DE1088600B - Electric power generator, especially for use as an alternator - Google Patents

Description

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Elektrischer Stromerzeuger, insbesondere für die Verwendung als LichtmaschineDie Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Stromerzeuger, insbesondere fürdie Verwendung als Lichtmaschine, mit umlaufendem Polrad aus Permanentmagneten,wobei Polrad- und Ständerbohrung derart geformt sind, daß durch eine axiale Verschiebungvon Polrad und Ständer gegeneinander der wirksame Luftspalt selbsttätig geändertwird.Electric power generator, in particular for use as a generatorThe invention relates to an electric power generator, in particular foruse as an alternator with a rotating pole wheel made of permanent magnets,wherein the pole wheel and stator bore are shaped in such a way that by axial displacementThe effective air gap between the pole wheel and the stator is automatically changedwill.

Es ist bekannt, Wechselstromgeneratoren mit einem Polrad aus Permanentmagnetenauszurüsten, um Schleifringe und Bürsten für die Erregung zu vermeiden. Ferner habendiese Maschinen den Vorteil, daß mit Rücksicht auf die leichtere Beherrschung derFliehkraft und auf den Wegfall des Kommutators größere Drehzahlen zugelassen sind,die Maschinen also verhältnismäßig leicht ausgeführt werden können. Ein Nachteildieser bekannten Generatoren ergibt sich jedoch hinsichtlich der Regelung der vonder Maschine erzeugten Spannung, insbesondere bei verschiedenen Drehzahlen. Beikleinen Generatoren wurde bereits vorgeschlagen, einen Fliehkraftregler einzubauen,der zur groben Regelung der erzeugten Spannung- das Polrad des Stromerzeugers entgegender Kraft einer Feder verstellt und damit den Luftspalt zwischen Polrad und Ständerselbsttätig ändert, womit eine Änderung der erzeugten Spannung verbunden ist.It is known, alternators with a pole wheel made of permanent magnetsEquip to avoid slip rings and brushes for excitement. Also havethese machines have the advantage that with regard to the easier control of theCentrifugal force and, if the commutator is no longer required, higher speeds are permitted,the machines can therefore be carried out relatively easily. A disadvantageHowever, this known generators arises in terms of the regulation ofvoltage generated by the machine, especially at different speeds. atsmall generators have already been proposed to incorporate a centrifugal governor,that for the rough regulation of the generated voltage - the pole wheel of the power generator againstadjusted by the force of a spring and thus the air gap between the pole wheel and the statorchanges automatically, which is associated with a change in the generated voltage.

Eine derartige Regeleinrichtung eignet sich für Lichtmaschinenanlagenvon Kraftfahrzeugen, Flugzeugen od. dgl. nicht,. denn die damit erzielte Regelgenauigkeitentspricht nicht den dort gestellten Forderungen. Der Erfindung liegt die Aufgabezugrunde, einen Generator der beschriebenen Art aufzubauen, der hinsichtlich derGenauigkeit den bekannten Einrichtungen wesentlich überlegen ist und der sich vorallem auch für größere'Leistungen ausführen läßt.Such a control device is suitable for alternator systemsof motor vehicles, airplanes or the like. Not. because the control accuracy achieved with itdoes not meet the requirements made there. The invention has the taskbased on building a generator of the type described, which in terms ofAccuracy is significantly superior to the known devices and that beforeespecially for larger services.

Erfindungsgemäß wird der Stromerzeuger mit einer in Abhängigkeit-von elektrischen Größen, wie Strom oder Spannung,--arbeitenden Verschiebeeinrichtungausgestattet. Da-d)xrch ist es möglich, sehr fein zu regeln und alle auftretendenStörgrößen, wie erhöhte Stromabnahme,. geringe Drehzahl usw., in einem einzigenSteuerglied zusammenzufassen.According to the invention, the power generator is provided with aof electrical quantities, such as current or voltage, - working displacement devicefitted. Da-d) xrch it is possible to regulate very finely and all occurringDisturbance variables such as increased current consumption. low speed, etc., in a singleTo summarize control element.

Mit besonderem _ Vorteil wird dem verschiebbaren Polrad noch an- eineroder von beiden Seiten des Ständers ein Streujoch zugeordnet, so daß bei der Verschiebungdes permanentmagnetischen Polrades nicht bloß eine Veränderung= des Luftspalteszum Ständer, sondern außerdem auch -eine gegenläufiige Veränderung des Luftspaltes:zwischen. dem Polrad und dem Streujoch erreicht wird,--'wodurch ein erheblicherAnteil des Flusses von der aktiven Wicklung ferngehalten werden kann. Hierbei kanndie dem Polrad zugewendete Fläche der Streujoche abgestuft oder auch konisch ausgeführtwerden. Ein derartiges Streujoch kann entweder feststehend oder auch an dem Polradbefestigt ausgeführt werden, wobei es dann die seitliche Verschiebung des Polradesmitmacht. Durch die Neigung der Oberfläche sowie durch Abstände und Höhe einer etwaigenAbstufung kann den Erfordernissen der jeweils gewünschten Charakteristik weitgehendRechnung getragen werden.The displaceable pole wheel is particularly advantageousor from both sides of the stand assigned a scattering yoke, so that when movingof the permanent magnet pole wheel is not just a change = the air gapto the stand, but also -an opposite change in the air gap:between. the pole wheel and the Streujoch is reached, - 'whereby a considerableShare of the flux can be kept away from the active winding. Here canthe surface of the streujoche facing the pole wheel is stepped or conicalwill. Such a scattering yoke can either be stationary or also on the pole wheelbe carried out attached, with it then the lateral displacement of the pole wheelparticipate. By the inclination of the surface as well as by the distances and height of anyGradation can largely meet the requirements of the particular characteristic desiredTo be taken into account.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.Mit 1 ist die Welle der Maschine bezeichnet, die das Polrad 2 aus Permanentmagneten4 trägt. Diesem Polrad ist ein Ständer 5 zugeordnet. Sowohl Polrad als auch Ständersind konisch ausgeführt, so daß der Luftspalt 6 bei einer seitlichen Verschiebungdes Polrades geändert wird. Mit 7 ist die Wicklung des Ständers bezeichnet, in,derbei dem Umlauf des Polrades Strom erzeugt wird. Mit 8 ist eine Feder bezeichnet,die das Polrad samt der Welle von rechts nach links drückt. 9 stellt eine von demMaschinenstrom durchflossene Spule dar, die auf einen Eisenkörper10 wirkt,der gleichfalls auf die Welle aufgesetzt ist. 11 ist eine Riemenscheibe, mit derenHilfe der mechanische Antrieb auf die Maschine übertragen wird. 12 und 13 stellenStreujoche dar, die hier gleichfalls teilweise mit konischen Flächen 14 ausgeführtsind, denen entsprechende konische Stirnflächen 16 des Polrades zugeordnet sind.Auf diese Weise wird erreicht, daß bei einer axialen Verschiebung des Rades einerheblicher Teil des Kraftflusses unter Umgehung der Wicklung über die Streujochefließt.An embodiment of the invention is shown in the drawing. The shaft of the machine, which carries the pole wheel 2 made of permanent magnets 4, is designated by 1. A stator 5 is assigned to this pole wheel. Both the pole wheel and the stator are conical so that the air gap 6 is changed when the pole wheel is shifted laterally. With 7 the winding of the stator is referred to, in which electricity is generated when the pole wheel rotates. With a spring is referred to, which presses the pole wheel together with the shaft from right to left. 9 shows a coil through which the machine current flows andacts on an iron body 10 , which is also placed on the shaft. 11 is a pulley with the help of which the mechanical drive is transmitted to the machine. 12 and 13 represent Streujoche, which are also partially designed here with conical surfaces 14, to which corresponding conical end faces 16 of the pole wheel are assigned. In this way it is achieved that when the wheel is axially displaced, a considerable part of the power flow flows over the Streujoche, bypassing the winding.

Für manche Anwendungszwecke kann es vorteilhaft sein, das Polrad gegenüberder Welle verschiebbar auszuführen, so daß die Welle selbst nicht axial verschobenwird, was eine Vereinfachung der Lagerung mit sich bringt und außerdemunerwünschte Lageveränderungen des Übertragungsmittels, wie der Riemenscheibe oder-des Zahnrads, vermeidet. Das Polrad ist in diesem Fall lediglich in Umfangsrichtungstarr mit der Welle gekuppelt. Um den Luftspalt zwischen Polrad und Ständer aufeinen Minimalwert zu begrenzen, kann ein Anschlag vorgesehen sein.For some applications it can be advantageous to have the pole wheel oppositeexecute the shaft displaceable, so that the shaft itself is not axially displacedbecomes what a simplification of storagebrings with it and besidesunwanted changes in position of the transmission means, such as the pulley or-of the gear, avoids. In this case, the pole wheel is only in the circumferential directionrigidly coupled to the shaft. Around the air gap between the pole wheel and the statorTo limit a minimum value, a stop can be provided.

Die angegebene Kombination ermöglicht es also, die Vorteile einerMaschine mit Permanenterregung, die insbesondere in geringem Material- und Gewichtsaufwandsowie in dem Wegfall jeglicher Bürsten bestehen, mit einer einfachen und praktischverlustfreien Regelbarkeit zu verbinden. Im Zusammenhang mit Trockengleichrichtern,insbesondere Siliziumgleichrichtern, ist hierbei die Möglichkeit gegeben, den vonder Maschine erzeugten ein- oder mehrphasigen Wechsel- oder Drehstrom gleichzurichten,so daß man eine einfache Lichtmaschine für Fahrzeuge jeglicher Art erhält. Hierbeitreten die Vorteile des Wechselstromes insbesondere bei der Verwendung für verhältnismäßighohe Leistungen stark in den Vordergrund. Die mit der Maschine zusammengebautenSiliziurrigleichrichter können vorzugsweise durch den Kühlstrom der Maschine gleichfallsgekühlt werden.The specified combination makes it possible to enjoy the advantages of aMachine with permanent excitation, which is particularly low in material and weightas well as the elimination of any brushes, with a simple and practical oneto connect lossless controllability. In connection with dry rectifiers,in particular silicon rectifiers, the possibility is given here of therectify single or multi-phase alternating or three-phase current generated by the machine,so that you get a simple alternator for vehicles of any kind. Herethe advantages of alternating current occur in particular when used for proportionatelyhigh performance is in the foreground. The ones assembled with the machineSilicon rectifiers can also preferably be achieved by the cooling flow of the machinebe cooled.

Die Neigung der Oberfläche des Polrades bzw. Ständers hat insbesondereden Vorteil, daß man mit sehr kleinen Axialbewegungen eine große Wirkung erzielenkann. Es ist also nur erforderlich, wenig Masse bzw. diese nur um einen kleinenWeg zu bewegen, was für die Regelungsvorgänge, insbesondere hinsichtlich der Spannung,von großem Vorteil ist.The inclination of the surface of the pole wheel or stator has in particularthe advantage that you can achieve a great effect with very small axial movementscan. So it is only necessary to have a little mass or this only by a small amountMove away what is responsible for the control processes, especially with regard to the voltage,is of great benefit.

Unter Umständen ist es auch möglich, in den durch die Verschiebunggewonnenen, vergrößerten Luftspalt noch Streukörper einzuschieben, wodurch gleichfallseine Änderung der Durchflutung erreicht werden kann.Under certain circumstances, it is also possible to move in through the shiftobtained, enlarged air gap still insert scattering body, which alsoa change in the flow rate can be achieved.

Durch die über das Streujoch bzw. etwaige Streukörper fließenden Kraftlinienwerden auf das Polrad ebenfalls Kräfte mit in Axialrichtung liegenden Komponentenausgeübt, die für die Zwecke der Erfindung ausgenutzt werden können. Zwecks Erzielungeiner bestimmten Charakteristik kann die von .dem gemeinsamen Fluß zwischen Ständerund Polrad ausgeübte Kraft zur Verstellung des Polrades in axialer Richtung mitherangezogen werden. Die verschiedenen auf das Polrad einwirkenden Kräfte könnenderart abgestimmt sein, daß sich der Luftspalt selbsttätig auf einen Wert einstellt,durch den die Maschinenspannung unabhängig von der Drehzahl praktisch konstant gehaltenwird. ;By the lines of force flowing over the scattering body or any scattering bodyForces with components lying in the axial direction are also applied to the pole wheelexercised, which can be exploited for the purposes of the invention. In order to achievea certain characteristic can be that of .dem common flow between statorand pole wheel with the force exerted to adjust the pole wheel in the axial directioncan be used. The various forces acting on the pole wheel canbe coordinated in such a way that the air gap automatically adjusts to a valuethrough which the machine voltage is kept practically constant regardless of the speedwill. ;

Claims (14)

Translated fromGerman

PATENTANSPRÜCHE:1. Elektrischer Stromerzeuger, insbesonderefür die Verwendung als Lichtmaschine, mit umlaufendem Polrad aus Permanentmagneten,wobei Polrad- und Ständerbohrung derart geformt sind, daß durch eine axiale Verschiebungvon Polrad und Ständer gegeneinander der wirksame Luftspalt selbsttätig geändertwird, dadurcfi gekennzeichnet, daß die axiale Verschiebung durch Kräfte erfolgt,die in Abhängigkeit von elektrischen Größen, wie Strom oder Spannung, gesteuertwerden.PATENT CLAIMS: 1. Electric power generator, especially for use as an alternator, with a rotating pole wheel made of permanent magnets, the pole wheel and stator bore being shaped in such a way that the effective air gap is automatically changed by an axial displacement of the pole wheel and stator against each other, dadurcfi characterized in that the axial displacement occurs through forces that are controlled as a function of electrical parameters such as current or voltage.2. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polrad undStänderbohrung oder wenigstens eines von beiden abgestuft ausgeführt sind.2. Power generator according to claim 1, characterized in that the pole wheel andStator bore or at least one of the two are carried out in a stepped manner.3. Stromerzeugernach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polrad sowie Ständerbohrung oder wenigstenseines von beiden konisch ausgeführt sind.3. Power generatoraccording to claim 1, characterized in that the pole wheel and the stator bore or at leastone of the two are conical.4. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß zu einer oder zu beiden Seiten des Ständers ein Streujoch angeordnetist, über das gegebenenfalls ein erheblicher Teil des Magnetflusses fließt.4. Power generator according to claim 1, characterizedcharacterized in that a Streujoch arranged on one or both sides of the standis through which a considerable part of the magnetic flux may flow.5. Stromerzeugernach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl :die Stirnflächen des Polradeswie auch die diesen zugeordneten Flächen der Streujoche oder wenigstens eines vonbeiden konisch ausgeführt sind.5. Power generatoraccording to claim 4, characterized in that both: the end faces of the pole wheelas well as the surfaces of the Streujoche assigned to them or at least one ofboth are conical.6. Stromerzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß die Stirnflächen des Polrades wie auch die diesen zugeordneten Flächen der Streujocheoder wenigstens eines von beiden abgestuft ausgeführt sind.6. Power generator according to claim 4, characterized in thatthat the end faces of the pole wheel as well as the faces of the Streujoche assigned to themor at least one of the two are carried out in a stepped manner.7. Stromerzeuger nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag vorgesehenist, der den Luftspalt zwischen Polrad und Ständer auf einen Minimalwert begrenzt.B.7. Power generator afterOne of the preceding claims, characterized in that a stop is providedwhich limits the air gap between the pole wheel and the stator to a minimum value.B.Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß Federn vorgesehen sind, die den durch die Magnetkräfte zwischen Polrad und Ständerausgeübten Zug wenigstens teilweise kompensieren.Electricity generator according to one of the preceding claims, characterized in thatthat springs are provided, which by the magnetic forces between the pole wheel and the statorAt least partially compensate for the pull exerted.9. Stromerzeuger nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine besondere, von einemSteuerstrom durchflossene Magnetwicklung vorgesehen ist, die auf das Polrad eineVerstellkraft ausübt.9. Power generator according to one of thepreceding claims, characterized in that a special, of oneControl current flowing through magnet winding is provided, which is on the pole wheelAdjusting force exerts.10. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die von dem gemeinsamen Fluß zwischen Ständer und Polradausgeübte Kraft zur Verstellung des Polrades in axialer Richtung zwecks Erzielungeiner bestimmten Charakteristik mit herangezogen wird.10. Power generator according to one of the preceding claims,characterized in that the common flux between the stator and the pole wheelforce exerted to adjust the pole wheel in the axial direction in order to achieve thisa certain characteristic is used.11. Stromerzeuger nach einemder vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen, aufdas Polrad einwirkenden Kräfte derart abgestimmt sind, daß sich der Luftspalt stelbsttätigauf einen Wert einstellt, durch den die Maschinenspannung unabhängig von der Drehzahlpraktisch konstant gehalten wird.11. Power generator after oneof the preceding claims, characterized in that the different onForces acting on the pole wheel are coordinated in such a way that the air gap is self-actingto a value that makes the machine voltage independent of the speedis kept practically constant.12. Stromerzeuger nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polrad gemeinsam mit der Welle verschiebbarausgeführt ist.12. Power generator according to one of the precedingClaims, characterized in that the pole wheel is displaceable together with the shaftis executed.13. Stromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß das Polrad auf der Welle in Achsrichtung lose verschiebbar undlediglich in Umfangsrichtung starr gekuppelt aufgesetzt ist.13. Power generator according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that the pole wheel is loosely displaceable on the shaft in the axial direction andis only attached rigidly coupled in the circumferential direction.14. Lichtmaschine mitWechselstromerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß Siliziumgleichrichter zur Gleichrichtung mit der Maschine zusammengebaut sind,die vorzugsweise durch den Kühlstrom der Maschine gleichfalls gekühlt werden. InBetracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 420456, 883 621,895620.14. Alternator with alternator according to one of the preceding claims, characterized in that silicon rectifiers are assembled for rectification with the machine, which are preferably also cooled by the cooling flow of the machine. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 420456, 883 621,895620.