DE3013424A1 - ELECTRIC MACHINE - Google Patents
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Description
R. 6 217.R. 6 217.
8.2.198O Chr/Sm8.2.198O Chr / Sm
Elektrische Maschine Stand der TechnikElectric machine State of the art
Die Erfindung geht aus von einem Generator nach der Gattung des Hauptanspruchs, üblicherweise wird ein solcher Generator von der Kurbelwelle aus über Riemenscheiben und e,inen Keilriemen angetrieben. Das hat den Nachteil, "daß der Generator als separates Bauelement mechanischen Beschädigungen und der üblichen Verschmutzung im Motorraum ausgesetzt ist. Außerdem ist ein nicht geringer Aufwand für den Antriebsmechanismus für den Generator erforderlich, auch dieser Mechanismus ist störanfällig.The invention is based on a generator according to the preamble of the main claim, usually such a generator Driven by the crankshaft via pulleys and a V-belt. That has the disadvantage "that the generator as a separate component is exposed to mechanical damage and the usual pollution in the engine compartment. aside from that a considerable effort is required for the drive mechanism for the generator, and this mechanism is also prone to failure.
Der erfindungsgemäße Generator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er innerhalb des Gehäuses des Antriebssystems mechanisch geschützt untergebracht ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß der Generator innerhalb des Gehäuses indirekt durch das Kühlsystem des Antriebssystems gekühlt und auf einer weitgehend konstanten Betriebstemperatur gehalten wird.The generator according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it is housed mechanically protected within the housing of the drive system. Another advantage is that that the generator inside the housing is indirectly cooled by the cooling system of the drive system and on a largely constant operating temperature is maintained.
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Mit dem erfindungsgemäßen Generator kann das Schwungmoment des Schwungrades 27 um das Schwungmoment des Rotors 18 vermindert werden. Damit stellt der Rotor 18 kein zusätzliches Gewicht dar, als Generatorgewicht ist vielmehr lediglich das Gewicht des Stators 11 anzusetzen.With the generator according to the invention, the moment of inertia of the flywheel 27 can be reduced by the moment of inertia of the rotor 18. The rotor 18 thus does not provide any additional The weight of the generator is merely the weight of the stator 11.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Generators möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der Generator zur Reduzierung des Gewichts des Abtriebssystems dadurch beiträgt, daß er mit dem Schwungrad integriert ist. Auch das Gewicht des Generators selbst wird v^ringert, und zwar allein auf das Gewicht des Ständers, wenn der Generatorrotor als Schwungrad mit verwendet wird. Schließlich ist es nicht erforderlich, daß der Ständer den gesamten Rotorumfang t bedeckt, wodurch sich der Generator besonders raumsparend unterbringen läßt. Wenn der Stator in mehrere Segmente aufgeteilt ist, kann in vorteilhafter Weise an jedes der Segmente ein eigener Verbraucherkreis angeschlossen werden, beispielsweise Verbraucher mit einer anderen Spannungslage oder Wechselspannungsverbraucher. Es können mehrpulsige Stromrichter zum Gewinnen von Gleichstrom vorgesehen werden.The measures listed in the subclaims allow advantageous developments and improvements of the generator specified in the main claim. It is particularly advantageous that the generator helps reduce the weight of the output system in that it is integrated with the flywheel. The weight of the generator itself is also reduced, specifically to the weight of the stator alone, if the generator rotor is also used as a flywheel. Finally, it is not necessary for the stator to cover the entire circumference of the rotor t , as a result of which the generator can be accommodated in a particularly space-saving manner. If the stator is divided into several segments, a separate consumer circuit can advantageously be connected to each of the segments, for example consumers with a different voltage level or alternating voltage consumers. Multi-pulse converters can be provided for generating direct current.
Durch eine entsprechende Anordnung der Erregerwicklung läßt sich eine hohe magnetische Durchflutung bei einer vorgegebenen Betriebsspannung und einem vorgegebenem Wickelraum erreichen. Gegenüber bekannten Anordnungen ist dadurch eine höhere Ausgangsleistung des Generators erzielbar. Bei geeigneter Ausführung der Statorsegmente können diese zunächst zusammenhängend in der Form eines Rings hergestellt und dann durch ein Auftrennen des Rings im einzelnen gewonnen werden. Werden U-förmige Statorsegmente verwendet, ist die Ausgangsleistung des Generators weitgehend unabhängig vom Lagerspiel des Rotors. Bei einer entsprechenden Ausführung sind dieBy arranging the excitation winding accordingly, a high magnetic flux can be achieved for a given Achieve operating voltage and a given winding space. Compared to known arrangements, this is a higher generator output achievable. With a suitable design of the stator segments, these can initially can be made coherently in the shape of a ring and then obtained in detail by cutting the ring. If U-shaped stator segments are used, the output power of the generator is largely independent of the bearing clearance of the rotor. With a corresponding design, the
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- * - R. 6 2- * - R. 6 2
.λ. Chr/Sm.λ. Chr / Sm
Wicklungen vorteilhaft als fertig eingelegte vorgefertigte ' Einzelspulen ausführbar, es ergeben sich außerdem kleine mittlere Leiterlängen für die Erregerwicklung und die Ausgangswicklung.Windings advantageous as ready-made prefabricated ' Individual coils can be implemented, there are also small average conductor lengths for the excitation winding and the Output winding.
Zeichnung . Drawing .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt"den mechanischen Aufbau und einen Blick in ein Gehäuse eines Fahrzeugantriebs mit dem erfindungsgemäßen Generator j die Figuren 2 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele des Stators, Figuren 2, 3, 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele des Rotorkranzes.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows the mechanical structure and a view of a housing of a vehicle drive with the generator according to the invention, FIGS. 2 to 4 show exemplary embodiments of the stator, FIGS. 2, 3, 5 and 6 show exemplary embodiments of the rotor ring.
Die Figur 1 zeigt den Aufbau eines heteropolaren Generators, wie er für die Erfindung verwendet, und einen Längsschnitt durch das Gehäuse eines Fahrzeugantriebs, beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Blick insbesondere auf das Schwungrad und die Kupplung. Es sollen nur diejenigen Teile der an sich bekannten Anordnung beschrieben werden, die für das Verständnis der Erfindung von Wichtigkeit sind.FIG. 1 shows the structure of a heteropolar generator as used for the invention, and a longitudinal section through the housing of a vehicle drive, for example with an internal combustion engine, with a view in particular of the Flywheel and clutch. Only those parts of the arrangement known per se are to be described for an understanding of the invention is important.
Eine Kurbelwelle 21 mit einer Wange 22 ist mit Hilfe eines Gleitlagers 23 im Gehäuse 24 des Verbrennungsmotors gelagert. Auf das Motorgehäuse 24 ist ein Kupplungsgehäuse 25 aufgesetzt, das unter anderem die Kupplung 26 enthält. Auch ein Schwungrad 27, das mit Hilfe von Schrauben 28 an die Kurbelwelle 21 angeflanscht ist, ist im Kupplungsgehäuse 25 enthalten. A crankshaft 21 with a cheek 22 is mounted in the housing 24 of the internal combustion engine with the aid of a slide bearing 23. A coupling housing 25, which, among other things, contains the coupling 26, is placed on the motor housing 24. Also a Flywheel 27, which is flanged to crankshaft 21 with the aid of screws 28, is contained in clutch housing 25.
Ein Stator 11 ist im Kupplungsgehäuse 25 befestigt. Der Stator 11 trägt eine Erregerwicklung 12 und eine Wechselstrom-Aus-A stator 11 is fastened in the clutch housing 25. The stator 11 carries an excitation winding 12 and an alternating current output
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"^- R-6217"^ - R -6217
λ Chr/Smλ Chr / Sm
gangswicklung 13. Die Wicklungen 12 und 13 liegen in Nuten zwischen Zähnen 16. In der Bohrung des Stators 11 ist ein Rotor 18, um die Welle 17 drehbar, gelagert. Der Rotor 18 weist zur Erzeugung von Leitwertschwankungen Zähne 19 auf, die zum Stator 11 hin gerichtet sind, oder besteht aus einem lameliierten mäanderförmig ausgebildetem Blechkranz, der teilweise in den U-förmigen Stator 11 hineinragt. Bei der Erfindung sind der Stator 11 und der Rotor 18 geblecht, also lamelliert, ausgeführt.speed winding 13. The windings 12 and 13 are in slots between teeth 16. In the bore of the stator 11 is a Rotor 18, rotatable about shaft 17, is supported. The rotor 18 has teeth 19 to generate fluctuations in conductance, which are directed towards the stator 11, or consists of a laminated, meandering sheet metal ring, which is partially protrudes into the U-shaped stator 11. In the invention the stator 11 and the rotor 18 are laminated, ie laminated.
Es ist nicht erforderlich, daß sich der Stator 11 über den gesamten Umfang des Rotors 18 erstreckt. Wegen .es verhältnismäßig großen Durchmessers des Rotors 18, der durch den Durchmesser des Schwungrades 27 bedingt ist, kann die geforderte Generatorleistung von einem Stator 11 geliefert werden, der nur einen Teil des Umfangs des Rotors 18 bedeckt. Es ist möglich, den Stator 11 in eine Mehrzahl von Segmenten aufzuteilen und entsprechend dem Statorteil 11 in Figur 1 im Kupplungsgehäuse anzuordnen. Jedes einzelne Segment kann dann beispielsweise über voneinander getrennte Ausgpngswicklungen 13a, 13b ... einen eigenen Teil des Bordnetzes, beispielsweise mit abweichender Spannungslage oder einen Wechselspannungsverbraucher, speisen.It is not necessary for the stator 11 to extend over the entire circumference of the rotor 18. Because of it large diameter of the rotor 18, which is caused by the diameter of the flywheel 27, the required Generator power can be supplied by a stator 11 which covers only part of the circumference of the rotor 18. It is possible to divide the stator 11 into a plurality of segments and, corresponding to the stator part 11 in FIG To arrange clutch housing. Each individual segment can then, for example, have separate output windings 13a, 13b ... a separate part of the vehicle electrical system, for example with a different voltage level or an AC voltage consumer, Food.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 2 der Rotor 18 als geblechtes Zahnrad mit Zähnen 19 ausgebildet. Dieses Zahnrad 18, 19 ist, wie schon beschrieben, auf das Schwungrad 27 aufgesetzt. In radialer Richtung längs des Umfangs des Zahnrades 18, 19 ist der Stator 11 in Form eines Kreis-Segments angeordnet. Das Segment 11 trägt eine Erregerwicklung 12, die beispielsweise um das Mittelstück des Segments 11 gewickelt ist, und eine Wechselstrom-Ausgangswicklung 13, die in Nuten 15 auf der dem Rotor 18 zugewandten Seite des Segments eingelegt sind. Im übrigen sind in Figur und in den folgenden Figuren für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen auch wie in Figur 1 verwendet.In one exemplary embodiment of the invention, the rotor 18 in FIG. 2 is designed as a laminated toothed wheel with teeth 19. As already described, this gear 18, 19 is placed on the flywheel 27. In the radial direction along the The stator 11 is arranged in the form of a circular segment around the circumference of the gear 18, 19. The segment 11 carries an excitation winding 12 wound around the center of segment 11, for example, and an AC output winding 13, which are inserted into grooves 15 on the side of the segment facing the rotor 18. Otherwise are in Figure and in the following figures the same reference numerals as in FIG. 1 are used for the same components.
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• a ·• a ·
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
-A --A - R- 62 1 7R- 62 1 7
J^ Chr/SmJ ^ Chr / Sm
Durch die Ausführungsbeispiele in Figur 2 und 3 lassen sieh bei einer relativ kleinen Rotorzähnezahl aufgrund der günstigen mittleren Windungslänge der Erregerwicklung eine hohe Erregerdurchflutung bei einer vorgegebenen Betriebsspannung im gegebenen Wickelraum unterbringen. Gegenüber Ausführungen mit einer längs des Umfangs in zwei Spulen verteilten Erregerwicklung 12 läßt sich durch die Anordnung der Erregerwicklung 12 gemäß dem .Ausführungsbeispiel nach Figur 2 oder 3 ein Generator mit günstigerem Leistungsgewicht erzielen. The exemplary embodiments in FIGS. 2 and 3 allow a relatively small number of rotor teeth due to the favorable mean turn length of the excitation winding a accommodate high excitation flow at a given operating voltage in the given winding space. Opposite to Versions with one distributed in two coils along the circumference Excitation winding 12 can be arranged by the arrangement of the excitation winding 12 according to the .Example according to FIG 2 or 3 achieve a generator with a more favorable power-to-weight ratio.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind die Zähne 19 des geblechten Zahnrades 18, das den Rotor bildet und auf dem Schwungrad 27 befestigt ist, in axialer Richtung angeordnet. Ebenfalls in axialer Richtung steht dem Zahnrad 18, 19 ein Statorsegment 11 gegenüber. Die Erregerwicklung 12 und die Ausgangswicklung 13 sind wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 vorgesehen. Der Läufer-Zahnkranz l83 19 und die Statorsegmente 11 lassen sich aus Streifen von Dynamoblech herstellen, dabei werden.zuerst die Nuten unter Berücksichtigung der Durchmesseränderung gestanzt und dann der Zahnkranz 18, 19 und das Statorsegment 12 als Wickel gefertigt. Nach einem Fixieren der ringförmigen Wickel durch Kleben oder Nieten lassen sich die Statorsegmente 11 aus den betreffenden Ringen herausschneiden. Eine Nachbearbeitung ist nur auf der genuteten Stirnseite der ringförmigen Wickel und für den Fall einer formschlüssigen Befestigung auf der Innenseite oder Außenseite des LäuferZahnrades 18, 19 auf dem Schwungrad 27 erforderlich.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the teeth 19 of the laminated toothed wheel 18, which forms the rotor and is fastened to the flywheel 27, are arranged in the axial direction. A stator segment 11 also faces the gear 18, 19 in the axial direction. The excitation winding 12 and the output winding 13 are provided as in the exemplary embodiment according to FIG. The rotor ring gear 18 3 19 and the stator segments 11 can be made from strips of dynamo sheet, the grooves are punched first taking into account the change in diameter and then the ring gear 18, 19 and the stator segment 12 are made as a winding. After the annular winding has been fixed by gluing or riveting, the stator segments 11 can be cut out of the relevant rings. Post-processing is only necessary on the grooved end face of the annular winding and, in the event of a form-fitting fastening, on the inside or outside of the rotor gear 18, 19 on the flywheel 27.
Figur 4 zeigt zwei Varianten eines weiteren Ausführungsbeispieles. Auf dem Schwungrad 27 ist ein mäanderförmiger geblechter Rotorkranz 18 befestigt. Geblechte Statorsegmente tragen eine konzentrierte Erregerwicklung 12 und eine verteilte - Figur ka. - oder konzentrierte - Figur 4b - Wechselstrom-Ausgangswicklung 13-Figure 4 shows two variants of a further embodiment. A meander-shaped laminated rotor ring 18 is attached to the flywheel 27. Laminated stator segments carry a concentrated field winding 12 and a distributed - figure ka. - or concentrated - Figure 4b - AC output winding 13-
13 0 0 4 2/019313 0 0 4 2/0193
"^- R· 6 2 1 7"^ - R * 6 2 1 7
αΛ Chr/Sm α Λ Chr / Sm
• /W-• / W-
In Figur 5 ist gezeigt, wie der mäanderförmige Rotorkranz 18 auf dem Schwungrad 27 befestigt werden kann. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5a ist der Rotorkranz 18 durch einen den Rotorkranz 18 halbseitig umschließenden Blechmantel 31 am Schwungrad 27 befestigt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5b ist der Rotorkranz 18 mit Hilfe von Stiften 32 befestigt. Die Stifte 32 können von Isolierhülsen 33 umgeben sein; dies ist in Figur 5c dargestellt. Schließlich kann der Rotorkranz 18 einseitig in ein nichtmagnetisches Material 34 eingegossen sein. Als besonders günstig hat sich hierfür Aluminium erwiesen. Der Rotorkranz 18 ist dann zusammen mit diesem umgossenen nichtmagnetischen Material j'h auf dem Schwungrad 27 befestigt.FIG. 5 shows how the meander-shaped rotor rim 18 can be attached to the flywheel 27. In the embodiment according to FIG. In the exemplary embodiment according to FIG. 5 b, the rotor ring 18 is fastened with the aid of pins 32. The pins 32 can be surrounded by insulating sleeves 33; this is shown in Figure 5c. Finally, the rotor rim 18 can be cast on one side in a non-magnetic material 34. Aluminum has proven to be particularly favorable for this. The rotor ring 18 is then attached to the flywheel 27 together with this non-magnetic material j'h cast around it.
Dadurch, daß der Rotorkranz 18 bei den Ausführungsbeispielen nach Figur 4 und 5 von dem Statorsegment oder den Statorsegmenten 11 beidseitig umschlossen ist, ist die vom Generator abgegebene Leistung unabhängig vom Lagerspiel des Rotors 18 oder des Sehwungrades 27. Die geblechten Statorsegmente 11 lassen sich als Halbschnitte - Figur 4a - oder aus einzelnen Teilschnitten - Figur 4b - aufschichten und zusammenfügen. Die Wicklungen 12, 13 lassen sich fertigungstechnisch sehr vorteilhaft als konzentrierte Spulen herstellen und dann als fertige Spulen einlegen.Because the rotor ring 18 in the exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5 is from the stator segment or segments 11 is enclosed on both sides, the power output by the generator is independent of the bearing play of the rotor 18 or of the flywheel 27. The laminated stator segments 11 can be made as half-sections - FIG. 4a - or from individual ones Partial sections - Figure 4b - stack and join together. The windings 12, 13 can be very manufacturing technology advantageously produce as concentrated coils and then insert as finished coils.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Stator-Sektor-Segmente 11 hufeisenförmig ausgebildet und mit Nuten in Form von Schlitzen 35, 36 für die Ausgangswicklung 13"und die Erregerwicklung 12 versehen sind. Die abgegebene elektrische Leistung des Generators wird damit auch bei diesem Ausführungsbeispiel weitgehend unabhängig vom Lagerspiel des Rotors 18. Außerdem ergibt sich durch die gewählte Formgebung eine kleine mittlere Leiterlänge für die Erregerwicklung 12 und die Ausgangswicklung 13·Figure 6 shows an embodiment in which the stator sector segments 11 designed in the shape of a horseshoe and with grooves in the form of slots 35, 36 for the output winding 13 ″ and the excitation winding 12 are provided. The electrical power output of the generator is thus also in this exemplary embodiment largely independent of the bearing play of the rotor 18. In addition, the selected shape results in a small average conductor length for the excitation winding 12 and the output winding 13
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-/St-- / St-
R.6217R.6217
8.2,1980 Chr/Sm8.2.1980 Chr / Sm
Elektrische MaschineElectric machine
Es wird ein heteropolarer Generator für ein Batterieladesystem vorgeschlagen, der als Teil eines Schwungrades der Antriebsmaschine ausgebildet ist. Ein solcher Generator ist besonders vorteilhaft bei'Antriebssystemen in Kraftfahrzeugen verwendbar.A heteropolar generator for a battery charging system is proposed which, as part of a flywheel of the Drive machine is formed. Such a generator is particularly advantageous in drive systems in motor vehicles usable.
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