung sämtliche Anschlußleitungen axial, z.B. nach hinten herauszuführen, was für die räumliche Anordnung und für den Anschluß bzw. die Verdrahtung vorteilhaft ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, Bausätze zu verwenden. Das heißt die einzelnen TeHe₇ z.B. Kotoranker und Generatoranker mit beliebigen Spulendaten können auf die Welle aufgepreßt werden, nachdem zwischen ihnen die Bürsteneinrichtung befestigt worden ist, worauf das Ganze in einen Eisenrückschluß eingeschoben wird. Es können daher auch unterschiedliche Motorausführungen mit unterschiedlichen Generatorausführungen kombiniert werden.

Bei einem Vergleich ergibt sich, daß eine Anordnung aus einem Motor und einem Generator mit einem Außendurchmesser von etwa 20 mm, die durch eine Kupplung verbunden sind, eine Eigenfrequenz von etwa 300 bis 400 Hz aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Anker und"die Kollektoren einander zugekehrt angeordnet sind, steigt diese Eigenfrequenz auf etwa 1200 bis 1300 Hz, was bisher von Kleinmotoren der hier in Frage stehenden Art nicht erreicht wurde.

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Claims (1)

1. Ansprüch

   1. Motor-GeneratorrZinordnung, bei der die Anker eines Elektromotors und eines Generators auf einer gemeinsamen Kelle angeordnet sind, reit je eisen: Magneten für Motor und Generator, dadurch gekennzeichnet _r daß die Kollektoren (32, 34) des Motorankers (12) und des Generatorankers (14) einander zugewandt angeordnet sind.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Motor und Generator einen gemeinsamen Eisenrückschluß (22) besitzen.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Anker (18, 20) in geringen; axialen Abstand voneinander auf der gemeinsamen VJclle (15) angeordnet sind.

   4. Anordnung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die gemeinsame Welle (16) von Motor und Generator dreifach crelacert ist.

   5. Anordnung nach Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Lager (46) im Bereich des innerer. L'r.des des Magneten (28) c'cs Motors (12) angeordnet ist.

   6. Anordnung nach oincir der vorhergehenden Ansprüche, dadurch c- c k ο r. r. ζ e i c h r c t , daft die Kontaktbürste:·! (3C) für den Kollektor (32) des Motors und die Kontaktbürsten (37) für den Kolloktor (34) den Generators an einer einzigen gcireir.sarron Ilslterur.rr (38) angebracht sind, die ihrerseits ir· Eisrr.rückschlu^ (22) '-ehalten ist.

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   /. .Anordnung nacrr Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kisenrückschluß {48, 50} geteilt ausgebildet Ist, derart, daß der Generator (14) relativ zun ilotor (12) In Ujt.fangsrichtuijg um die gereinsair.e VielIe (16) verdrehbar Ist.

   S. Anordnung nach einer¹ der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Lisenrückschluß (22, 43, 5O) wenigstens einen axialen Schlitz (56) aufweist, der sich vorz'j::sv:pi.~f' von einr-n Knut? des Jliscrsrückschlusscs axial bis zur Halterung (38) erstrckct, iro die Zuleitungen zu den Bürsten (36, 37) axial in dem Schlitz (56) herauszu-

   .^r.crdnur.cr nach /vnsrjruch c, Jaüurch g e k ο η η ζ e i c h π c t , daß. der Schlitz (3C) (die f.chlitzc) und die Zuleitungen ί·ί·';) durch eine ühcr den I.iscnrückschiuS gozo^cr.e £chr\;~pfioiic· aLgedeckt sind.

   10. Ancrr.nung nach einer' eier vorhergehenden 7\nspri:che, cauurch " ·:■ k c· η η ζ ο i c h η ·'■ t , da 3 die KoI ick tor or. (32, 34} v-i: ".otcr uπ-J Generator "Iniclic L.c»r;ellon7.nhlon nufvici

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