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Dokumentenidentifikation DE69627956T2 08.04.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000771061
Titel Kleiner Generator
Anmelder Sawafuji Electric Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Fukuda, Masahiro, Nitta-machi, Gunma-ken, JP;
Haruta, Youichi, Nitta-machi, Gunma-ken, JP;
Nishikura, Tohru, Nitta-machi, Gunma-ken, JP;
Yoshioka, Tohru, Nitta-machi, Gunma-ken, JP
Vertreter Patentanwälte Reichel und Reichel, 60322 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69627956
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.10.1996
EP-Aktenzeichen 961169661
EP-Offenlegungsdatum 02.05.1997
EP date of grant 07.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.04.2004
IPC-Hauptklasse H02K 21/02
IPC-Nebenklasse H02K 1/16   H02K 1/24   H02K 19/22   H02K 19/28   H02K 15/06   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Generator, insbesondere einen kleinen Generator, der durch einen Motor angetrieben wird, und noch spezieller auf eine Konstruktion des Ständers und Läufers, die es ermöglicht, die Abmessungen des Generators kompakter auszubilden und eine höhere Leistung zu erzeugen, ohne das Betriebsverhalten zu beeinträchtigen.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

18 ist ein schematisches Diagramm zur Unterstützung der Erläuterung eines herkömmlichen kleinen Generators. Die Bezugszahl 10 bezieht sich auf einen Ständer, 20 auf einen Läufer. Der Ständer 10 ist durch Lamellierung einer Vielzahl von ringförmigen Ständerkernen 1 ausgebildet. An der inneren Umfangsfläche des Ständers 10 ist eine Vielzahl von Nuten 2 (beispielsweise 36 Nuten) in gleichen Abständen von der inneren Umfangsfläche des Ständers 10 ausgebildet. Bei einem einphasigen Generator, dessen Ausgangsspannung (selbsttätig) geregelt wird, ist in 24 oberen und unteren Nuten 2 eine Hauptwicklung 3 und in vier linken und rechten Nuten eine Hilfswicklung 4 angeordnet. Die übrigen acht Nuten 2 sind leere Nuten.

Innerhalb des Ständers 10 ist ein Läufer 20 mit zwei ausgeprägten Polen auf einer Welle 21 gelagert. Der Läufer 20 ist durch Lamellierung einer vorbestimmten Anzahl von Läuferkernen 22 mit einer Form, die in 21 dargestellt ist, ausgebildet. Der Läuferkern 22 hat in seiner Mitte ein Wellenloch 23 mit einem Durchmesser b und einen Läuferwicklungsteil 24, auf den die Läuferwicklung gewickelt ist, mit Magnetpolstücken 25 an seinen beiden Enden. Um das Wellenloch 23 herum sind ausgebauchte Teile 26 mit einem Durchmesser a zur Erleichterung des Durchflusses magnetischer Flüsse ausgebildet. Auf den Läuferwicklungsteil 24 ist eine Feldwicklung 28 über einen Wickelkörper 27 gewickelt, wie es in 1 dargestellt ist.

Der in 22 dargestellte Läuferkern 22 ist eine Verbesserung des in 21 dargestellten Läuferkerns 22, wobei die Lamellierungsarbeit verbessert worden ist. Der in 22 dargestellte Läuferkern 22 hat drei Quetschteile 29, die auf dem in 21 dargestellten Läuferkern 22 durch Stanzen und Hochdrücken von Vorsprüngen 30 ausgebildet sind, wie es in der vergrößerten Ansicht eines in 23 dargestellten Quetschteils dargestellt ist, wobei 23 den Querschnitt K-K der 22 in Richtung der Pfeile darstellt.

Ein Ständerkern 1, der einen Ständer 10 bildet, ist in einer Form mit einem Außendurchmesser D durch Ausstanzen eines Bleches mit der Abmessung A × B (A < D, B < D, A < B), mit parallelen Teilen 15 und 16 am Umfang jeweils auf den Seiten einer Hauptwicklung 3 und einer Hilfswicklung 4 ausgebildet.

Wenn sich der Läufer 20 bei einem Generator mit dem erwähnten Aufbau dreht, wird in der Haupt- und der Hilfswicklung 3 und 4 durch einen Remanentmagnetismus in dem Läufer 20 eine Wechselspannung induziert. Die in der Hilfswicklung 4 induzierte Wechselspannung wird durch einen Gleichrichter 21 in eine Gleichspannung gleichgerichtet, die in einer Feldwicklung 28 einen Feldstrom hervorruft. Durch Wiederholung dieses Zyklus wird eine Spannung erzeugt, und an Ausgangsanschlüssen 17 der Hauptwicklung 3 wird eine Wechselspannung mit einem vorbestimmten Wert induziert.

Die Hauptwicklung 3 und die Hilfswicklung 4 werden mittels einer Wickelmaschine auf den Ständer 10 gewickelt.

19 ist eine perspektivische Ansicht des wesentlichen Teils einer Ständer-Wickelmaschine.

In der Figur bezieht sich die Zahl 51 auf ein Messer. Auf einer (nicht dargestellten) Bodenplatte ist die gleiche Anzahl von Messern 51, beispielsweise 36, wie die Anzahl der Nuten 2 des Ständers 10 kreisförmig angeordnet, so daß die Kante jedes Messers 51 in die Öffnung der Nut 2 eintritt. Die Zahl 52 bezieht sich auf einen Abstreifer mit Rippen 53 in Form der Zähne eines Zahnrads, so daß die Rippen 53 zwischen zwei benachbarten Messern 51 eintreten können. Diese zahnartigen Rippen 53 sind von der Oberseite der Bodenplatte aus über eine Welle vertikal beeegbar, die durch die Bodenplatte hindurchgeht.

Um eine Wicklung im Schlitz 2 des Ständers 10 mit der erwähnten Wickelmaschine einzulegen, wenn der Ständer 10 von oberhalb des Messers 51 in einem Zustand angeordnet worden ist, in dem beispielsweise die Hilfswicklung 4 zwischen den beiden Messern 51 gehalten wird, wie es in 19 dargestellt ist, tritt ein Teil der Hilfswicklung 4 in die Öffnung der Nut 2 ein. Als nächstes wird, wenn der Abstreifer 52 angehoben wird, ein Teil der um die Mitte des Ständers 10 herum angeordneten Hilfswicklung 4 ebenfalls nach oben in die Nut 2 zwischen den Messern 51 heraus zusammen mit dem Abstreifer 52 ebenfalls nach oben gezogen.

Sobald ein Teil der Hilfswicklung 4 durch den Abstreifer 52 angehoben worden und über das obere Ende der Messer 51 hinweggegangen ist, ist die gesamte Hilfswicklung 4 in der Nut 2 angeordnet. Nachdem die Hilfswicklung 4 in der Nut 2 angeordnet worden ist, werden auf beiden Endflächen des Ständers 10 angeordnete Teile der Hilfswicklung 4 erneut geformt. Danach ist das Einlegen der Wicklung beendet.

Die erwähnte Ständerwicklungs-Einlegemaschine wird in ähnlicher Weise zum automatischen Einlegen der Hauptwicklung 3 benutzt, die in die Form der 8 gebracht worden ist, beispielsweise in ähnlicher Weise, wie es in 20 dargestellt ist, indem beispielsweise ein Spulenformungsrahmen benutzt wird, wie er in der japanischen Patentschrift Sho-58(1983)-58893 offenbart ist. Mit 54 ist in 20 ein Wicklungsbewegungswerkzeug zum Bewegen der Hauptwicklung 3 zur Ständerwicklungs-Einlegemaschine, unter Beibehaltung ihrer Form, bezeichnet.

Bei dem in 18 dargestellten Ständer 10 ist die Breite, d. h. die Nutrückenlänge W, des Ständers 10 in der Nähe der Nut 2, in der die Hilfswicklung 4 angeordnet ist, am kleinsten. Infolgedessen ist die Querschnittsfläche in einer die Achsenlinie des Ständers 10 aufweisenden Ebene in diesem Teil am kleinsten. Dadurch wird der magnetische Widerstand erhöht und die Ausgangsleistung der Hauptwicklung 3 infolge magnetischer Sättigung verringert.

Wenn daß äußere Profil des Ständers 10 genau kreisförmig geformt würde, um die Querschnittsfläche des Ständers 10 zu vergrößern, würden die Abmessungen des Materials des Ständerkerns 1 vergrößert, so daß die Stanzleistung des Ständerkerns 1 verringert und die Herstellungskosten erhöht würden. Eine Vergrößerung der Anzahl der Bleche des Ständerkerns 1, um die Querschnittsfläche zu vergrößern, würde die Abmessungen des Ständers 10 in Axialrichtung vergrößern. Dies würde einer Miniaturisierung und Gewichtsverringerung bei kleinen Generatoren zuwiderlaufen und die Herstellungskosten erhöhen.

Der in 21 dargestellte Läuferkern 22 ist durch aufeinanderfolgende Lamellierung einer vorbestimmten Anzahl von Läuferkernen 22 und anschließendes Anordnen der Lamellen (Bleche) auf der Welle 21 im Preßsitz ausgebildet. Dies führt zu einer schlechteren Ausführbarkeit.

Der Läuferkern 22 nach 22 ist durch Zusammensetzen einer vorbestimmten Anzahl von Läuferkernen 22 zu einer Kernanordnung ausgebildet, wobei die drei Quetschteile 29, die auf dem Läuferkern 22 ausgebildet sind, als Führungen benutzt und die Kernanordnung im Preßsitz auf der Welle 21 angeordnet wird. Dies führt sicher zu einer verbesserten Ausführbarkeit. Hinsichtlich der Leistung bewirkt die Anwesenheit des Vorsprungs 30, der durch Stanzen und Hochdrücken des Quetschteils 29 ausgebildet ist, in einem Magnetkreis eine Behinderung des magnetischen Flusses, so daß die Ausgangsleistung abnimmt.

Ein Generator der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bis 4 angegebenen Art ist aus der US 3 942 055 A bekannt. Die Art des Läufers ist in diesem Dokument jedoch nicht offenbart.

Die JP 55043986 A offenbart einen lamellierten zylindrischen Läufer aus Eisenplatten mit rechteckigen radialen Vorsprüngen mit axial vorstehenden Quetschteilen, die durch Einschnitte ausgebildet sind. Nachdem die Platten übereinander gestapelt wurden, so daß die Quetschteile ineinandergreifen und schräg stehen, werden die Eisenplatten in Aluminium gegossen und die radialen Vorsprünge abgeschnitten. Das Gießen der Eisenplatten und Abschneiden der radialen Vorsprünge ist jedoch kostspielig.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen kleinen Generator anzugeben, dessen Ausgangsleistung höher ist, ohne die Abmessungen des Läufers, d. h. die Außenabmessungen des Generators, zu vergrößern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Generator mit einem Ständer anzugeben, bei dem die Materialien effektiv ausgenutzt werden, ohne das Betriebsverhalten zu verschlechtern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Generator mit einem Ständer anzugeben, in dem erzeugende Wicklungen automatisch eingelegt werden können, ohne das Betriebsverhalten zu verschlechtern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Generator mit einem Läufer anzugeben, dessen Kerne effizient lamelliert werden können, ohne das Betriebsverhalten zu verschlechtern, und zwar durch Quetschmittel an Stellen, an denen der magnetische Fluß nicht behindert werden kann.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Generator mit einem Läufer anzugeben, der durch völlige Automatisierung der Lamellierung der Läuferkerne und das Wickeln der Läuferspulen hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß ist ein Generator so aufgebaut, wie es in Anspruch 1 angegeben ist.

Verbesserungen und Weiterbildungen dieses Generators sind in den Unteransprüchen definiert.

Der in dem Ausführungsbeispiel offenbarte kleine Generator weist auf: einen Ständer, der an der inneren Umfangsfläche Nuten aufweist, in denen Generatorwicklungen angeordnet sind, und einen Läufer mit ausgeprägten Polen, der in dem Ständer drehbar gelagert ist, und einen solchen Aufbau hat, daß der Ständer eine Vielzahl von Vertiefungen mit im wesentlichen der gleichen Breite wie die Breite der Nutenöffnungen und einer kleineren Fläche als die Fläche der Nuten in seiner inneren Umfangsfläche in der Nähe der Nuten, in denen die Generatorwicklungen angeordnet sind, und der Läufer Quetschmittel mit kleinerer Breite als der Durchmesser des Wellenlochs an Stellen aufweist, die in der Mitte der kreisbogenförmigen ausgebauchten Teile liegen; wobei die Breite des Magnetkreises des Läuferwicklungsteils größer als das zweifache der kleinsten Nutrükkenlänge der Nuten ist, die im Ständer ausgebildet sind, so daß die Ausgangsleistung des Generators erhöht werden kann, ohne die Außenabmessungen des Generators zu vergrößern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Ständers und Läufers.

2 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils S der 1.

3 ist eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Läuferkerns.

4 ist ein Wicklungsanordnungsdiagramm zur Unterstützung der Erläuterung des elektrischen Winkels der Haupt- und Hilfswicklungen im Ständer nach 1.

5 ist ein Wicklungsanordnungsdiagramm zur Unterstützung der Erläuterung des elektrischen Winkels der Hauptund Hilfswicklungen im Ständer nach 1.

6 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Eingriffs des Ständers, der eine Vertiefung aufweist, mit einem Messer zum Einlegen der Wicklung.

7 ist ein elektrisches Schaltbild eines Generators mit einem selbsttätigen Spannungsregler in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

8 ist ein elektrisches Schaltbild eines Generators mit einem selbsttätigen Spannungsregler in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

9 ist ein elektrisches Schaltbild eines Generators mit einem selbsttätigen Spannungsregler in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

10 ist ein Kurvendiagramm einer unbelasteten Ausgangsspannung eines herkömmlichen kleinen Generators.

11 ist ein Kurvendiagramm einer unbelasteten Ausgangsspannung eines erfindungsgemäßen kleinen Generators.

12 ist ein Kurvendiagramm einer belasteten Ausgangsspannung eines herkömmlichen kleinen Generators.

13 ist ein Kurvendiagramm einer belasteten Ausgangsspannung eines herkömmlichen kleinen Generators.

14 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung der Form eines Ausführungsbeispiels des Ständerkerns, der zusammen mit dem Läufer nach 1 benutzt wird.

15 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung der Form eines weiteren Ausführungsbeispiels des Ständerkerns, der zusammen mit dem Ständer nach 1 benutzt wird.

16 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung der Form eines weiteren Ausführungsbeispiels des Ständerkerns, der zusammen mit dem in 1 dargestellten Ständer benutzt wird.

17 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung der Form eines weiteren Ausführungsbeispiels des Ständerkerns, der zusammen mit dem in 1 dargestellten Ständer benutzt wird.

18 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung des Umrisses eines herkömmlichen kleinen Generators.

19 ist eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils einer Ständerwicklungs-Einlegemaschine.

20 ist eine Draufsicht zur Unterstützung der Erläuterung der Hauptwicklung.

21 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung der Form des Läuferkerns des herkömmlichen kleinen Generators.

22 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung der Form des Läuferkerns des herkömmlichen kleinen Generators.

23 ist ein vergrößerter Ausschnitt eines Quetschteils im Schnitt K-K in 22.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

1 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Ständers und Läufers, 2 eine vergrößerte Ansicht des Teils S der 1 und 3 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Läuferkerns.

In den 1 bis 3 sind gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszahlen wie in den 18 und 21 oder 22 bezeichnet. Die Zahl 18 bezeichnet eine Vertiefung, die im wesentlichen die gleiche Breite b2 wie die Breite b1 der Öffnung der Nut 2 und eine Tiefe h2, die größer als die Lippenhöhe h1 des Messers 51 ist. An der inneren Umfangsfläche auf derjenigen Seite, die dem parallelen Teil 16 des Ständers 10 entspricht, ist eine Vielzahl von Vertiefungen 18 in den gleichen Umfangsabständen wie die Umfangsabstände der Nuten 2 ausgebildet, wie es in 2 dargestellt ist.

Die Tiefe h4 der Vertiefung 18 ist größer als die Eindringtiefe h3 der Rippe 53 des Abstreifers 52 in die Öffnung der Nut 2. Die Fläche der Vertiefung 18 ist kleiner als die Fläche der Nut 2.

Die Hauptwicklungen 3 sind in 24 Nuten 2 wie im Falle der Hauptwicklungen, die in 18 dargestellt sind, angeordnet, während die Hilfswicklungen 4 in vier Nuten 2 neben den Hauptwicklungen 3 angeordnet sind. Die Gruppen der Hilfswicklungen 4, die jeweils zu Rechtecken gewickelt und in zwei sich gegenüberliegende Nuten 2 angeordnet sind, sind in Reihe geschaltet, so daß ihr elektrischer Winkel mit den Hauptwicklungen 3 beispielsweise etwa 90° beträgt.

Der sich frei im Ständer 10 um die Welle 23 drehende Läufer 20 ist aus lamellierten Läuferkernen 22 mit einer äußeren Form, wie sie in 3 dargestellt ist, ausgebildet. Der Läuferkern 22 hat Quetschteile 29 mit einer Breite c, die kleiner als der Durchmesser des Wellenlochs 23 an Stellen in der Mitte der ausgebauchten Teile 26 und außerhalb des Durchmessers a der ausgebauchten Teile 26 ist. Die Quetschteile 29 haben gestanzte und hochgedrückte Vorsprünge 30, wie es in 23 dargestellt ist. Da die Quetschteile 29 an Stellen außerhalb des Durchmessers a der ausgebauchten Teile 26 ausgebildet sind, behindern die Quetschteile 29 den Magnetfluß nicht, noch verringern sie die Ausgangsleistung des Generators.

Eine vorbestimmte Anzahl der erfindungsgemäßen Läuferkerne 22 ist sequentiell zu einer Kernanordnung lamelliert (gestapelt), die das Krimpfen der Läuferkerne mittels der Vorsprünge 30 der beiden Quetschteile 29, die auf den Läuferkernen 22 ausgebildet sind, umfaßt. Die Welle 21 wird im Preßsitz mit der lamellierten Kernanordnung verbunden. Dann wird ein Wickelkörper 27 am Läuferwicklungsteil 24 angebracht, wie es in 1 dargestellt ist, und eine Feldwicklung 28 mit einer vorbestimmten Anzahl von Windungen mittels einer Wickelmaschine auf den Wickelkörper 27 gewickelt. Dabei können die gleichen Bedingungen für das Wickeln der Feldwicklung 28 wie bei dem herkömmlichen Verfahren erreicht werden, da die Breite c der Quetschteile 29 kleiner als der Durchmesser b des Wellenlochs 23 ausgebildet ist. Das heißt, es kann die gleiche Art von Wickelkörper 27 wie die herkömmliche Art am Läuferwicklungsteil 24 angebracht werden. Da ferner die Quetschteile 29 in der Mitte der ausgebauchten Teile 26 vorgesehen sind, wird ein Kühlluftkanal zwischen den beiden Wickelkörpern 27 ausgebildet, so daß ein Anstieg der Temperatur der Feldwicklung 28 verhindert wird.

Ferner ist die halbe Breite d des Läuferwicklungsteils 24 des Läuferkerns 22, d. h. d/2, also die Hälfte der Breite d des Läufermagnetkreises, größer als die kleinste Nutrükkenlänge x des Ständerkerns 1 gewählt, was noch anhand von 1 beschrieben wird. Auf diese Weise, d. h. dadurch, daß die Hälfte d/2 der Läufermagnetkreisbreite d des Läuferkerns 22 größer als die kleinste Nutrückenlänge X des Ständerkerns 1 ausgebildet ist, d. h. die Läufermagnetkreisbreite des Läuferkerns 22 größer als 2X ist, das Doppelte der kleinsten Nutrückenlänge X des Ständerkerns 1, kann der durch den Läufer in Bezug auf den Ständerkern 1 erzeugte effektive Magnetfluß vollständig ausgenutzt werden. Die hier benutzte kleinste Nutrückenlänge bedeutet die Nutrückenlänge an einer Stelle, wo der Abstand zwischen dem Boden der Nut und dem äußeren Umfang des Ständerkerns am kleinsten ist, in 1 mit g oder h des Ständerkerns 1, in 14 mit e des Ständerkerns 1, wie noch beschrieben wird, in 15 mit e des Ständerkerns, in 16 mit g oder h des Ständerkerns und in 17 mit f des Ständerkerns bezeichnet.

Die 4 und 5 sind Wicklungsauslegungsdiagramme zur Unterstützung der Erläuterung des elektrischen Winkels der Haupt- und Hilfswicklungen des Ständers, der in 1 dargestellt ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen wie in 1 bezeichnet.

4 zeigt eine Hilfswicklung 4, die in Nuten 2 neben einer Hauptwicklung 3, die über und unter der Hilfswicklung angeordnet ist, gewickelt ist; eine Vielzahl von Vertiefungen 18, die zwischen den Nuten 2 vorgesehen sind, und zwei, in die die Hilfswicklung 4 gewickelt ist. In diesem Falle beträgt der elektrische Winkel der Hilfswicklung 4 relativ zu der Hauptwicklung 3 90°. Der in dem Ständer 10 vorgesehene Läufer ist entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar, und der in 1 dargestellte Läufer 20 oder der in 18 dargestellte Läufer 20 kann dafür verwendet werden.

5 zeigt eine Hilfswicklung 4, die in zwei Nuten neben der einen Seite der Hauptwicklung 3 gewickelt ist, eine Vielzahl von Vertiefungen 18 zwischen den Nuten 2, in die die Hilfswicklung 4 gewickelt ist, und Nuten 2, in die die Hauptwicklung 3 gewickelt ist. Dabei beträgt der elektrische Winkel der Hauptwicklung 4 relativ zu der Hauptwicklung 3 70°. Der in dem Ständer 10 angeordnete Läufer ist nur in der einen Richtung von der Hauptwicklung 3 zur benachbarten Hilfswicklung 4 drehbar, d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn. Der im Ständer 10 vorgesehene Läufer ist entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar, und der Läufer 20, der in 1 dargestellt ist, oder der herkömmliche Läufer 20, der in 18 dargestellt ist, kann dafür verwendet werden.

Bei dem erwähnten Aufbau, bei dem der Ständer 10 aus lamellierten Ständerkernen 1 ausgebildet ist, kann das Einlegen der Haupt- und Hilfswicklungen 3 und 4 in die Nuten 2 des Ständers 10 auch mit der herkömmlichen Ständerwicklungs-Einlegemaschine ungehindert ausgeführt werden.

6 ist ein Diagramm zur Unterstützung der Erläuterung der Eingriffsbeziehung zwischen dem Ständer mit den Vertiefungen und den Messern zum Einlegen von Wicklungen. Nach 6(a) kann das Messer 51 gleichmäßig zur Vertiefung 18 hin bewegt werden, weil die Nuten 2 und die Vertiefungen 18 an der inneren Umfangsfläche des Ständers 10 in gleichen Umfangsabständen vorgesehen und die Vertiefungen 18 in der erwähnten Weise ausgebildet sind. Das gleiche gilt für die Rippe 53 des Abstreifers 52, der in 19 dargestellt ist, die in die Nut 2 hineinbewegt wird.

Wenn die Vertiefungen 18 nicht in der inneren Umfangsfläche des Ständers 10 ausgebildet sind, sind das Messer 51 und der Abstreifer, die in einer speziellen Anordnung angeordnet sind, wie es in 6(b) dargestellt ist, erforderlich, so daß das Einfügen der Wicklungen extrem kompliziert und kostspielig ist . Aus diesem Grunde ist der Aufbau, bei dem die erwähnten Vertiefungen 18 in der inneren Umfangsfläche des Ständers 10 vorgesehen sind, günstiger als der Aufbau, bei dem die Vertiefungen 18 nicht vorgesehen sind.

Wie 1 zeigt, haben die Vertiefungen 18 des Ständers 10 eine Nutrückenlänge W1 die größer als W bei dem herkömmlichen Ständer nach 18 ist. Dies ermöglicht es, die Querschnittsfläche in diesem Teil des Ständers 10 in einer Ebene, die mit der Axiallinie zusammenfällt, größer auszubilden als bei dem herkömmlichen Ständer, so daß es möglich ist, den Sättigungsfluß zu steigern. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Ausgangsleistung beispielsweise um mehr als 8% gesteigert werden kann.

Die 7 bis 9 stellen elektrische Schaltbilder eines Generators mit einem selbsttätigen Spannungsregler in Ausführungsbeispielen der Erfindung dar.

In 7 ist mit 42 ein selbsttätiger Spannungsregler zur selbsttätigen Konstanthaltung der Ausgangsspannung an Ausgangsanschlüssen 17 durch Messen der Ausgangsspannung der Hauptwicklung 3 und Steuerung des Stroms in der Feldwicklung 28 des Läufers in Abhängigkeit von der durch die Hilfswicklung 4 des Ständers 3 erzeugten Spannung bezeichnet. Mit 31 ist ein Schleifring bezeichnet.

8 zeigt einen selbsterregten bürstenlosen Generator, bei dem eine Diode 32 auf seiten des Läufers 20 mit der Feldwicklung 8 und ein Kondensator 33 auf seiten des Ständers mit der Hilfswicklung 4 verbunden ist. Bei dieser Anordnung fließt ein voreilender Strom in der Hilfswicklung 4, und die in der Feldwicklung 28 am Läufer 20 erzeugte Spannung wird durch die Diode 32 gleichgerichtet, so daß der den magnetischen Fluß erzeugende Feldstrom in der Feldwicklung 28 fließt.

9 zeigt die gleiche Art wie die in 18 dargestellte.

Nach 9 besteht ein Gleichrichter 41 beispielsweise aus vier Dioden in Brückenschaltung. Vorzugsweise sollte ein Glättungskondensator 43 zum Gleichrichter 41 parallel geschaltet sein, doch kann er auch entfallen.

Die 10 und 11 stellen Kurvendiagramme der Leerlaufspannung des erfindungsgemäßen Generators und des herkömmlichen Generators dar. Die 12 und 13 stellen Kurvendiagramme der belasteten Ausgangsspannung des erfindungsgemäßen Generators und des herkömmlichen Generators dar.

Diese Diagramme bestätigen, daß der erfindungsgemäße Generator eine Ausgangsspannung mit einem Kurvenverlauf erzeugen kann, der dem des herkömmlichen Generators äquivalent ist. Dies ist der Tatsache zu verdanken, daß das Vorhandensein einer Vielzahl von Vertiefungen 18 selbst an Stellen, an denen an der inneren Umfangsfläche des Ständers 10 keine Wicklungen vorhanden sind, wie es in 1 dargestellt ist, erfindungsgemäß ermöglicht, Drehmomentwelligkeiten klein zu halten, selbst wenn die Ausgangsspannung nahe bei null liegt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind 28 Nuten 2 und acht Vertiefungen 18 im Ständer 10 vorgesehen. Die Anzahl der Nuten und Vertiefungen kann jedoch in Abhängigkeit von der gewünschten Aufgabe des Generators anders gewählt werden. Die Form der Vertiefungen 18 kann ebenfalls anders als halbkreisförmig sein.

Die 14 bis 17 stellen Diagramme zur Unterstützung der Erläuterung der Form des Ständerkerns dar, der in Verbindung mit dem Läufer nach 1 verwendet wird.

Der in 14 dargestellte Ständerkern 1 hat eine Form, die sich durch gleichförmiges Beschneiden der vier Seiten eines kreisförmigen Läuferkerns ergibt, so daß die Längsquerschnittsform quadratisch ist, deren Höhe und Breite gleich A ist. In den Bereichen, in denen Teile des äußeren Umfangs des Ständers 10 abgeschnitten wurden, ist die Länge e der Rückseiten der Nuten am kleinsten und in anderen Bereichen, wo der äußere Umfang des Ständers 10 nicht beschnitten ist, gleich f (f > e).

Wenn der Ständerkern 1 nach 14 benutzt wird, gilt für die Breite d des Läuferwicklungsabschnitts 24 des Läuferkerns 22, d. h. für die Läufer-Magnetkreisbreite d, die Beziehung d/2 > e, d. h. daß die Läufermagnetkreisbreite d des Läuferkerns 22 doppelt so groß wie die kleinste Nutrückenlänge e (d > 2e) ist.

Die Form des Ständerkerns nach 15 ergibt sich durch gleichmäßiges Beschneiden der sich gegenüberliegenden Seite jedes kreisförmigen Läuferkerns, so daß die Längsquerschnittsform ein Rechteck mit der Höhe B und mit der Breite A (A < B) ist. Bei diesem Läuferkern 1 wird die kleinste Nutrückenlänge e in seitlicher Richtung des Abschnitts erzeugt, in dem der äußere Umfang des Ständerkerns 1 abgeschnitten ist, während die Nutrückenlänge in Längsrichtung der Abschnitte, in denen der äußere Umfang des Ständerkerns 1 abgeschnitten ist, gleich g ist, und die Nutrükkenlänge f in denjenigen Abschnitten, in denen der äußere Umfang des Ständerkerns 1 nicht abgeschnitten ist, gleich f (f > g > e) ist.

Der in 16 dargestellte Ständerkern 1 hat eine Form, bei der anstelle der Nuten in einem Teil des Ständerkerns 1 Vertiefungen 18 zum selbsttätigen Einlegen von Ständerwicklungen mittels einer Ständerwicklungs-Einlegemaschine vorgesehen sind. Der in 16 dargestellte Ständerkern, bei dem es sich um den gleichen handelt, wie er in 1 dargestellt ist, hat eine Form, die sich durch gleichmäßiges Beschneiden zweier sich gegenüberliegender Seiten jedes kreisförmigen Ständerkerns ergibt, so daß seine Längsquerschnittsform rechteckig ist, ähnlich wie die in 1 5 dargestellte, mit der Höhe B und der Breite A (A < B). Die Nutrückenlänge derjenigen Abschnitte, in denen der äußere Umfang des Ständerkerns 1 nicht abgeschnitten ist, ist mit f bezeichnet, während die kleinste Nutrückenlänge, die in seitlicher Richtung des Abschnitts erzeugt ist, in dem der äußere Umfang des Ständerkerns 1 abgeschnitten ist und keine Nuten vorgesehen sind, mit h bezeichnet ist. In Fällen jedoch, in denen die kleinste Nutrückenlänge in seitlicher Richtung derjenigen Abschnitte ausgebildet werden kann, in denen der äußere Umfang des Ständerkerns 1 abgeschnitten ist und Nuten vorgesehen sind, wie es in 15 dargestellt ist, ist die kleinste Nutrückenlänge mit e (h > e) bezeichnet, während die Nutrückenlänge in Längsrichtung der Abschnitte, in denen der äußere Umfang des Ständerkerns 1 abgeschnitten ist, mit g (f > g > h) bezeichnet ist.

Wenn der in 16 dargestellte Ständerkern 1 benutzt wird, gilt für die Breite d des Läuferwicklungsteils 24 des Läuferkerns 22, d. h. für die Läufermagnetkreisbreite d, die Beziehung d/2 > h oder d/2 > e, d. h. daß die Läufermagnetkreisbreite d des Läuferkerns 22 größer als das Zweifache der kleinsten Nutrückenlänge h oder e ist (d > 2h oder d > 2e).

Der in 17 dargestellte Ständerkern ist im Querschnitt kreisförmig (Durchnesser: C). In diesem Fall ist die Nutrückenlänge f des Ständerkerns 1 konstant und die kleinste Nutrückenlänge ebenfalls gleich f.

Wenn der in 17 dargestellte Ständerkern 1 benutzt wird, gilt für die Breite d des Läuferwicklungsteils 24 des Läuferkerns 22, d. h. die Läufermagnetkreisbreite d die Beziehung d/2 > f, d. h. daß die Läufermagnetkreisbreite d des Läuferkerns 22 größer als das Zweifache der kleinsten Nutrückenlänge f ist (d > 2f).

Aus vorstehender Beschreibung ergibt sich folgendes:

  • 1) Im Vergleich zu dem bekannten Typ kann die Magnetflußsättigung verringert und die Ausgangsleistung erhöht werden, weil die Nutrückenlänge in der Nähe der Stelle, wo die Ständerhilfswicklung angeordnet ist, größer gewählt werden kann.
  • 2) Die Herstellungskosten können in Verbindung mit 1) verringert werden, weil die Anzahl der Bleche des Ständerkerns bei einem Generator mit gleicher Ausgangsleistung verringert werden kann.
  • 3) Es kann das gleiche Wicklungseinlegemittel wie bei dem herkömmlichen Typ verwendet werden, weil die Vertiefungen in gleichen Umfangsabständen vorgesehen sind.
  • 4) Wegen der Vielzahl von Vertiefungen im Ständer kann eine der Kurvenformen des herkömmlichen Typs äquivalente Kurvenformen der Ausgangsspannung erzielt werden.
  • 5) Die Ausgangsleistung kann erhöht werden, weil die Hälfte (d/2) der Läufermagnetkreisbreite d des Läuferkerns größer als die kleinste Nutrückenlänge X des Ständerkerns ist, so daß der effektive magnetische Fluß des Läufers in bezug auf den Ständerkern vollständig ausgenutzt werden kann.
  • 6) Die Kupferverluste des Läufers können in Verbindung mit vorstehendem Punkt 5) verringert werden, weil die Querschnittsfläche der gesamten Läuferwicklung im Vergleich zur Querschnittsfläche der gesamten Läuferwicklung des herkömmlichen Typs verringert werden kann, um die gleiche Ausgangsleistung zu erreichen, und das Streufeld des Läufermagnetflusses verringert werden.
  • 7) Das Lamellieren der Kerne kann vereinfacht werden, ohne die Ausgangscharakteristik zu beeinträchtigen, weil Quetschmittel, deren Breite geringer als der Durchmesser des Wellenlochs ist, an Stellen in der Mitte der kreisbogenförmig ausgebauchten Teile in der Weise ausgebildet sind, daß sie über den ausgebauchten Teilen vorstehen.
  • 8) Es können die gleichen Wickelbedingungen wie bei dem herkömmlichen Typ beibehalten werden, weil der gleiche Wickelkörper wie bei dem herkömmlichen Typ am zusammengesetzten Läuferkern angebracht werden kann.
  • 9) Das Zusammenbauen des Läufers kann automatisiert werden, weil die Läuferkerne mit den gestanzten und hochgedrückten Teilen der beiden Krimpfmittel lamelliert und gekrimpft werden können.


Anspruch[de]
  1. Kleiner Generator, der aufweist:

    einen Ständer (10), der eine innere Umfangsfläche begrenzt, wobei die innere Umfangsfläche eine Vielzahl von Nuten (12) begrenzt, die um die innere Umfangsfläche herum angeordnet sind; wobei die Vielzahl von Nuten (2) eine Generatorwicklung (3, 4) aufweisen, die darin angeordnet ist; und

    einen in dem Ständer (10) drehbar gelagerten Läufer (20) mit ausgeprägten Polen, wobei der Läufer (20) eine Vielzahl lamellierter Läuferkerne (22) aufweist, die jeweils einen Wicklungsteil (24), zwei an den Enden des Wicklungsteils (24) angeordnete Teile (25), ein in der Mitte angeordnetes Wellenloch (23) und zwei bogenförmige, ausgebauchte Teile (26) außerhalb des Wicklungsteils (24) aufweisen, wobei die ausgebauchten Teile (26) eine äußere Kreisform aufweisen, die konzentrisch zum Wellenloch (23) ist;

    dadurch gekennzeichnet, daß

    jeder der Läuferkerne (22) zwei Quetschteile (29) aufweist, wobei jeder der Quetschteile (29) sich von dem ausgebauchten Teil (26) in einer Richtung nach außen erstreckt, die im wesentlichen orthogonal zu der Richtung ist, in der sich der Wicklungsteil (24) erstreckt; und jeder der Quetschteile (29) radial außerhalb eines Kreises liegt, dessen Durchmesser (a) durch die äußere Kreisform der ausgebauchten Teile (26) bestimmt ist.
  2. Kleiner Generator nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser (a) des ausgebauchten Teils (26) größer als die Breite (d) des Wicklungsteils (24) ist.
  3. Kleiner Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die ausgebauchten Teile (26) außerhalb des Wellenlochs (23) liegen und die Quetschteile (29) eine Breite (c) aufweisen, die kleiner als der Durchmesser (b) des Wellenlochs (23) ist, und in der Mitte der ausgebauchten Teile (26) ausgebildet sind.
  4. Kleiner Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Wicklungsteil (24) einen magnetischen Pfad bestimmt, dessen Breite (d) größer als das Zweifache der kleinsten Nuten-Rücken-Länge (h; e) des Ständers (10) ist.
  5. Kleiner Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Generatorwicklungen (3, 4), die auf den Ständer (10) gewickelt sind, Hauptwicklungen (3) und Hilfswicklungen (4) aufweisen, wobei die Hilfswicklungen (4) neben den Hauptwicklungen (3) gewickelt sind.
  6. Kleiner Generator nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Ständer (10) ferner eine Vielzahl von Vertiefungen (18) aufweist, die um die innere Umfangsfläche herum angeordnet sind, wobei jede Vertiefung (18) eine Fläche aufweist, die kleiner als die Fläche der Nuten (2) ist, und eine Breite (b2) aufweist, die weitgehend gleich der Breite (b1) der Nuten (2) ist.
  7. Kleiner Generator nach Anspruch 6, bei dem parallele Teile (16) des Ständers (10) sich in einem Abstand gegenüberliegende Seiten haben, der kleiner als der Außendurchmesser des Ständers ist, und am Außenumfang des Ständers (10) auf einer Seite neben den Vertiefungen (18) vorgesehen sind.
Es folgen 14 Blatt Zeichnungen






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