專利名稱：由發(fā)電機和作為驅動裝置的活塞式內燃機組成的發(fā)電機組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由發(fā)電機和作為驅動裝置的活塞式內燃機所組成的、尤其是由同步發(fā)電機和柴油發(fā)動機所組成的、如權利要求1前序部分所述的發(fā)電機組。
這種與泵組相結合的發(fā)電機組已經在DE19721527中描述。
對于永久磁鐵勵磁的發(fā)電機組來說通常缺少一種為使發(fā)電機電壓與不同負載狀態(tài)相適配所采取的簡單調節(jié)方法。對于其它一些發(fā)電機組來說，則是通過在發(fā)電機勵磁端或者以易受磨損的滑環(huán)形式或者通過安裝一個帶有勵磁機的旋轉式整流器，來采取調節(jié)技術措施。
與上述方式相反，本發(fā)明的目的是避免采用昂貴的調節(jié)技術措施。尤其是在負載變化的情況下應該保證維持給定的電壓誤差，以有利于有一個連續(xù)的、盡可能與相位無關的電壓波形。
按照本發(fā)明的建議，這個目的根據權利要求1的特征來實現。
按照本發(fā)明的建議，為了進行電壓調節(jié)將發(fā)電機定子分成定子外面部分和定子里面部分，該定子外面部分與轉子構成一氣隙，該定子里面部分則與包圍它的定子外面部分構成一個控制氣隙，通過簡單地改變控制氣隙的幾何形狀，就能通過定子里面部分的扭轉對定子中的磁通量實現控制。通過控制氣隙的這種變化并根據定子里面部分的旋轉角就能夠做到，在保持低電壓誤差的情況下使得與感應電壓成正比的磁通量單調變化。
按照本發(fā)明，定子里面部分的旋轉隨著由負載引起的發(fā)電機端電壓的變化而產生，其中定子中的磁阻隨著控制氣隙的逐漸閉合而減小，或者相反隨著控制氣隙的逐漸增大而加大。
為此，在圓周方向看過去，限定控制氣隙的兩個定子部件的圓周表面上具有多個扇形凸起，且最好這樣構成，即每個定子部件具有至少三個扇形凸起，其輪廓反向地偏離于圓形。這意味著，定子里面部分的扇形凸起沿旋轉方向逐漸接近各定子外面部分，而在相反旋轉方向上在控制氣隙增大的情況下扇形凸起逐漸相互遠離。
按照本發(fā)明的另一個建議，定子外面部分相宜地通過固定在發(fā)電機殼體端蓋部件上而相對于殼體固定，并且定子里面部分同心且可旋轉地被容納在定子外面部分里面。
這一點具有優(yōu)點地以這種方式實現，定子里面部分抗扭轉地設置在一根空心軸上，該空心軸在定子里面部分兩端可旋轉地支承在軸承法蘭里面，軸承法蘭例如以這種方式與定子外面部分連接，即軸承法蘭成形于端部外罩板上，而外罩板與定子外面部分螺栓連接。
按照本發(fā)明，對于定子里面部分隨與負載有關的發(fā)電機端電壓的波動所產生的旋轉進行改進，即，使一個旋轉磁鐵抗扭轉地支承在空心軸殼體端蓋側的延長段上，旋轉磁鐵在從屬的與殼體固定在一起的軛鐵內部的旋轉通過軛鐵連接在發(fā)電機端電壓上的繞組來控制。由此實現與功率因數cos無關地調節(jié)電壓。
在本發(fā)明的一個特別有利的改進設計中，將定子里面部分按上面所述設置在空心軸上。定子里面部分通過旋轉磁鐵幾乎無阻力的旋轉由此可以實現，即，將作用于定子與旋轉磁鐵之間的、與空心軸連接的扭轉桿設計成，使扭轉力能與旋轉角無關地大約等于磁場施加在定子里面部分上的磁力。在這種適配狀況下就主要取決于由旋轉角所決定的控制氣隙的幾何形狀。通過對空心軸中的扭轉桿彈簧力的相應匹配，實際上可以實現無阻力的電壓調節(jié)。
下面根據附圖詳細描述本發(fā)明的實施例，附圖中

圖1為沿圖2中的剖切線I-I對發(fā)動機-發(fā)電機組的縱向截面圖，圖2為沿圖1中的剖切線II-II對發(fā)動機-發(fā)電機組剖切后得到的對定子和轉子的視圖，圖3為沿軸向對于圖2中所示定子的局部放大截面圖，圖4為帶有永久磁鐵的轉子的三維視圖，圖5為沿圖1中的剖切線V-V對電壓調節(jié)器的剖切視圖。
圖1至圖3中所示的構成發(fā)電機的電氣設備涉及一種由一個驅動發(fā)動機和一個同步發(fā)電機構成的機組。作為驅動發(fā)動機優(yōu)選考慮一個柴油發(fā)動機，在圖中對于柴油發(fā)動機僅以虛線表示出其曲軸1與同步發(fā)電機連接的端部。在曲軸1端部通過螺栓3連接風機葉輪2。風機葉輪2具有葉片組，用于產生如箭頭S1所示冷卻發(fā)動機的氣流，其中按照箭頭S2通流的空氣對應于冷卻發(fā)電機之后由發(fā)電機殼體8流出的冷空氣。如圖1所示，位于電流輸出端的發(fā)電機殼體端蓋9具有用于按照箭頭L通流冷空氣的吸入孔。為了使這種冷卻氣流在發(fā)電機殼體8里面達到其充分的冷卻效果，防護罩14具有一個或多個(未示出的)尺寸恰當的冷空氣進入孔。
發(fā)動機側的連接殼體5沿徑向包封形成一個空間，風機葉輪2設置在該空間里；該空間在兩端是敞開的并在其與發(fā)動機相對的一側具有一個環(huán)狀法蘭6，該法蘭具有螺紋孔用于旋入固定螺釘7，以連接相宜地由薄板制成的圓柱形發(fā)電機殼體8，該殼體以其兩個端面被平面地壓緊。固定螺釘7貼靠在發(fā)電機殼體8內側上地沿其圓周分布并穿過整個殼體長度。在電流輸出端，即圖示發(fā)電機殼體8的左端設有一個發(fā)電機殼體端蓋9，該端蓋在沿徑向向內伸出的輻條上具有一個端蓋內環(huán)10，在端蓋內環(huán)上固定發(fā)電機定子11。固定螺釘7的桿體以其處于電流輸出端的端部穿過發(fā)電機殼體端蓋9上的開孔；在固定螺釘7的外露螺紋段12上旋緊螺栓13，該螺栓用于將發(fā)電機殼體8固定在發(fā)電機殼體端蓋9上以及通過短螺釘15固定防護罩14；該短螺釘15從外面穿過相應的防護罩14上的開孔旋緊在螺栓13的螺孔里面。防護罩14以其敞開端所構成的邊緣段16從外面圍扣搭接發(fā)電機殼體端蓋9的相應外露段。
按照本實施例在圓周上分布有8個固定螺釘7，而為了將定子固定在端蓋內環(huán)10上有6個定子螺釘17就夠了，它們穿過定子外面部分19疊片鐵芯上的開孔以及位于端蓋內環(huán)10與其所面對的定子外面部分19之間的定距套20與端蓋內環(huán)10旋緊。定子外面部分19通過這種方式相對于殼體固定，即，構成定子外面部分19的疊片鐵芯通過定子螺釘17壓緊在一起。
構成定子里面部分21的疊片鐵芯抗扭轉地設置在一根空心軸24上。該空心軸24通過其端蓋60與設置在軸內的一根預緊的扭轉桿46連接?？招妮S可旋轉地支承在外罩板22支承法蘭26的襯套47上，外罩板設置在疊片鐵芯相對的兩端面上。端蓋60對面的扭轉桿46的另一端通過一個相對于扭轉桿固定的桿狀支柱44相對于外殼體固定。該桿狀支柱的固定孔61位于一個螺釘62上，該螺釘將軛鐵42的疊片鐵芯壓緊在一起。外罩板22覆蓋位于定子里面部分21與定子外面部分19之間的控制氣隙23。因此當構成定子里面部分21的疊片鐵芯抗扭轉地位于空心軸24上的時候，疊片鐵芯與空心軸的旋轉一起實現將發(fā)電機電壓調節(jié)為期望的恒定值。下面還要詳細描述為了調節(jié)發(fā)電機電壓，相對于定子外面部分19調整定子里面部分21。
在圖2中，為了更好地表示起見去掉了在圖1中所示的絕緣板25，該視圖不僅示出了構成轉子29的疊片鐵芯輪廓，而且也示出了那些構成定子的疊片鐵芯的輪廓，該疊片鐵芯在定子外面部分19處具有用于容納發(fā)電機交流線圈28線圈骨架的縫隙38。定子外面部分19通過穿過其疊片鐵芯開孔39的定子螺釘17固定在圖1所示的端蓋內環(huán)10上。對應于所選截面還可以看到定距套20，該定距套頂靠在端蓋內環(huán)10上支撐定子外面部分19的疊片鐵芯。
三個固定螺栓27用于通過側面外罩板22將定子里面部分21定心在定子外面部分19里面，空心軸24與定子里面部分21的疊片鐵芯一起支承在外罩板的支承法蘭26里面。
外罩板22在控制氣隙23處向外還分別被絕緣板25覆蓋，絕緣板用于使發(fā)電機交流線圈28以及三個分布在圓周上的固定螺栓27相對于外罩板22電絕緣。固定螺栓27穿過構成定子外面部分19的疊片鐵芯里的孔延伸。固定螺栓通過絕緣套相對于疊片鐵芯絕緣，并通過外罩板22使定子里面部分21相對于定子外面部分19定心。
定子11被轉子29包圍，轉子同樣由疊片鐵芯構成，疊片鐵芯通過壓緊螺栓30壓緊在一起，壓緊螺栓通過發(fā)動機側的螺紋段31旋緊在風機葉輪相應的螺紋孔里面。穿套在壓緊螺栓30上的支撐套32被壓緊在風機葉輪與所對應的轉子29端面之間。由此使轉子29與風機葉輪2抗扭地連接在一起。轉子在其內圓周上相對于定子11形成一個約2mm寬的氣隙33。此外轉子29具有沿軸向貫通的大體為圓柱形的在兩個磁極段內部延伸的槽34，窄條狀棒形式的磁鐵部件35從兩側插進槽里面，而且在本實施例中如圖2所示，每個磁極具有兩排各10個相鄰設置的磁鐵部件35，它們負責發(fā)電機的勵磁。在槽34處，徑向向內與槽34鄰接的轉子29圓周壁50的內輪廓線36與定子11的外輪廓線37一起界定形成窄氣隙33。轉子疊片上的孔40用于安裝一個(圖中未示出的)起動器。
按照圖2和圖4，磁鐵部件35軸向插進槽34之后，呈多邊狀分布且緊密相鄰并由此形成兩個磁極。通過將永久磁鐵分成用于這兩個磁極的多個小磁鐵部件35，能夠實現經濟地制造磁鐵；其裝配通過適當的磁性接地49而變得非常容易，因為由此實際上可以去掉相鄰磁鐵部件35的相互排斥。每個磁鐵部件35都可以幾乎不用力就可插進槽34。在此對于磁鐵部件35的特殊固定就成為多余，因為這些磁鐵在運行中通過其磁力沿軸向被固定并且從徑向上看支承在槽里面，因而能輕易地承受在運行中產生的離心力。
在圖4所示的磁鐵的空間排列立體視圖中，在裝有磁鐵部件35的槽端部設有一個空腔48。如果沒有這個空腔48，在發(fā)電機短路的情況下這個區(qū)域內特別高的磁通量密度會導致外部磁鐵部件35反復磁化并由此導致其損壞。通過設計這種帶有確定的磁性接地49的空腔48，可以避免這種反復磁化?？涨?8通過槽34內圓周壁50的延長段和毗連相鄰磁極間隙52的橋臂51構成，通過橋臂接通磁性接地49。在槽34內側軸向延伸的筋肋53確定磁鐵部件35之間的距離。
為了更加清晰，在圖3中放大示出了圖2的局部，其中相同的部件用相同的附圖標記表示。絕緣板25和用于定位定子里面部分21的外罩板22在圖3中分別通過外輪廓和內輪廓上的基準線來表示。襯套47示出的是端側。在定子外面部分19凹槽38內表示了交流繞組28的繞組線截面。
在定子外面部分19與定子里面部分21之間可變化的控制氣隙23對于發(fā)電機電壓調節(jié)工作原理來說很重要。毗鄰控制氣隙23的定子里面部分21和定子外面部分19的圓周表面在整個圓周上形成三個扇形段，其中每個扇形段都具有偏離圓形基本上螺旋狀延伸地凸起的圓周段。例如，如果按圖2中虛線所示使定子里面部分21沿箭頭U(圖2)所示的順時針方向相對于定子外面部分扭轉，則控制氣隙23變小，在這種情況下，終端位置在大約扭轉一個角度W之后達到。在這個終端位置控制氣隙23最小。
如上所述，通過定子里面部分21相對于定子外面部分19的旋轉，控制氣隙23的幾何形狀發(fā)生變化并由此使定子11中的磁阻變化。這種狀況對于所述的永久勵磁同步設備來說可用于電壓調節(jié)。通過所述磁通量變化能夠調整感應電壓，其中，在感應電壓與磁通量之間存在著直接的比例關系。通過使定子里面部分21位于一根帶有預緊扭轉桿46的空心軸24上，以扭轉力來抵消作用在定子里面部分21上的磁場作用力，使得定子里面部分21為調節(jié)電壓相對于定子外面部分19的旋轉借助于一個旋轉磁鐵41可幾乎無阻力地順利進行。而實現這一點的前提是，扭轉預緊力與電磁回復力相當。
在圖1至5中所示的旋轉磁鐵41設置在一個軛鐵42的內部，該軛鐵帶有一個受發(fā)電機端電壓控制的繞組43。在此發(fā)電機繞組上的電壓波動導致旋轉磁鐵41的旋轉，并由此通過兩個定子部件之間的相對轉動達到所期望的恒壓調節(jié)。按照圖1，旋轉磁鐵41懸臂地支承在空心軸24的從屬端，該空心軸又抗扭地與定子里面部分21連接。旋轉磁鐵41定心地位于空心軸24端部的支承段45上并在那里壓靠在空心軸24的軸肩上。旋轉磁鐵41與從屬的軛鐵42最好分別由許多疊片構成。
在圖5中還示出了一個用于控制旋轉磁鐵41的電路。設置在軛鐵42一個磁極上的繞組43連接在發(fā)電機繞組28的端電壓U1，U2上。在此，磁通量直接與感應電壓成比例并控制旋轉磁鐵41的旋轉，同時通過空心軸24也控制定子里面部分21的旋轉，由此使控制氣隙23的幾何形狀變化并由此使定子11中的磁阻變化。從而實現簡單的、與功率因數cos無關的發(fā)電機端電壓調節(jié)。
權利要求
1.一種由發(fā)電機和作為驅動裝置的活塞式內燃機所組成、尤其是由同步發(fā)電機和柴油發(fā)動機所組成的發(fā)電機組，其中發(fā)電機轉子作為外轉子(29)由柴油發(fā)動機的曲軸(1)驅動并且?guī)в杏糜诎l(fā)電機勵磁的永久磁鐵(35)，發(fā)電機定子(11)設置在轉子(29)內部并且?guī)в邪l(fā)電機的電樞繞組(28)，其特征在于，為了進行電壓調節(jié)，發(fā)電機定子(11)分成定子外面部分(19)以及定子里面部分(21)，該定子外面部分與轉子(29)構成氣隙(33)，該定子里面部分與包圍它的定子外面部分(19)構成控制氣隙(23)并且相對于定子外面部分(19)可旋轉地被支承，使得通過位置旋轉可改變控制氣隙(23)的幾何形狀并且可根據發(fā)電機的端電壓波動產生旋轉。
2.如權利要求1所述的發(fā)電機組，其特征在于，沿圓周方向看，兩個定子部件(19，21)在鄰近控制氣隙(23)的圓周面上具有多個扇形凸起。
3.如權利要求2所述的發(fā)電機組，其特征在于，每個定子部件(19，21)具有至少三個扇形凸起，其輪廓反向地偏離圓形。
4.如權利要求1所述的發(fā)電機組，其特征在于，定子外面部分(19)與殼體固定在一起并且在定子外面部分里面同心且可旋轉地容納定子里面部分(21)。
5.如權利要求4所述的發(fā)電機組，其特征在于，定子里面部分(21)抗扭轉地設置在一根空心軸(24)上，該空心軸可旋轉地支承在定子里面部分(21)兩端的軸承法蘭(26)里面，該軸承法蘭固定在定子外面部分(19)上。
6.如權利要求5所述的發(fā)電機組，其特征在于，所述軸承法蘭(26)成形在端部外罩板(22)上，而外罩板與定子外面部分(19)螺栓連接。
7.如權利要求5所述的發(fā)電機組，其特征在于，一個旋轉磁鐵(41)位于空心軸(24)殼體蓋側的延長段上，該旋轉磁鐵通過空心軸延長段在與殼體固定的軛鐵(42)內部的旋轉受到軛鐵連接在發(fā)電機端電壓上的線圈(43)的控制。
8.如權利要求7所述的發(fā)電機組，其特征在于，一個作用于定子與旋轉磁鐵(41)之間的、與空心軸(24)連接的扭轉桿被設計成，使得由旋轉角所決定的扭轉力基本上等于磁場施加在定子里面部分(21)上的磁力，這樣定子里面部分(21)通過旋轉磁鐵(41)的旋轉幾乎可以無阻力地實現。
全文摘要
一種由發(fā)電機和作為驅動裝置的活塞式內燃機所組成、尤其是由同步發(fā)電機和柴油發(fā)動機所組成的發(fā)電機組,發(fā)電機轉子(29)作為外轉子由柴油發(fā)動機曲軸(1)驅動并且?guī)в杏糜诎l(fā)電機勵磁的永久磁鐵(35);發(fā)電機定子(11)設置在轉子(29)內部并且?guī)в邪l(fā)電機的電樞繞組(28),其中,為了進行電壓調節(jié),將發(fā)電機定子(11)分成定子外面部分(19)以及定子里面部分(21),該定子外面部分與轉子(29)構成氣隙(33),該定子里面部分與包圍它的定子外面部分(19)構成控制氣隙(23),并且相對于定子外面部分(19)可旋轉地被支承,使得通過位置旋轉可改變控制氣隙(23)的幾何形狀并且可根據發(fā)電機端電壓的波動產生旋轉。
文檔編號H02K7/18GK1363132SQ01800385
公開日2002年8月7日 申請日期2001年3月2日 優(yōu)先權日2000年3月2日
發(fā)明者厄恩斯特·哈茲, 弗朗茲·莫澤 申請人:哈茲電機制造公司