專利名稱：由驅(qū)動發(fā)動機與發(fā)電機組成的發(fā)電機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述由驅(qū)動發(fā)動機與發(fā)電機，尤其是由柴油機與同步發(fā)電組組成的發(fā)電機組。
在德國公開文件3009279中介紹了一種可由汽車傳動系統(tǒng)驅(qū)動的發(fā)電機，其中發(fā)電機設(shè)計為異極發(fā)電機，它的轉(zhuǎn)子固定在驅(qū)動系統(tǒng)的飛輪上，以及，為了發(fā)電機的勵磁，在其轉(zhuǎn)子上設(shè)永久磁鐵。在這里，電壓在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生，定子圍繞轉(zhuǎn)子固定在驅(qū)動系統(tǒng)外殼上。在這種由汽車發(fā)動機構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子補充了發(fā)動機的飛輪。發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)還間接地用于冷卻發(fā)電機。
已知的發(fā)動機-發(fā)電機組的缺點是，它采用大的直徑，因為它的轉(zhuǎn)子裝在飛輪的外圓周上；雖然將發(fā)動機和發(fā)電機組裝在一起，但并沒有簡化結(jié)構(gòu)以節(jié)省構(gòu)件。而是將發(fā)電機安裝在發(fā)動機專門適配的傳動裝置外殼內(nèi)，傳動裝置外殼沿徑向必須有比較大的尺寸。由于在傳動裝置外殼內(nèi)部尤其沿軸向存在有限的容積，所以發(fā)電機的電功率僅限于汽車上車載電網(wǎng)的需要。
德國專利文件DE19721527介紹了一種前言所述類型的發(fā)電機組，它除此之外還與一泵組組合。發(fā)電機固定在曲軸上的轉(zhuǎn)子同時構(gòu)成發(fā)動機的飛輪。通過泵組產(chǎn)生的冷卻介質(zhì)流導致冷卻發(fā)電機。該文獻中沒有說明對發(fā)動機的冷卻。
因此，本發(fā)明的目的是，對于前言所述類型的發(fā)電機組在結(jié)構(gòu)方面應達到，通過構(gòu)件的組合能做到節(jié)省或能多重利用構(gòu)件，由此導致減輕重量并且不僅沿徑向而且沿軸向減小發(fā)電機的結(jié)構(gòu)體積。此外應實現(xiàn)一種簡化的結(jié)構(gòu)方式，在此結(jié)構(gòu)方式中不存在與曲軸撓曲有關(guān)的問題，以及以簡單的方式實施冷卻。
按本發(fā)明通過權(quán)利要求1的特征達到上述目的。其中a)柴油機的飛輪由發(fā)電機的轉(zhuǎn)子代替，它仍安裝在風機葉輪上，風機葉輪本身通過法蘭固定在驅(qū)動發(fā)動機的曲軸端面上；b)定子設(shè)計為由薄板組成的疊片鐵芯，它帶有電樞繞組；
c)轉(zhuǎn)子設(shè)計為由薄板組成的疊片鐵芯，它帶有永久磁鐵用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
在這里，風機葉輪保證有效和節(jié)省空間地既用于冷卻發(fā)電機又用于冷卻發(fā)動機。
轉(zhuǎn)子和定子薄板疊片的設(shè)計，使發(fā)電機按一種特別節(jié)省體積的結(jié)構(gòu)方式構(gòu)造。
作為外轉(zhuǎn)子設(shè)計的發(fā)電機轉(zhuǎn)子有利地構(gòu)造成，具備往常在發(fā)動機一側(cè)所需要的飛輪的全部慣性矩。這意味著，一方面可根據(jù)往常存在的飛輪的慣性矩設(shè)計轉(zhuǎn)子的尺寸，以及，另一方面為發(fā)動機提供原本要求的慣性矩，此慣性矩通常例如為了保證發(fā)動機的手起動性能是由飛輪提供的。
此外，在這樣一種轉(zhuǎn)子和飛輪的組合中可比較有利地順利地遵守閃光極限值(Lichtflimmergrenze)。
若從本發(fā)明要達到的目的出發(fā)，發(fā)動機一側(cè)外殼法蘭的徑向尺寸不應當由于連接發(fā)電機外殼而被超過，從而要限制轉(zhuǎn)子的圓周，則轉(zhuǎn)子的軸向尺寸要么按作為飛輪所需要的慣性矩決定，要么根據(jù)所要求的發(fā)電機在發(fā)電量方面的參數(shù)給出。為了在發(fā)電機內(nèi)產(chǎn)生磁場，它有效的磁性質(zhì)量需要一定的尺寸。
為了進一步減小發(fā)動機-發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)體積，轉(zhuǎn)子在發(fā)動機風機葉輪上有利地直接安裝在帶葉片組的環(huán)形部分內(nèi)部。通過由此將轉(zhuǎn)子設(shè)計成具有較大直徑的外轉(zhuǎn)子，在軸向結(jié)構(gòu)長度極短的同時達到結(jié)構(gòu)體積特別高的利用率。
定子的一種有利的固定方式在于，它借助于圓周上多個穿過其疊片鐵芯中的孔并將疊片鐵芯壓在一起的定子螺釘與發(fā)電機殼體端蓋的一個內(nèi)環(huán)固定在一起。在這種情況下特別恰當?shù)氖牵ㄗ勇葆斣诙ㄗ盈B片鐵芯與內(nèi)環(huán)之間穿過定距套插入并拉緊固定在內(nèi)環(huán)與定子背對內(nèi)環(huán)的一側(cè)之間。這樣一來定子例如在一根軸上復雜的定心支承裝置便不再需要。
此外還規(guī)定，轉(zhuǎn)子借助于圓周上多個穿過其疊片鐵芯中的孔并將疊片鐵芯壓在一起的夾緊螺釘與風機葉輪在其帶葉片組的環(huán)形部分內(nèi)固定在一起。在這種情況下特別恰當?shù)氖牵瑠A緊螺釘在轉(zhuǎn)子疊片鐵芯與風機葉輪之間通過支承套筒插入并夾緊固定在風機葉輪與轉(zhuǎn)子背對風機葉輪的那一側(cè)之間。
因此，無論是轉(zhuǎn)子還是定子均實現(xiàn)了一種簡單的固定或支承方式，其結(jié)果是帶來明顯降低成本的優(yōu)點。
在一種節(jié)省成本的實施形式中，緊挨著發(fā)電機外殼圓柱套在其內(nèi)部，設(shè)有多個在圓周上分布地排列并貫穿外殼全長的固定螺釘，它們一端與發(fā)動機側(cè)的連接外殼以及另一端與發(fā)電機殼體端蓋通過螺紋旋緊。
為了進一步節(jié)約成本，將發(fā)電機外殼特別簡單地設(shè)計為薄壁的圓柱套，它優(yōu)選用金屬薄板制成，在這種情況下，此發(fā)電機外殼以兩個端面平面地夾緊在連接外殼與發(fā)電機蓋之間。
發(fā)電機殼體端蓋在輸出側(cè)的防護罩相宜地同樣用金屬薄板制成，并借助加長用于發(fā)電機外殼的固定螺釘?shù)穆菟ü潭ㄔ诎l(fā)電機殼體端蓋上。
在防護罩內(nèi)部可設(shè)一個旋轉(zhuǎn)磁鐵作為電壓調(diào)節(jié)器。在這種情況下，它帶有一個勵磁繞組的磁軛有利地固定在發(fā)電機殼體端蓋上。在電子調(diào)壓器空間需求較小的情況下，可以安裝設(shè)計得特別扁平的防護罩以相應地縮短發(fā)電機部分。
采用本發(fā)明成功地創(chuàng)造了一種發(fā)動機-發(fā)電機組，其中，在用于額定功率例如約10KVA的電氣構(gòu)件方面，與傳統(tǒng)的類似機組相比，成本可節(jié)省達50％。它尤其適用于作為小功率和小結(jié)構(gòu)尺寸的工頻發(fā)電機。
下面根據(jù)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(zhuǎn)子的視圖，圖3為沿軸向?qū)τ趫D2中所示定子的局部放大截面圖，圖4為帶有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子的三維視圖，圖5為沿圖1中的剖切線V-V對電壓調(diào)節(jié)器的剖切視圖。
圖1至圖3中所示的構(gòu)成發(fā)電機的電氣設(shè)備涉及一種由一個驅(qū)動發(fā)動機和一個同步發(fā)電機構(gòu)成的機組。作為驅(qū)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(chǎn)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?shù)睦淇諝膺M入孔。
發(fā)動機側(cè)的連接殼體5沿徑向包封形成一個空間，風機葉輪2設(shè)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(cè)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(nèi)側(cè)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(shè)有一個發(fā)電機殼體端蓋9，該端蓋在沿徑向向內(nèi)伸出的輻條上具有一個端蓋內(nèi)環(huán)10，在端蓋內(nèi)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(gòu)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(gòu)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(gòu)成定子里面部分21的疊片鐵芯抗扭轉(zhuǎn)地設(shè)置在一根空心軸24上。該空心軸24通過其端蓋60與設(shè)置在軸內(nèi)的一根預緊的扭轉(zhuǎn)桿46連接?？招妮S可旋轉(zhuǎn)地支承在外罩板22支承法蘭26的襯套47上，外罩板設(shè)置在疊片鐵芯相對的兩端面上。端蓋60對面的扭轉(zhuǎn)桿46的另一端通過一個相對于扭轉(zhuǎn)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(gòu)成定子里面部分21的疊片鐵芯抗扭轉(zhuǎn)地位于空心軸24上的時候，疊片鐵芯與空心軸的旋轉(zhuǎn)一起實現(xiàn)將發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)為期望的恒定值。下面還要詳細描述為了調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓，相對于定子外面部分19調(diào)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(gòu)成轉(zhuǎn)子29的疊片鐵芯輪廓，而且也示出了那些構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(cè)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(gòu)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(zhuǎn)子29包圍，轉(zhuǎn)子同樣由疊片鐵芯構(gòu)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(cè)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(zhuǎn)子29端面之間。由此使轉(zhuǎn)子29與風機葉輪2抗扭地連接在一起。轉(zhuǎn)子在其內(nèi)圓周上相對于定子11形成一個約2mm寬的氣隙33。此外轉(zhuǎn)子29具有沿軸向貫通的大體為圓柱形的在兩個磁極段內(nèi)部延伸的槽34，窄條狀棒形式的磁鐵部件35從兩側(cè)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(shè)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(nèi)與槽34鄰接的轉(zhuǎn)子29圓周壁50的內(nèi)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(zhuǎn)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?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟地制造磁鐵；其裝配通過適當?shù)拇判越拥?9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(chǎn)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(shè)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(nèi)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(shè)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(nèi)圓周壁50的延長段和毗連相鄰磁極間隙52的橋臂51構(gòu)成，通過橋臂接通磁性接地49。在槽34內(nèi)側(cè)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(nèi)輪廓上的基準線來表示。襯套47示出的是端側(cè)。在定子外面部分19凹槽38內(nèi)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(diào)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(zhuǎn)，則控制氣隙23變小，在這種情況下，終端位置在大約扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(shè)備來說可用于電壓調(diào)節(jié)。通過所述磁通量變化能夠調(diào)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(guān)系。通過使定子里面部分21位于一根帶有預緊扭轉(zhuǎn)桿46的空心軸24上，以扭轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)電壓相對于定子外面部分19的旋轉(zhuǎn)借助于一個旋轉(zhuǎn)磁鐵41可幾乎無阻力地順利進行。而實現(xiàn)這一點的前提是，扭轉(zhuǎn)預緊力與電磁回復力相當。
在圖1至5中所示的旋轉(zhuǎn)磁鐵41設(shè)置在一個軛鐵42的內(nèi)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(zhuǎn)磁鐵41的旋轉(zhuǎn)，并由此通過兩個定子部件之間的相對轉(zhuǎn)動達到所期望的恒壓調(diào)節(jié)。按照圖1，旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)磁鐵41與從屬的軛鐵42最好分別由許多疊片構(gòu)成。
在圖5中還示出了一個用于控制旋轉(zhuǎn)磁鐵41的電路。設(shè)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(zhuǎn)磁鐵41的旋轉(zhuǎn)，同時通過空心軸24也控制定子里面部分21的旋轉(zhuǎn)，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(xiàn)簡單的、與功率因數(shù)cos無關(guān)的發(fā)電機端電壓調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種由驅(qū)動發(fā)動機和發(fā)電機，尤其是由柴油機和同步發(fā)電機組成的發(fā)電機組，它包括一個固定的電樞繞組(28)和裝在轉(zhuǎn)子(29)內(nèi)用于發(fā)電機勵磁的永久磁鐵(35)，其中，設(shè)計為外轉(zhuǎn)子的發(fā)電機轉(zhuǎn)子(29)構(gòu)成柴油機的飛輪，發(fā)電機的定子(11)帶有電樞繞組(28)并設(shè)在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，其特征在于轉(zhuǎn)子(29)裝在一個風機葉輪(2)上，風機葉輪本身通過法蘭固定在驅(qū)動發(fā)動機的曲軸(1)端面；定子(11)設(shè)計為薄板組成的疊片鐵芯，它帶有電樞繞組(28)，并且借助于圓周上多個穿過其疊片鐵芯中的孔且將疊片鐵芯壓在一起的定子螺釘(17)與設(shè)在電流輸出側(cè)的發(fā)電機殼體端蓋(9)的內(nèi)環(huán)(10)固定在一起；以及，轉(zhuǎn)子(29)設(shè)計為薄板組成的疊片鐵芯，它帶有永久磁鐵(35)用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，并且借助于圓周上多個穿過其疊片鐵芯中的孔且將疊片鐵芯壓在一起的夾緊螺釘(30)與風機葉輪(2)固定在一起。
2.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征在于在風機葉輪帶有葉片組(4)的環(huán)形部分內(nèi)部，夾緊螺釘(30)與風機葉輪(2)通過螺紋旋緊。
3.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征在于緊挨著發(fā)電機外殼(8)圓柱套的內(nèi)部，設(shè)有多個在圓周上分布地排列并貫穿外殼全長的固定螺釘(7)，它們一端與發(fā)動機側(cè)的連接外殼(5)以及另一端與發(fā)電機殼體端蓋(9)通過螺紋旋緊。
4.按照權(quán)利要求3所述的發(fā)電機組，其特征在于發(fā)電機外殼(8)用金屬薄板制成并以兩個端面平面地夾緊在連接外殼(5)與發(fā)電機殼體端蓋(9)之間。
5.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征在于定子螺釘(17)在定子疊片鐵芯與內(nèi)環(huán)(10)之間通過定距套(20)插入并在內(nèi)環(huán)(10)和定子(11)背對內(nèi)環(huán)的一側(cè)之間夾緊。
6.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征在于夾緊螺釘(30)在轉(zhuǎn)子疊片鐵芯與風機葉輪(2)之間通過支承套筒(32)插入，并在風機葉輪(2)與轉(zhuǎn)子(29)背對風機葉輪的那一側(cè)之間夾緊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由驅(qū)動發(fā)動機和發(fā)電機,尤其是由柴油機和同步發(fā)電機組成的發(fā)電機組,它包括一個固定的電樞繞組(28)和裝在轉(zhuǎn)子(29)內(nèi)用于發(fā)電機勵磁的永久磁鐵(35),在此發(fā)電機組中,設(shè)計為外轉(zhuǎn)子的發(fā)電機轉(zhuǎn)子(29)構(gòu)成柴油機的飛輪,而其設(shè)在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的定子(11)則帶有電樞繞組(28)。
文檔編號H02K1/27GK1363133SQ01800386
公開日2002年8月7日 申請日期2001年3月2日 優(yōu)先權(quán)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