DE2924299C2

DE2924299C2 - Verfahren zum Herstellen einer magnetelektrischen Vorrichtung zur Signalerzeugung

Info

Publication number: DE2924299C2
Application number: DE2924299A
Authority: DE
Inventors: Kaniti Isii; Hisanobu Katsuta Kanamura; Nobuhiko Mito Ogasawara; Tosio Katsuta Tomite
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1983-01-13
Also published as: GB2023354A; DE2924299A1; JPS5915465B2; JPS54163308A; US4403402A; GB2023354B

Description

a) Herstellen des im wesentlichen im Querschnitt rechteckigen Polschuhblocks;

b) Herstellen einer Ausnehmung in der Rotor-Nabe zur Befestigung der Polschuheinheit, wobei die Ausnehmung so dimensioniert ist, daß sie den Dauermagneten und den Polschuhblock unter Belassung eines Ringsraumes aufnehmen kann;

c) Einsetzen eines zylindrischen Befestigungselementes aus einem nichtmagneiisehen Meial! mit einer bestimmten mechanischen Festigkeit, die einer Verformung einen geringeren Widerstand entgegensetzt als die Rotor-Nabe und der Polschuhblock und eine Höhe entsprechend der des Ringraums aufweist;

d) Einsetzen des Dauermagneten und des PoI-schuhblocks in das zylindrische Befestigungselement derart daß das Befestigungselement als Ganzes in der Ausnehmung zwischen der Rotor Nabe, dem Dauermagnet und dem Polschuhblock e'ngeschOssen ist, und

e) Kaltpressen mittels eines Preßstempels (120) gegen das Befestigungselement zu dessen plastischer Verformung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Ausnehmung Ringnuten vorgesehen werden, die bei der Verformung des Befestigungselements mit Material des Befestigungselements ausgefüllt werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer magnetelektrischen Vorrichtung zur Signalerzeugung, mit einer an einer umlaufenden metallischen Rotor-Nabe angebrachten Polschuheinheit aus einem Dauermagnet und einem Polschuhblock, und mit einer mit der Polschuheinheit zusammenwirkenden ortsfesten Signalausgangswicklung.

Die US-PS 35 27 266 zeigt eine Magnetzündvorrichtung, bei der in einem Schwungrad ein Polschuh angeordnet ist. In diesem Polschuh wird ein Dauermagnet und ein Polstück eingelegt Dabei entsteht ein keilförmiger Spalt, der durch Aluminium-Spritzguß geschlossen wird. Die Polschuhe haben eine komplexe Form. Durch das Aluminium-Spritzgießen ist es schwierig, den Dauermagnet und das Polstück in einer korrekten Beziehung hinsichtlich der Lage dieser beiden Teile zueinander zu gewährleisten. Die Herstellung gestaltet sich dadurch schwierig. Außerdem ist es nicht einfach, den Dauermagnet auf einem kleinen Durchmesser des Schwungrads unterzubringen und die Vorrichtung bedingt deshalb verhältnismäßig große Abmessungen.

Die US-PS 35 59 946 betrifft die Verbindung von

Metallteilen untereinander und im besonderen eine flüssigkeitsdichte Verbindung in einem Ventil, wobei in den abzudichtenden Teilen Nuten vorgesehen sind, die von einem metallischen Einsatzstück ausgefüllt werden. Durch diesen Vorgang kann eine hohen Beanspruchungen genügende Dichtung zwischen zwei Bauteilen erreicht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer magnetelektrischen Vorrichtung zur ίο Signalerzeugung anzugeben, nach dem eine derartige Vorrichtung in mechanischer Hinsicht stabil und kompakt ausgebildet ist und in elektrischer Hinsicht Magnetflußverläufe mit hoher Wirksamkeit erzeugen kann.

Ii, Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Anspruch 1 angeführten Merkmale.

Der Unteranspruch kennzeichnet eine zweckmäßige weitere Ausbildung des Verfahrens nach Anspruch 1.

Das erfingesfeemäße Verfahren ermöglicht es, anstel- Ie des Spritzgießens das Kaltpreßverfahren zu setzen,

wodurch neben einer hohen Präzision der Lokalisierung dieser Bauteile auch eine äußerst kleine Bauform erzielbar ist

In den Zeichnungen ist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Vorrichtung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Hauptteil eines magnetelektrischen Energieerzeugers mit einer magnetelektrischen Vorrichtung nach der Erfindung zur Signalerzeugung;

Fig.2 eine Perspektivansicht eines Polschuhs des Läufers der Vorrichtung nach F i g. 1;

Fig.3 einen Teil-Längsschnitt der die Lagebeziehung zwischen einer in einer Nabe ausgebildeten Ausnehmung und dem Polschuh der Vorrichtung nach Fig. I verdeutlicht:

F i g. 4 und 5 Perspektivansichten eines Befestigungselements der Vorrichtung nach der Erfindung;

F i g. 6 einen Teil-Längsschnitt vier die Art und Weise der Festlegung verdeutlicht:

F i g. 7 und 8 Diagramme zur Erläuterung des Befestigungsschritts bzw. des Befestigungszustands nach der Erfindung;

Fig.9A bis 9D Signalverläufe zur Erläuterung der Erzeugung von Zündsignalen;

Fig. 10 einen Teil-Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 11 einen Teil-Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung; so Fig. 12 eine Vorderansicht der Ausführungsform nach F i g. 11:

F i g. 13 eine Explosionsansicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 14 einen Teil-Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung;

F i g. 15 eine Perspektivansicht eines Befestigungselements, das bei der Ausführungsform nach Fig. 14 verwendet wird; und

Fig. 16 eine größere Teil-Schnittansicht einer ande- §0 ren Ausführungsform.

F i g. 1 zeigt im Längsschnitt eine magnetelektrische Energieerzeugungsvorrichtung zum Einsatz in einer Brennkraftmaschine. Eine Antriebswelle 1 der Brennkraftmaschine weist einen konischen Endabschnitt 2 auf, und eine Nabe 3 aus Weichstahl umfaßt einen Zylinder 4 und einen Flansch 5, die durch Kalthämmern od. dgl. einstückig ausgeführt sind, und der konische Endabschnitt 2 ist in den Zylinder 4 eingesetzt. Auf das Ende

der Antriebswelle I ist eine Mutter 6 geschraubt, die den Zylinder 4 Ober eine Beilagscheibe 7 gegen den konischen Endabschnitt 2 drückt Der Plansch 5 weist Bohrungen 8 zur Aufnahme von Nieten 15 auf. Am Innenumfang eines Schwungsradjochs 10, das durch = Verformen einer Weichstahlplatte gebildet ist, sind konzentrisch mit der Antriebswelle 1 in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgend Dauermagnete 11 und Polschuhe 12 angeordnet Die Innenfläche des Polschuhs 12 !st über einen Luftspalt einem ortsfesten Kern 14 zugewandt, auf den eine Generatorspule 13 gewickelt ist Eine Scheibe 101 des Schwungradjochs 10 und der Flansch 5 der Nabe 3 sind mit Nieten 15 zusammengefügt Der ortsfeste Kern 14 ist mit einer Schraube auf einer Generator-Grundplatte 16 festge- is legt die ihrerseits an einem Maschinengehäuse befestigt ist

Eine magnetelektrische Vorrichtung 20 zur Signalerzeugung weist einen Läufer mit einer Polschuheinheit auf. die aus einem Dauermagnet 21 und einem Polschuhblock 22 besteht die in einer Ausnehmung 31 der Nabe 3 fest und satt anliegend mittels eines Befestigungselements 23 gehalten sind. Die Ausnehmung 31 der Nabe ist mit einer Ringnut 32 (vgl. F i g. 3) ausgebildet Der entsprechend F i g. 2 ausgebildete Polschuhblock 22 weist an seinem Außenumfang eine Ringnut 24 auf.

Die magnetelektrische Vorrichtung 20 weist ferner einen Ständer mit einem ortsfesten Polschuh 71, eine·· Signalausgangswicklung 72 und einem zweiten Polschuh 73 auf, die in eine Harzform 74 eingegossen sind, die auf der Generator-Grundplatte 16 befestigt ist.

Ein geschlossener Magnetkreis wird durch den Dauermagnet 21, den Polschuhblock 22, den Luftspalt, den ortsfesten Polschuh 71, den ortsfesten zweiten Polschuh 73 und die Nabe 3 gebildet Wenn die Nabe 3 umläuft, läuft der Polschuhblock 22 an dem ortsfesten Polschuh 71 vorbei, so daß in der Ausgangssignal wicklung 72 ein Ausgangssignal induziert wird. Wenn das Ausgangssignal pro Umdrehung der Nabe zweimal oder mehrmals erzeugt werden soll, sind zwei oder mehr Polschuhblöcke 22 in Umfangsrichtung in erwünschter Weise vorzusehen.

Die Nabe ist zum festen Anbringen der Polschuheinheit wie folgt ausgebildet:

Der Durchmesser der Ausnehmung 31 in der Nabe sowie die Außendurchmesser des Polschuhblocks 22 und des Dauermagnets 21 sind so gewählt, daß ein Ringraum 33 mit einer Weite T₀ verbleibt, wenn Polschuhblock 22 und Dauermagnet 21 in die Ausneh- so mung 31 konzentrisch eingesetzt sind (vgl. F i g. 3). Wenn das Befestigungselement ζ. Β. aus Kupfer besteht, beträgt die Weite T₀ ca. 2 mm. Wenn sowohl für den Polschuhblock 22 als auch die Nabe 3 jeweils eine Nut vorgesehen ist, vnd die Nuten 24 und 32 bevorzugt so ausgelegt, daß sie eine Tiefe h von 0,1 — 1.0 mm haben. Wenn die Tiefe h zu gering ist, resultiert eine ungenügende Scherbeanspruchung, und wenn sie zu groß ist, sind zum Einsetzen des Befestigungselements unnötig hohe Drücke erforderlich. Ferner sind die Nuten 24 und 32 bevorzugt so ausgelegt, daß sie einen Neigungswinkel & von 25—70° haben. Erwünschtenfalls können für den Polschuhblock 22 und die Nabe 3 mehrere Nuten vorgesehen sein. In diesem Fall ist dann die Tiefe Ader Nuten bevorzugt gering.

Ein nichtmagnetisches Metall wie Kupfer ode.· Aluminium wird zu Zylinderform geschnitten oder verformt (vgl. die F i g. 4 und 5).

Bei der Montage des Dauermagnets 21, des Polschuhblocks 22 und des Befestigungselements 23 auf der Nabe 3 wird zuerst das Befestigungselement 23 in die Ausnehmung 31 eingesetzt, wonach der Dauermagnet 21 und der Polschuhblock 22 eingesetzt werden (vgl. Fig.7). Dann wird (vgl. die Fig.6 und 8) eine metallische Preßform 120, die eine Arbeitsfläche 121 mit einer Weite t, die geringer als die Weite T₀ des ringförmigen Raums 33 ist sowie Arbeitsschenkel 122 aufweist gegen das Befestigungselement 23 gepreßt so daß dieses plastisch verformt und zum Teil in die Nuten 24 und 32 eingezogen wird. Nach Fig.7 ist das Befestigungselement 23 mit Ausnahme seiner der Preßform 120 zugewandten Oberfläche von der Nabe 3, dem Dauermagnet 21 und dem Polschuhblock 22 umgeben, und der Höhenunterschied AH ist ziemlich gering. Daher kann man sagen, daß das Befestigungselement insgesamt von den zu befestigenden Organen und der Preßform unmittelbar vordem Pressen umschlossen ist. Daher kann (vgl. F i g. 8) das Befestigungselement 23 während des Pressens aus diesem ^r«um praktisch nicht ausweichen.

Eine Außenfläche 123 des Arbeitsschenkels 122 der Preßform 120 ist in bezug auf eine zur Arbeitsfläche 121 senkrechte Richtung (die Einführrichtung) um einen Winkel θ geneigt Dieser Winkel θ beträgt bevorzugt 6—15°. Wenn er zu klein ist ist es schwierig, die Preßform 120 nach dem Eindrücken zurückzuziehen, und wenn er zu groß ist, besteht die Gefahr, daß nicht nur das Befestigungselement entgegen der Einführrichtung der Preßform herausgezogen wird, d. h. aus dem Zwischenraum entweicht sondern daß die Preßform auch nicht bis zur notwendigen Tiefe eingepreßt werden kann, so daß im Befestigungselement keine große innere Spannung mit entsprechend hoher Befestigungskraft erzeugt werden kann.

Es ist vorteilhaft, daß der Arbeitsschenkel 122 tief einführbar ist, so daß (vgl. F i g. 8) sichergestellt ist, daß ein Abstand 5 zwischen der Arbeitsfläche 121 <nd dem oberen Rand der Nuten 24 und 32 so klein wie möglich gehalten wird, d. h. daß die Arbeitsfläche 121 den Nuten 2'. und 32 so nahe wie möglich kommt Experimentell wurde gefunden, daß eine Beziehung 0 < S/T_o S ¹U erwünscht ist. Diese Abmessung minimiert Reibungsverluste, die auftreten, wenn das Befestigungselement plastisch verformt wird, und damit ist eine ausreichende Eindrücktiefe des Befestigungselements 23 in die Nuten 24 und 32 möglich. Wenn die Arbeitsfläche 121 weiter als bis zu den oberen Rändern der Nuten 24 und 32 eingeführt würde, würde zwischen dem Befestigungselement und beiden Nuten ein Luftspalt entstehen, der in einer schlechten Befestigungskraft resultieren würde.

Um den angegebenen Aufbau verformbar zu machen. mu" der Werkstoff für die Nabe und den Polschuhblock eine größere Festigkeit und Steifigkeit als der Werkstoff des Befestigung^ vlements 23 haben. Da<> heißt, das Befestigungselement 23 muß leichter als Nabe 3 und Polschuhblock 22 verformbar sein.

Wenn das Bzfestigungselement 23 in den Zwischenraum 33 eingesetzt ist und mit Druck beaufschlagt wird, unterliegt es einer radialen Druckkraft, und andererseits wird es durch die Nuten 24 und 32 mit einer π ich außen gerichteten, axialen Scherbeanspruchung beaufschlagt, so daß es fest in die Nuten 24 und 32 eingepreßt werden kann.

Wie angegeben, ist die Befestigungsvorrichtung nach der Erfindung einfach, aber vollkommen ausreichend, um die zu befestigenden Teile genau zu positionieren,

■ wobei der Außendurchmesser des mit diesen Teilen zusammengefügten Läufers minimiert wird. Zusätzlich sind die zum Befestigen verwendeten Teile leicht herstellbar, und die Anzahl Fertigungsschritte sowie die Herstellungszeit können vermindert werden.

Ein Scherspannungsstärke-Versuch zeigte, daß das aus Aluminium hergestellte Befestigungselement eine statische Festigkeit von 13 —20 kg/mm² hatte. Die mechanische Festigkeit ist bei einer magnetelektrischen Vorrichtung von höchster Wichtigkeit, und die Vorrichtung muß eine ausreichende Festigkeit gegen mechanische Stöße aufgrund von Fliehkraft und Winkelbeschleunigung aufweisen. Herkömmliche Vorrichtungen sind mechanisch unzuverlässig, da ihre Klebstoffe oder Bindemittel unzuverlässig sind und einer durch Wärmeeinwirkung bedingten Schädigung unterliegen und da etwa vorhandene Spalte oder Zwischenräume nur unwirksam zusammengehalten sind; die hier angegebe

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verhindert das Auftreten irgendwelcher Zwischenräume oder Spalte, so daß eine sehr zuverlässige Befestigungsvorrichtung erhalten wird.

Der Polschuhblock 22 ist ein zweistöckiges Rechteck in dem angegebenen Diametralschnitt A-A nach F i g. 2, wobei das obere Rechteck kleiner als das untere Rechteck ist, und ist auf der Nabe derart befestigt, daß der zweistöckige Rechteckschnitt in Umlaufrichtung liegt In elektrischer Hinsicht erlaubt diese Konfiguration und Anordnung des Polschuhblocks 22 ein schnelles Ansteigen des Magnetflußverlaufs, der die Signalausgangswicklung 72 durchsetzt und eine entsprechende Erzeugung eines als Zündsignal geeigneten Spannungssignals.

Wenn der Polschuhblock 22 eine Säule ist und im Diametralschnitt ein Rechteck bildet (vgl. B-Bm F i g. 2), ändert sich der Magnetfluß Φ entsprechend F i g. 9A, während die Nabe umläuft, und es resultiert ein Ausgangssignal V₁ entsprechend Fig.9B. Wenn im Gegensatz dazu der Polschuhblock 22 im Diametralschnitt ein zweistöckiges Rechteck und so angeordnet ist, daß die Breite seines oberen Abschnitts, die kleiner als der Durchmesser, z. B. der halbe Durchmesser, ist, in Umlaufrichtung liegt, ändert sich der Magnetfluß Φ entsprechend F i g. 9C, und es wird ein steiles Ausgangssignal V, entsprechend Fig.9D erhalten. Der obere Abschnitt des Polschuhblocks 22 kann im Schnitt auch anders, z. B. als Dreieck, ausgebildet sein je nach erwünschter Kennlinie.

Vorteilhafterweise vermindert das nichtmagnetische Befestigungselement den radialen Streufluß aus dem Dauermagnet zur Nabe.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist ein Polschuhblock 22 auf dem Außenumfang eines Schwungradjochs 10 befestigt Dabei ist im Außenumfang des Schwungradjochs 10 eine Ausnehmung ausgebildet Ein Dauermagnet 21 und der Polschuhblock 22 sind in die Ausnehmung eingesetzt und mittels eines Befestigungselements 23 sicher darin gehalten. Ein ortsfester Polschuh 71, eine Signalausgangswicklung 72 und ein ortsfester Polschuh 73 sind außerhalb des Schwungradjochs angeordnet

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 11 und 12 ist eine magnetelektrische Vorrichtung zur Signalerzeugung an der Außenseite des Gehäuses eines Wechselstromgenerators angeordnet Auf einer Kurbelwelle tOO ist eine Nabe 101 gesichert, auf der ein Läufer 102 befestigt ist Der Läufer 102 umfaßt einen Ankerkern 103, eine Feldwicklung 104 und Schleifringe 105. Ein Ständer 110 umfaßt Ständerbleche 111, eine Generatorspule 112 und ein Gehäuse 113. Bürsten 106 sind an einem Klemmteil 107 gehaltert und stehen mit den Schleifringen 105 in Kontakt. Eine Buchse 108 ist mit einer sie durchsetzenden angezogenen Schraube 109, die in die Kurbelwelle 100 geschraubt ist, gegen die Nabe 101 gedrückt. Ein Magnet 21 und ein Polschuhblock 22 sind in einer Ausnehmung in der Buchse 108 mittels eines ringförmigen Befestigungselements 23 sicher gehalten. Ein ortsfester Polschuh 71 ist am Gehäuse 113 gesichert, und eine Signalausgangswicklung 72 ist auf den Polschuh 71 gewickelt. Ferner ist ein Polschuh 73 zur Bildung eines geschlossenen Magnetkreises vorgesehen.

Der Magnet 21 und der Polschuhblock 22, die an der Buchse 108 mittels des Befestigungsrings 23 sicher gehaltert sind, haben bei dieser Ausführungsform die Μ gleiche Funktion wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 13 ist eine einzige Nut 32 in einer Ausnehmung 31 in einer Nabe 3 ausgebildet, und der Polschuhblock 22 weist keine Nut auf. Diese Ausbildung ist einsetzbar, wenn die Größe der Fliehkraft und weiterer äußerer Kräfte gering ist, so daß eine relativ geringe Befestigungskraft ausreicht. Altern«·;iv kann für den Polschuhblock 22 eine einzige Nut vorgesehen sein.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 14 und 15 weist der Polschuhbiock 22 anstelle einer Nut einen Flansch 221 auf.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 16 sind für einen Polschuhblock 22 oder eine Ausnehmung 31 in einer Nabe mehrere Nuten 241 (321) und 242 (322) ausgebildet. Dabei ist die Nut bevorzugt so ausgelegt, daß sie eine Tiefe Ah von 0,03—0,15 mm und einen Neigungswinkel λ von 25—70° hat.

Die diese Abmessungen aufweisende Nut kann gleichzeitig mit der Ausbildung der Ausnehmung 31 durch Bohren oder mit der Ausbildung des Polschuhblocks 22 durch Schneiden mit einer Oberflächenrauhigkeit von 25-100 Sausgebildet werden.

Bei den erläuterten Ausführungsformen wurde die Brennkraftmaschine oder der Stromerzeuger für Kraftfahrzeuge teilweise abgeändert, um die magnetelektrische Vorrichtung zur Signalerzeugung aufzunehmen; es kann jedoch eine gesonderte oder unabhängige magnetelektrische Vorrichtung an der Brennkraftmaschine oder anderen umlaufenden Teilen ohne Abänderung derselben angebracht werden. Auch ka: ι die Vorrichtung an umlaufenden Hilfsmaschinen angebracht werden.

Die Nutzung der Ausgangssignale der magnetelektrisehen Vorrichtung ist nicht auf Zündsignale beschränkt; die Signale können vielmehr auch als Drehzahl- oder Drehwinkel-Erfassungssignale genutzt werden.

Wie angegeben, können bei der magnetelektrischen

Vorrichtung zur Signalerzeugung die signalerzeugenden Elemente sicherer und stabiler als bisher befestigt werden, und die Befestigungseinheit kann kompakt und raumsparend ausgebildet sein.

Der umlaufende Polschuh kann jede erwünschte Konfiguration haben, die sicherstellt daß die Ausgangs-Signalverläufe erhalten werden, die den erwünschten Anwendungszwecken entsprechen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!,Verfahren zum Herstellen einer magnetelektrischen Vorrichtung zur Signalerzeugung, mit einer an einer umlaufenden metallischen Rotor-Nabe angebrachten Polschuheinheit aus einem Dauermagnet und einem Polschuhblock, und mit einer mit der Polschuheinheit zusammenwirkenden ortsfesten Signalausgangswicklung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte;