DE2053262A1

DE2053262A1 - Wechselspannungsgenerator zur Drehzahlmessung, insbesondere für eine Blockierschutzeinrichtung einer Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE2053262A1
Application number: DE19702053262
Authority: DE
Inventors: Karl 7055 Stetten; Finkbeiner Ludwig 7121 Walheim; Taubitz Bernd 7530 Pforzheim. P Bächle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-10-30
Filing date: 1970-10-30
Publication date: 1972-05-04
Also published as: SE365914B; JPS5220641B1; US3710158A; DE2053262B2; GB1362419A

Description

K. 82
28.10.1970 Sk/Sz

Anlage zur

ROBERO? BOSOH GMBH, Stuttgart

Wechselspannunpisftenerator zur Drehzahlmessung, insbesondere für eine Blockierschutzeinrichtung einer Fahrzeugbremsanläse

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechselspannungsgenerator zur Drehzahlmessung mit einem Läufer, der.in seinem dem Ständer zugewandten Umfangsbereich aus permanentmagnetischem Material besteht und mehrere streifenförmige Läuferpole mit abwechselnder Polarität aufweist, und mit einem Ständer, dessen ringförmige Ständerspule in einer ebenfalls ringförmigen, zum Läufer hin geöffneten Ständerpolanordnung aus weiehraägnetischem Material liegt.

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Es ist schon ein Synchronmotor bekannt, der zur Zählung der IDre-hzahl einer Brennkraftmaschine verwendet -wird und die geaiaiaaiLten Merkmale aufweist. Bei diesem Synchronmotor best-elÄ Me ;Ständerp.olan,ordnung aus zwei auf beiden Seiten der Ständ-erspüLe liegenden Ständerpolblechen, die an ihrem Jhaßeren Rand nach" iknen umgebogene Ständerpole tragen. Die Ständerpole sind dabei so angeordnet, daß jeweils ein Ständerpol auf einer Seite der ""' Ständerspule zwischen .zwei -Ständerpolen der anderen Seite $Je>r Spule liegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß zum Beispiel die Ständerpole auf der einen Seite der Ständerspule Südjpol«aa d.es Läufers gegenüberstehen, während die Ständerpole der anderen Seite der Spule Nordpolen des Läufers .g-egenübersteh-eai.. Beim Drehen des Läufers um -eine Polt-eilung kehrt sich dann di-e SiicäaH tunig des magnetischen !Flusses in d.er Ständerpolanordnung aim*.

Diese bekannte Anordnung läßt sic'h nur bei Außenläu-fersystetraeaa aaawenden. Eine Umstellung auf veränderte Einbaubedingun-g-en bri-agt einen großen technischen Aufwand mit .-sich. Pur -elektronisch gesteuerte Blockierschutzvorrichtungen von Fahrzeugbreasen braucht man jedoch Wechselspannungsgeneratoren mit Außenläufer oder Innenläufer, je nachdem, ob die Drehzahl eines angetriebenen oder eines nicht angetriebenen Rades gemessen werden soll. Außerdem soll der Läuferdurchmess-er an den Duivcfenesser einer Antriebsachse angepaßt werden k©ELae3a. D'er Erfiictd^aayg liegt daher die Aufgabe zugrunder,:,-einen Wech-s«lspannung-s:gejia.erator zu entwickeln, der mit sehr verschiedenen Läuferdiärck- · messern .gebaut werden kann und bei dem weiterhin nach MQigli>cihk,eit die gleichen Bauteile zum Aufbau von Außenläufersytem-en Innen lauf er sy s tem en verwendet werden köomen.

Diese Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch gelöst, daß «die ©täaderp ο lan Ordnung· aus einem Wickelkörper imm! aus Sta&derpolen in Form ύ&β. U-förmigen. 'Bleeheaa. feesst-eht und di.e beiden Schenkel eines einzelnen Ständerpols zwei aufeiaaaaderfolgenden Lauferpolen gegeniiberstehen·.

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Weitere. Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen sind nachstehend anhand von sechs in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen: ■

Fig. la ein erstes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht, .

Fig. Ib das erste Ausführungsbeispiel in einem nach der
Linie I-I geführten Schnitt,

Fig. 2a ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht,

Fig. 2b das zweite Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie II-II geführten Schnitt,

Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung der Funktionsweise

der beiden ersten und der beiden letzten Ausführungsbeispiele,

Fig. 4a ein drittes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht ,

Fig. 4b das dritte Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie VI-VI geführten Schnitt,

Fig. 5a ein viertes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht,

Fig. 5ΐ* das vierte Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie VIII-VIII geführten Schnitt,

Fig. 6 eine Skizze zur Erklärung der Funktionsweise des dritten und vierten Ausführungsbeispiels,

Fig, 7a ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht,

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Fig. 7b das fünfte Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie IV-IV geführten Schnitt,

Fig. 8a ein sechstes Ausführungsbeispiel in einer Teilan-/ sieht, ■

Fig. 8b das sechste Ausführungsbeispiel in einem nach der Linie X-X geführten Schnitt.

Fig. 9 eine Skizze zur Erklärung der Funktionsweise einer K- . Abwandlung des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels.

Das in Fig. la und Ib dargestellte erste Ausführungsbeispiel besteht aus einem Außenläufer 11 und einem Ständer, dessen Wickelkörper 13 die Ständerpole 14 und die Ständerwicklung 17 trägt. Ständer und Läufer sind durch einen Luftspalt 20 getrennt. Die Ständerpole 14 haben die Form U-förmiger Bleche und sind in Nuten des Wickelkörpers -'1$ eingelassen, die schräg zur axialen Richtung stehen. Die Ausgangsspannung der Ständerwicklung 17 läßt sich an zwei Anschlußdrähten 18 abnehmen und ■ einer Blockierschutzschaltung zuführen.

ψ Fig. J zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt die Läuferpole 19, die durch waagrechte Striche angedeutet sind, und die Schenkel 15 der Ständerpole 14. Man sieht, daß. der magnetische Fluß durch die Ständerpole dann seinen maximalen Wert annimmt, wenn die Ständerpole gegen die Waagrechte, die in diesem Fall die axiale Richtung angibt, um einen Winkel α geneigt sind, der sich aus dem Lauferpoiabstand s und dem mittleren Schenkel-

abstand d der Ständerpole nach &bt Gleichung $anh. « |r ergibt/. Dann steht ein Schenkel 15 einem Nordpol und der andere Schenkel 15 des gleichen Ständerpols einem Südpol gegenüber«

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Man sieht aus Fig. 3 weiterhin, daß die Punktionsweise des Wechselspannungsgenerators nicht beeinträchtigt wird, wenn die Ständerpole 16, 15 in axialer Richtung, d. h. waagrecht in Fig. 5i angeordnet werden und die Läuferpole um einen Winkel α gegenüber der axialen Richtung verdreht sind. Der Abstand der Ständerpole voneinander ist mit b und die Blechdicke der Ständerpole mit c bezeichnet.

Die Fig. 2a und 2b zeigen als zweites Ausführungsbeispiel einen Wechselspannungsgenerator mit einem Innenläufer 12. " \ Der Ständer ist wieder wie beim ersten Ausführungsbeispiel aus einem Wickelkörper 13, aus Ständerpolen 14 und aus einer Standerwicklung 17 aufgebaut, mit der Ausnahme, daß die U-formigen Ständerpole 14 nach innen geöffnet sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders geeignet für die Drehzahlmessung von angetriebenen Rädern, da der Innenläufer 12 einfach auf der Antriebsachse befestigt werden kann.

Es ist zu bemerken, daß für das Außenläufersystem nach Fig; la und Ib und für das Innenläufersystem nach Fig. 2a und 2b die gleichen Ständerpolbleche 14 verwendet werden können.

Das in Fig. 4a und 4b dargestellte dritte Ausführungsbeispiel ₍ besitzt einen Außenläufer 11, der wie beim ersten Ausführungsbeispiel durch einen Luftspalt 20 vom Ständer getrennt ist. Der Ständer besteht wiederum aus einem Wickelkörper 13, aus Ständerpolen 14 und einer Ständerwicklung 17- Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß ein einzelner U-förmiger Ständerpol 14 aus zwei überlappend aneinander geschichteten L-förmigen Blechen besteht. Die Dicke der L-förmigen Ständerpolbleche ist etwas kleiner als der Läuferpolabstand s, da die Bleche in ihrer Mittelzone 16 dicht aneinander

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geschichtet werden und an ihren weiter außen liegenden % kela 15 genau den Lauferporabftand s aufweisen müssen.

ler magnetische Fluß schließt sich in diesem Falle von einem Läuferpol über zwei L-förmige Ständerpolbleche zum nächsten Läuferpol, Der Vorteil des dritten Ausführungsbeispiels gegen-? Über dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß infolge der parallelen Anordnung der Ständerpole und der Läuferpole fe ©ine größere Fläche des Ständerpols einem Läuferpol gegenüber- ^ steht, wie man aus Fig. 6 sieht. Dadurch wird der magnetische Widerstand des Luftspalts 20 kleiner.

Das vierte Ausführungsbeispiel nach Fig. 5a und 5b ist im. <|©{§fja_;-satz zum dritten Ausführungsbeispiel wieder ©in InnenläuffP-system. Die Bauteile sind gleich wie beim dritten Ausführun_;gf^ beispiel und mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie in fig. 4a und 4b.

Bei den beiden beschriebenen Innenläufersystemen nach Fig. 2 und 5 ist die Herstellung der Ständerspule 17 schwieriger als bei den Außenläufersystemen, bei denen die Ständerspule 17 ein- ψ fach auf den fertigen Ständer mit den Ständerpolen gewickelt

werden kann. Bei den Innenläufersystemen muß die Ständerspule zuerst auf einen besonderen Wickelkörper mit den richtigen Abmessungen gewickelt werden. Sie kann dann in Silikontautschuk I. eingegossen werden und ist als ganze Spule flexibel, so daß, sie von innen in den fertigen Ständer eingelegt werden kann.

Das fünfte Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 besitzt wieder einen Außenläufer .11. Die U-förmigen Ständerpolbleche 14 sind schräg zur axialen Richtung angeordnet und v/eisen an ihren Schenkeln. 15 Verbreiterungen 21 auf. Durch die Verbreiterungen 21 wird der magnetische Widerstand im Luftspalt 20 kleiner. Zur

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mechanischen Verstärkung des Ständers dient ein Verstärkungsring 22, der vorzugsweise aus elektrisch leitfähigem Material besteht und der gleichzeitig als Masseanschluß der Ständerspule verwendet werden kann.

Das sechste Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 besitzt einen Innenläufer 12 und entspricht damit den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und Fig.- 5· Es weist die gleichen Bauteile wie das fünfte Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 auf, die auch mit gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet sind. Das sechste Ausführungsbeispiel ist das fertigungstechnisch günstigste Beispiel eines Innenläufersystems. Die Standerspule 10 kann auf den Wickelkörper IJ von außen aufgewickelt werden, solange die Ständerpolbleche 14· noch nicht aufgebracht sind. Nach dem Wikkeln der Spule Y? werden die Ständerpolbleche 14- in die vorgesehenen Nuten von außen eingeschoben. Zum Schluß wird der Ver-· Stärkungsring 22 über die Ständerpolbleche 14- geschoben und die Zwischenräume zwischen den Ständerpolblechen werden mit Kunstharz ausgegossen.

Beim fünften und sechsten Ausfuhrungsbeispiel sind wiederum die Läuferpole in axialer Richtung angeordnet, während die Ständerpole um einen Winkel α gegen die axiale Richtung verdreht sind. Wie beim ersten und zweiten Ausfuhrungsbeispiel wird die Funktionsweise nicht beeinträchtigt, wenn statt dessen die Läuferpole schräg stehen und die Ständerpole in axialer Richtung angeordnet sind.

Fig. 9 zeigt eine dritte mögliche Variante: Sowohl die Läuferpole 19 als auch die Schenkel 15 der Ständerpolbleche sind in axialer Richtung angeordnet. Zu diesem Zweck müssen die U-fÖriiigen Ständerpolbleche 14· in ihrem Mittelbereich 16 um den Läuferpolabstand s abgekröpft werden. Durch dieses Verfahren

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kann wieder die Blechdicke wie "beim dritten und vierten Ausführungsbeispiel etwas größer gewählt werden, so daß der magnetische Widerstand des Luftspaltes 20 zwischen Läufer und Ständer kleiner und die Ausgangsspannung der Ständeispule größer wird.

Alle sechs beschriebenen Ausführungsbeispiele erfüllen die eingangs genannten Forderungen. Der Wickelkörper 13 ist als tragender Teil des Ständers ausgebildet und kann aus einem duroplastischen Kunststoff gespritzt werden. Außer duroplastischen Kunststoffen sind alle anderen preß-, spritz- oder zerspanbaren Kunststoffe zur Herstellung des Wickelkörpers geeignet. Man kann dabei die Spritzform so ausbilden, daß der Wickelkörper gleich die zur Aufnahme der Ständerpolbleche 14 bestimmten Nuten aufweist. Für verschiedene Einbauformen des Wechselspannungsgenerators benötigt man nur verschiedene Spritzformen für den Wickelkörper 13· Biese Spritzformen sind wesentlich billiger herzustellen als Stanzwerkzeuge, wie sie für die Herstellung der herkömmlichen Ständeranordnungen aus Stahlblech verwendet werden.

Die U- oder L-förmigen Ständerpolbleche können für alle Ausbildungsformen gleich verwendet werden, unabhängig davon, ob ein Außenläufersystem oder ein Innenläufersystem vorliegt.,

Die endgültige Form bekommt der Ständer erst nach dem Einfügen der Ständerpolbleche, indem die ganze Anordnung in Kunstharz vergossen oder in thermo- bzw. duroplatischen Kunststoff eingespritzt wird. ·

Bei allen Ausführungsbeispielen ist der Läufer zweckmäßigerweise so aufgebaut, daß als permanentmagnetisches Material _:ein kunststoffgebundener Ferrit verwendet wird. Solche kunststoffgebundenen Ferrite in Bandform sind bekannt. Ein solches Kunst-

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stoffband kann einfach auf den dem Ständer zugewandten Umfangsbereich des Läufers geklebt bzw* auf vulkanisiert werden. Es wird ann mit Hilfe einer geeigneten Magnetisierungsvorrichtung mit Polen versehen. Die Unterlage des Kunststoffbandes besteht dabei zweckmäßigerweise aus weichmagnetischem Material und dient damit gleichzeitig als magnetischer Rückschluß. Es hat sich als optimal erwiesen, wenn die Dicke des Kunststoffbandes etwa gleich dem halben Läuferpolabstand s ist.

Obwohl die Masse des Veicheisens in der Ständerpölanordnung wesentlich kleiner ist als bei den herkömmlichen Wechselspannungsgeneratoren, ist der Verlauf der magnetischen Feldlinien um die ringförmige Ständerspule herum besser an die ideale Kreisform angenähert als bei den bekannten Anordnungen, da die Ständerpole voneinander isolierte Einzelsysteme sind. Über die in axialer Richtung angeordneten Läuferpole und die schrägstehenden Ständerpole schließen sich die Magnetfeldlinien in Form schrägstehender Kreise um die Ständerpole herum* Die Schräglage der Kreise und damit die für die Induktion unwirksame Längskomponente der magnetischen Feldstärke wird um so kleiner, je größer die Polzahl ist. Drehzahlgeber für Blockierschutzanwendungen müssen eine möglichst große Polzahl aufweisen, so daß gerade bei diesen Drehzahlgebern der Magretfeldverlauf besonders günstig ist. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen 192 Läuferpole auf.

Versuche haben ergeben, daß die maximale Ausgangsspannung erst erreicht wird, wenn das Verhältnis b· : c (Polabstand zu Blechdicke, siehe Fig. 5, 6 und 9) größer als 1,2 ist. Dann sind nämlich die Flußänderungen am größten. Die Polbreite der Läuferpole ist sehr klein und beträgt bei allen Ausführungsbeispielen etwa 0,2 bis 0,3 Millimeter.

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In der Serienfertigung ist es kaum zu vermeiden, daß der Läufer eine geringfügige Exzentrizität von etwa 0,1 bis 0,2 mm aufweist. Diese Exzentrizität macht sich u. U. als Amplitudenmodulation der Ausgangsspannung bemerkbar, wobei die Modulationsspannung von der Größe der Exzentrizität abhängt. Die Amplitude der Ausgangsspannung ist umgekehrt proportional zur Breite des Luftspalts 20. Um eine möglichst wenig modulierte Ausgangsspannung zu erreichen, muß man daher die Breite des Luftspalts 20 so klein machen, wie es die durch Fertigungs- _toleranzen bedingte Exzentrizität des Läufers erlaubteDie Breite des Luftspalts 20 darf höchstens die Hälfte der Blechdicke c erreichen.

Der Verstärkungsring 22 beim fünften und sechsten Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 soll am besten aus einem nicht ferromagnetisch en Material bestehen, damit er den Verlauf der magnetischen Feldlinien in der Ständerpolanordnung nicht störend beeinflußt. Wenn er aus ferromagnetischem Material besteht, werden die Hysterese- und Wirbelstromverluste großer und erreichen die gleichen Werte wie beim dritten und vierten Ausführungsbeispiel. Falls die dadurch verursachte Verminderung " der Ausgangsspannung nicht stört, kann man auch einen Stahlriag 22 vorsehen, um eine billigere Fertigung zu ermöglichen.

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Claims

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Ansprüche -.

[IJ Wechselspannungsgenerator zur Drehzahlmessung mit einem Läufer, der in seinem dem Ständer zugewandten Umfangsbereich aus permanentmagnetischen Material besteht und mehrere streifenförmige Läuferpole mit abwechselnder Polari- ä tat aufweist, und mit einem Ständer, dessen ringförmige Ständerspule in einer ebenfalls ringförmigen, zum Läufer hin geöffneten Ständerpolanordnung aus weichmagnetischem Material liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerpolanordnung aus einem Wickelkörper (13) und aus einzelnen Ständerpolen (14) in Form von U-förmigen Blechen besteht und daß die beiden Schenkel (15) eines einzelnen Ständer- j pols (14) zwei -aufeinanderfolgenden Läuferpolen (19) gegenüberstehen.
2. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (12) innerhalb des Ständers angeordnet ist.
3. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (11) außerhalb des Ständers angeordnet ist.

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4. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferpole (11) in axialer Richtung angeordnet sind und daß die Richtung der Ständerpolbleche (14) von der axialen Richtung um einen Winkel α abweicht, der aus dem mittleren Schenkelabstand d und dem Läuferpolabstand s nach der Beziehung tank = 4 berechnet wird.
5· Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerpolbleche (14) in axialer Richtung angeordnet sind und daß die Richtung der streifenförmigen Läuferpole (19) von der axialen Richtung um einen Winkel α abweicht, der nach der Beziehung tank - 4· berechnet wird.
6. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferpole und die Schenkel der Ständerpole in axialer Richtung angeordnet sind und daß die Ständerpolbleche (14) in ihrem Mittelbereich (16) um den Läuferpolabstand s abgekröpft sind.
7. Wechselspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein U-förmiger Ständerpol (14) durch überlappendes Aneinanderlegen zweier L-förmiger Bleche gebildet wird, deren Dicke näherungsweise gleich dem Läuferpolabstand s ist.

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8. Vechs elsp annungs gen er at or nach einem der Ansprüche 1 "bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkleinerung des magnetischen Widerstandes im Luftspalt zwischen Läufer und Ständer die Schenkel (15) der Ständerpolbleche (14) an ihrem dem Läufer zugewandten Ende verbreitert sind.
9. Wechseispaiihungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper (13) aus einem duroplastischen Kunststoff besteht und Nuten zur Aufnahme der Ständerpolbleche aufweist, wobei die Ständerpolbleche voneinander isoliert angeordnet sind.
10. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten zur Aufnahme der Ständerpolbleche seitlich am umfang des Wickelkörpers (13) radial zum Mittelpunkt zeigend liegen und voneinander isolierte Ständerpolbleche gleicher Abmessungen wahlweise in beiden Richtungen aufnehmen können.
11. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerpolanordnung in einem duroplastischen Kunststoff eingebettet ist und daß die" Ständsr- polbleche nur an der dem Läufer zugewandten Seite bis.zur Oberfläche durchdringen. ' ,. ' ' .. '· _t-

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12. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerpolanordnung in einem thermoplastischen Kunststoff eingebettet ist und daß die Ständerpolbleche nur an der dem Lauf er zugewandten Seite bis zur Oberfläche durchdringen.
13· Wechselspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 9 bis ■ 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Verstärkungsring (22) die Ständerpolbleche an der vom Läufer abgewandten Seite umschließt.
. Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Verstärkungsring (22) aus elektrisch leitfähigem Maerial besteht und als Massepol dient.
· Wechselspannungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ständerspule in Silikonkautschuk vergossen ist. ■■...."
16. Wechselspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ständer zugewandte Umfangsbereich des Läufers aus einem bandförmigen, kunst- stoff gebundenen, permanentmagnetischen Werkstoff besteht.

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