DE19856526A1

DE19856526A1 - Electric generator, preferably for use in motor vehicle, has central core with star-shaped flat strips about bore, either as strips of different widths or of same width, with wedge-shaped cross-section

Info

Publication number: DE19856526A1
Application number: DE1998156526
Authority: DE
Inventors: Joern-Heinrich Schaefertoens
Original assignee: SCHAEFERTOENS JOERN HEINRICH
Current assignee: SCHAEFERTOENS JOERN HEINRICH
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2000-06-15

Abstract

The generator is preferably a single-phase, four-pole machine with transversal flux guidance via a claw-shaped stator with a central winding (4) and an external rotor with permanent magnet stimulation. and a device for loss-less voltage regulation. A central core has star-shaped flat strips (8,9) arranged about a bore either as strips of different widths or of the same width and with a wedge-shaped cross-section.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Generator vorzugsweise für die Verwendung als Lichtmaschine im Kraftfahrzeug.The invention relates to an electrical generator, preferably for Use as an alternator in a motor vehicle.

Die Anforderungen an Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen sind preiswerte Herstellung, geringes Gewicht, kleines Bauvolumen gute Regelbarkeit über einen großen Drehzahlbereich und guter Wirkungsgrad. Diese Anforderungen werden von den heute überwiegend als Drehstromsynchron-Maschinen mit Feldregelung ausgeführten Maschinen erfüllt, wobei durch die aufgrund der hohen Strombelastung erforderliche Kühlung nur durchschnittliche Wirkungsgrade von unter 50% erzielt werden, was bei immer sparsameren Autos schon einen deutlichen Einfluß auf den Kraftstoffverbrauch hat.The requirements for alternators in motor vehicles are inexpensive Manufacturing, light weight, small construction volume, good controllability over a wide speed range and good efficiency. This Requirements are predominantly considered today by Three-phase synchronous machines with machines designed for field control met, due to the required due to the high current load Cooling achieved an average efficiency of less than 50% become something that is becoming clear with ever more economical cars Has an impact on fuel consumption.

Ziel der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines elektrischen Generators, der die heute üblichen Lichtmaschinen besonders bezüglich des Wirkungsgrades übertrifft.The aim of the invention is therefore to create an electrical Generator, which especially the generators common today the efficiency exceeds.

Dies wird durch die Konzentration des Flusses in einem zentralen zylindrischen Eisenkern erreicht, der mit einer ringförmigen Spule umwickelt ist, die sich in einem großen Wickelraum zwischen zwei Blechpaketen mit klauenförmigen Polen befindet. Durch die minimale Länge des Leiters und den relativ großen und gut zugänglichen Wickelraum wird ein Minimum an Kupferverlusten in der Wicklung erzielt.This is due to the concentration of the river in a central cylindrical iron core reached with an annular coil is wrapped in a large changing room between two Sheet packs with claw-shaped poles located. Because of the minimal Length of the conductor and the relatively large and easily accessible A minimum of copper losses in the winding is achieved in the winding space.

Aufgrund der minimalen Verlustwärme kann auch die Leistung für die Kühlung erheblich reduziert werden.Due to the minimal heat loss, the performance for the Cooling can be significantly reduced.

Der extrem gute Wirkungsgrad der Wicklung ermöglicht in Verbindung mit den relativ großen Streublindwiderstand der aus der vielpoligen und klauenförmigen Bauform des Stators resultiert, ein sehr einfaches Regelungsprinzip: Der Strom wird bei Kurzschluß der Wicklung durch die Streureaktanz etwa auf den Nennstrom begrenzt. Da die Wicklungsverluste gering sind, wird dieser Zustand mit einer geringen Leistung erreicht. Durch taktweises und durch die gleichgerichtete Ausgangsspannung gesteuertes Schalten eines Kurzschlusses kann die Ausgangsspannung verlustarm geregelt werden.The extremely good efficiency of the winding in combination with the relatively large stray reactive resistance from the multipole and claw-shaped design of the stator results in a very simple Control principle: The current is through the short circuit of the winding Scattering reactance limited to the nominal current. Since the Winding losses are low, this condition is low Achievement achieved. By clockwise and by the rectified Output voltage controlled switching of a short circuit can Output voltage can be regulated with little loss.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Möglichkeit durch einfache Abzapfung der Wicklung mehrere Ausgangsspannungen bereitzustellen.Another advantage results from the possibility of simple Tap the winding to provide several output voltages.

In diesem Fall erfolgt die Regelung durch Kurzschluß der höchsten Spannung, um die Verluste des Schalthalbleiters zu minimieren. Diese Ausführung ist ggf. auch dann vorteilhaft, wenn die hochohmige Wicklung nur zur Regelung verwendet wird, solange die zusätzlichen Verluste in der Wicklung durch geringere Verluste im Schalthalbleiter kompensiert werden. Der Leiterquerschnitt kann der Strombelastung entsprechend gestuft ausgeführt werden.In this case, the regulation is carried out by short-circuiting the highest Voltage to minimize the loss of the switching semiconductor. This Execution may also be advantageous if the high-resistance winding is used only for regulation, as long as the additional losses in the Winding compensated by lower losses in the switching semiconductor become. The conductor cross section can correspond to the current load be carried out in stages.

Bei üblichem Antrieb durch Keilriemen können vorhandene Lichtmaschinen durch die beschriebene Lichtmaschine mit geringerem Gewicht und höherem Wirkungsgrad ersetzt werden. Aufgrund der vielpoligen Bauweise ist die beschriebene Lichtmaschine bei entsprechend modifizierter Auslegung aber auch für einen Direktantrieb durch den Verbrennungsmotor geeignet. Die Masse des Außenläufers bildet dann einen Teil der erforderlichen Schwungmasse, wodurch sich das Gesamtgewicht des Systems verringert.With the usual drive through V-belts, existing ones Alternators with the described alternator with less Weight and higher efficiency to be replaced. Due to the The alternator described is a multi-pole construction according to modified design but also for a direct drive suitable by the internal combustion engine. The mass of the external rotor then forms part of the required flywheel mass, whereby the overall weight of the system is reduced.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Lichtmaschine, Fig. 1 shows a cross section through an alternator,

Fig. 2 zeigt eine Ansicht in der Ebene der Pole. Fig. 2 shows a view in the plane of the poles.

Der Außenläufer (17), z. B. im Spritzguß aus Aluminium gefertigt, mit Keilscheibe (16) ist auf einer Achse (13) mit Kugellagern (15) gelagert. Er trägt den aus Blechen gestanzten Rückschlußring (10), der abwechseln ausgeprägten Pole (3) und Pollücken aufweist, in denen Dauermagnete (1) mit gleicher Polorientierung auf ebenen Flächen aufgeklebt sind.The external rotor ( 17 ), e.g. B. made of aluminum by injection molding, with a wedge disc ( 16 ) is mounted on an axis ( 13 ) with ball bearings ( 15 ). It carries the return ring ( 10 ) punched out of sheet metal, which has alternately pronounced poles ( 3 ) and pole gaps, in which permanent magnets ( 1 ) with the same pole orientation are glued to flat surfaces.

Der Stator besteht aus einem zentralen zylindrischen Kern (8, 9), der aus ebenen Blechstreifen (8 und 9) unterschiedlicher Breite oder falls verfügbar aus identischen keilförmigen Blechstreifen zusammengesetzt ist, die miteinander verklebt sind.The stator consists of a central cylindrical core ( 8 , 9 ) which is composed of flat sheet metal strips ( 8 and 9 ) of different widths or, if available, of identical wedge-shaped sheet metal strips which are glued together.

Dabei ist im Zentrum eine Bohrung vorhanden, durch die der Kern mit einem Gehäuse (19) und der Achse (13) verschraubt ist. Ein Gewindeabschnitt (14) in der Achse vor der Schraube kann zum Befestigen eines Spannbügels für den Riemenantrieb verwendet werden. Auf den Kern sind beiderseits Blechpakete aus identischen Polbleche (6) mit einer entsprechenden zylindrischen Bohrung aufgeschoben, zwischen denen als Wicklung die Ringspule (4) angeordnet ist.There is a hole in the center through which the core is screwed to a housing ( 19 ) and the axis ( 13 ). A threaded section ( 14 ) in the axis in front of the screw can be used to attach a tensioning bracket for the belt drive. Laminated cores of identical pole sheets ( 6 ) with a corresponding cylindrical bore are pushed onto the core on both sides, between which the toroidal coil ( 4 ) is arranged as a winding.

Die Blechpakete sind gegeneinander um die halbe Polteilung verdreht angeordnet, so daß die gegeneinander gerichtet abgewinkelten Polklauen ineinander greifen und eine magnetisch aktive Mantelfläche wechselnder Pole und Pollücken entsteht, wobei die einzelnen Pole durch die Abwinklung in der Ansicht eine sichelartige Struktur aufweisen. Für die mechanische Fixierung sind die Polklauen am Umfang durch ringförmige Formteile (18) gegeneinander verspannt und mit dem Gehäuse 19 durch Schrauben oder Nieten (11) verbunden. Die Polbleche weisen einen Schlitz (20) zur Vermeidung eines transformatorischen Kurzschlusses auf. Das Gehäuse weist zur Befestigung eine Lagerbohrung (7) auf. Die Spule kann mindestens im unteren Bereich aus einem Schnittband aus Kupferblech gewickelt werden, um eine maximale Ausnutzung des Wickelraumes zu erhalten, wobei der untere Anschlußleiter durch einen Schlitz im Eisenblechkern nach innen herausgeführt werden kann. Anschließend an die Niederspannungswicklung kann darüber ein Hochspannungsabschnitt aus Runddraht gewickelt werden. Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die Wicklung (22, 23) und die Einrichtung für die Spannungsregelung (21, 24).The laminated cores are rotated against each other by half the pole pitch, so that the mutually angled pole claws engage in one another and a magnetically active surface area of changing poles and pole gaps is created, the individual poles having a sickle-like structure due to the bending in the view. For mechanical fixing, the pole claws are braced against one another on the circumference by annular shaped parts ( 18 ) and connected to the housing 19 by screws or rivets ( 11 ). The pole plates have a slot ( 20 ) to avoid a transformer short circuit. The housing has a bearing bore ( 7 ) for attachment. The coil can be wound at least in the lower area from a cut sheet of copper sheet in order to obtain maximum utilization of the winding space, the lower connecting conductor being able to be led out through a slot in the iron sheet core. After the low-voltage winding, a high-voltage section made of round wire can be wound over it. Fig. 4 shows a schematic representation of the winding ( 22 , 23 ) and the device for voltage regulation ( 21 , 24 ).

Fig. 3 zeigt den ebenen Blechschnitt von Stator und Rotor, die durch die gezeigte Schachtelung mit geringem Verschnitt gestanzt werden können. Fig. 3 shows the flat sheet metal section of the stator and rotor, which can be punched with a small amount of waste through the nesting shown.

Claims

1. Electrical generator in a preferably single-phase and multi-pole version with transverse flux guidance through a claw-shaped stator with a central winding and an external rotor with permanent magnetic excitation and a device for low-loss voltage regulation, characterized by :
A central core with sheet metal strips ( 8 , 9 ) arranged in a star shape around a hole, which is either composed alternately of a plurality of flat sheet metal strips of different widths (preferably in a ratio of 1: 2) or of a large number of identical sheets with a wedge-shaped cross section.

2. A central coil ( 4 ), which is preferably wound from cut tape at least in the lower section, is produced separately and is pushed onto the core during assembly.

3. Two identical pole sheet packages ( 6 ), which are layered from identical stamped sheets with angled pole claws and have a precisely fitting central hole through which they are pushed on the core.

4. Ring-shaped molded parts ( 18 ) made of plastic for fixing the pole claws and for connection to a housing ( 19 ).

5. A rotor laminated core ( 10 ) with pronounced pole shoes ( 3 ) and pole gaps with flat bases in which permanent magnets ( 1 ) are arranged.

6. A voltage control according to FIG. 4, in which a switching element ( 21 ), with a regulator ( 24 ) regulated by the output voltage, short-circuits the winding ( 22 , 23 ) in cycles.

7. The execution of the winding for several voltages consisting of several interconnected sections ( 22 , 23 ) with a conductor cross section adapted to the respective current.

8. A low-cut sheet metal cut with fitted blanks for stator and rotor sheets as shown in Fig. 3.