CN113541396A - 一种风冷交流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种风冷交流发电机，包括：转子、定子、风扇、前端盖、后端盖、调节器组件、发电机护罩；该发电机护罩与该后端盖围成第一空间，该后端盖与该前端盖围成第二空间，该转子与该定子的配置组合设置于该第二空间，该风扇固定连接于该转子位于该前端盖外侧的第一端，该风扇驱动冷却风由该发电机护罩的进风孔进入该第一空间与该第二空间形成冷却风道，并由该前端盖的排风孔排出；其中，该进风孔包括第一进风孔和第二进风孔，该第一空间根据该第一进风孔和该第二进风孔划分为并行的第一冷却风道和第二冷却风道；该调节器组件设置于该第一冷却风道，并根据该调节器组件的自身温度控制该转子的工作状态。

Description

一种风冷交流发电机

技术领域

本发明涉及交流发电技术领域，特别是涉及一种具备高温保护功能的机动车用风冷交流发电机。

背景技术

现有技术中，机动车通常采用风冷交流发电机，当外部环境的灰尘、杂物等比较严酷时，外界杂物会随冷却风流动进入电机内部，杂物会堵塞所述发电机的冷却风进风口，同时部分细小杂物会进入到发电机的内部空间，进而使得发电机内部局部冷却风道也不畅通，冷却效果降低，导致发电机内部的部件因高温而导致绝缘功能失效而造成发电机的不可逆损伤。

针对该问题，通常改善的出发点为：

1、整车在布置时，对发电机的布置空间进行隔离布置，保证发电机布置空间内无大量的细屑杂物。

2、为发电机的进风口提供洁净的冷却空气。

3、在发电机工作环境无法改善时，为了延缓冷却风道被堵塞而引起发电机散热不良的故障失效。采用设计方案，延缓进风口的严重堵塞，已有专利201620087338.x、201630031428.2、201720157813.0、201720168266.6，分别从不同角度对所述发电机护罩进行了结构优化，缓解外部异物对所述发电机护罩通风孔的堵塞及进入程度。以期在车辆间隙停车期，通过车辆驾驶人员的定期清理，使得发电机冷却风道被恢复，实现电机寿命延长和保证车辆可靠连续运行。

然而，针对以上提及的第三种情况，对机动车发电机的定期清理，很大的程度上取决于车辆驾驶人员(或车辆维护人员)本身的行为习惯。在车辆连续使用时长较长，车辆驾驶人员长时间不清理时，交流发电机仍会因为冷却风道的严重不畅，引发无法修复的功能性失效，此时必须对交流发电机进行维修或更换，车辆才可以恢复使用，当维修/更换服务的及时性无法保证时，会就对车辆原有的作业计划造成很大的影响，严重影响车辆的正常使用，而且维修/更换服务本身也会给车辆所有者造成经济上的损失。

发明内容

针对上述问题，本发明通过设置分流的冷却风道，使发生细屑堵塞时，调节器组件所在的冷却风道先发生堵塞，从而激活调节器组件自身的过温保护功能以关闭发电机，避免高温导致发电机的功能性失效。

具体来说，本发明提出一种风冷交流发电机，包括：转子、定子、风扇、前端盖、后端盖、调节器组件、发电机护罩；该发电机护罩与该后端盖围成第一空间，该后端盖与该前端盖围成第二空间，该转子与该定子的配置组合设置于该第二空间，该风扇固定连接于该转子位于该前端盖外侧的第一端，该风扇驱动冷却风由该发电机护罩的进风孔进入该第一空间与该第二空间形成冷却风道，并由该前端盖的排风孔排出；其中，该进风孔包括第一进风孔和第二进风孔，该第一空间根据该第一进风孔和该第二进风孔划分为并行的第一冷却风道和第二冷却风道；该调节器组件设置于该第一冷却风道，并根据该调节器组件的自身温度控制该转子的工作状态。

本发明所述的风冷交流发电机，其中每个该第一进风孔的进风面积为s1，每个该第二进风孔的进风面积为s2，s1＞s2，优选1.2＜s1:s2＜2。

本发明所述的风冷交流发电机，其中所有该第一进风孔的进风面积总和为S1，所有该第二进风孔的进风面积总和为S2，S1＜S2，优选S1:S2＜1/4。

本发明所述的风冷交流发电机，其中该调节器组件与该转子电性连接，当该调节器组件的温度达到或超过保护阈值时，该调节器组件关闭流经该转子的励磁电流。

本发明所述的风冷交流发电机，其中该调节器组件还包括灯路指示端子，该灯路指示端子于该励磁电流被关闭后发出报警信号。

本发明所述的风冷交流发电机，还包括固定于该前端盖的前轴承和固定于该后端盖的后轴承，该转子通过该前轴承和该后轴承分别与该前端盖和该后端盖活动连接。

本发明所述的风冷交流发电机，还包括皮带轮，固定连接于该第一端，用于传递机械能给该转子。

本发明所述的风冷交流发电机，还包括整流桥，设置于该第二冷却风道。

本发明的风冷交流发电机，更适用于恶劣碎屑环境的机动车，通过冷却风道设置，有效的利用了调节器组件自身的过温保护功能，其结构简单，成本较低。

附图说明

图1是本发明实施例的风冷交流发电机结构示意图。

图2是本发明实施例的风冷交流发电机的风扇结构示意图。

图3是本发明实施例的风冷交流发电机的前端盖结构示意图。

图4是本发明实施例的风冷交流发电机的冷却风流动示意图。

图5A是现有技术的风冷交流发电机的发电机护罩结构示意图。

图5B是本发明实施例的风冷交流发电机的发电机护罩结构示意图。

图6A是现有技术的风冷交流发电机的后端盖结构示意图。

图6B是本发明实施例的风冷交流发电机的后端盖结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明提出风冷交流发电机进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方法仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

机动车用交流发电机是利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将发动机的机械能变为电能输出的产品，安装在机动车上，为机动车提供电能。不同的用途的车辆会用于不同的环境，对于一些工作于恶劣碎屑环境的机动车，其交流发电机的工作状态会受环境影响较大。所谓恶劣碎屑环境，是车辆外部环境具有较多细小的碎屑，而车辆安装交流发电机的空间没有有效分隔防护时，交流发电机所处的恶劣应用工况，例如是农业收割机械处于工作状态时交流发电机的工作环境。

针对前述所提到的恶劣碎屑环境，本发明提供一种适用于恶劣碎屑环境的风冷交流发电机，本发明的风冷交流发电机能够在冷却风路异常时，及时对车辆驾驶人员通过车辆仪表盘进行警示，提醒司机对车辆发电机状态进行停机清理。同时锁闭发电机的转子磁场，强制发电机暂时进入不发电状态，使发电机高温零件进入自然降温模式，以此避免发电机产生无法修复的功能性失效风险；在对温度异常的发电机进行清理后，发电机可以重新恢复正常功能并正常工作，有效避免因冷却效率低导致发电机部件在高温下连续工作而导致的功能性失效。

本发明公开一种机动车用风冷交流发电机，具体地说，公开了一种更适用于恶劣碎屑环境的机动车用风冷交流发电机，图1是本发明实施例的风冷交流发电机结构示意图。如图1所示，本发明的风冷交流发电机包括皮带轮1、风扇2、前端盖3、前轴承4、定子5、转子6、后端盖7、后轴承8、调节器组件9、整流桥10以及发电机护罩11。其中，发电机护罩11与后端盖7配合，围成冷却空间K1，后端盖7与前端盖3配合，围成冷却空间K2；转子6通常为爪机式，由励磁绕组、爪极和轴、集电环等组成，转子6的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场)；定子5通常由铁芯、均匀排放的三相绕组等组成，转子6与定子5配合设置的组合，设置于冷却空间K2中，其中转子6通过固定于前端盖3的前轴承4与前端盖3活动连接，并通过固定于后端盖7的后轴承8与后端盖7活动连接，车辆发动机运转时，皮带轮1在发动机皮带拖动下旋转，进而带动转子6旋转，转子磁场随同一起旋转，旋转的同时，磁力线顺序切割定子5的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势，感应出的三相交流电势经由整流桥10进行全波整流后，以类似直流电的状态对外界负载(车辆)进行供电；调节器组件9设置于冷却空间K1中，以车辆电气系统的允许电压为参考点，通过调节流经转子6的励磁绕组直流电流，实现交流发电机对外输出电压的稳定；整流桥10设置于冷却空间K1中，以便以冷却风进行冷却；风扇2固定安装于转子6的一端，在发电机运转期间，风扇2随转子6一同旋转，在旋转时所述周向布置的扇叶2.1压迫空气产生压差，如图2所示，在扇叶2.1迎风面产生高压，在扇叶2.1背风面产生低压。在此作用下，发电机运转期间，发电机内部空间为低压状态，此时外界空气(冷却风)进入到发电机内部，顺序经过冷却空间K1和冷却空间K2，冷却风在对发电机的部件进行冷却后，由最终由风扇2从前端盖3的有排风孔3.1排出到外界环境中，前端盖3的结构如图3所示。

本发明的交流发电机的调节器组件9还具有灯路指示端子，发电机在车辆钥匙门上电后，未运转时，灯路指示端子处于低电位，车辆仪表盘蓄电池灯点亮。发动机启动后，发电机进入正常发电工作状态后，灯路指示端子处于高电位，车辆仪表盘蓄电池灯熄灭。当所述机动车交流发电机发生功能性失效或停止运行时，其具有与整车线路接口的灯路指示端子电压会处于低电位，为整车仪表盘的指示灯亮提供动作信号，指示灯亮起警示车辆驾驶人员车辆电源(发电机)异常。

图4是本发明实施例的风冷交流发电机冷却风流动示意图。如图4所示，冷却风道K1.1是由后端盖7与发电机护罩11的进风孔11.1对应冷却空间K1中的空间，就是进风孔11.1沿转子6轴向对应冷却空间K1中的空间；冷却风道K1.2是由后端盖7与发电机护罩11构成的冷却空间K1中除冷却风道K1.1外的空间，就是进风孔11.2沿转子6轴向对应冷却空间K1中的空间。

交流发电机的工作过程中，冷却风从所述发电机护罩11的进风孔11.1进入冷却风道K1.1，冷却风道K1.1布置有调节器组件9，经过后端盖7的通风孔7.1后，进入冷区空间K2，经过前端盖3排风孔3.1后，由风扇2排放到外部空间；冷却风同时从所述发电机护罩11的进风孔11.2进入冷却风道K1.2，经过后端盖7的通风孔7.1后，进入冷区空间K2，经过前端盖3排风孔3.1后，由风扇2排放到外部空间。

为了实现以调节器组件9的过温保护功能保护整个交流发电机的目的，本发明对交流发电机的冷却空间K1进行了分隔。如图5A所示，现有技术的交流发电机的发电机护罩11'上设置有多个进风口11'.1，以便冷却风的流入，而与现有技术的不同在于，本发明在发电机护罩11上设置了两种，如图5B所示，包括进风孔11.1和进风孔11.2，如此一来，冷却风通过进风孔11.1和进风孔11.2分别进入冷却空间K1后，会分别沿两个并列的冷却风道K1.1和冷却风道K1.2流动，其中调节器组件9对应安装于冷却风道K1.1内，整流桥10则对应安装于冷却风道K1.2内。单个进风孔11.1的开孔面积为s1，单个进风孔11.2的开孔面积为s2，为使流过单个进风孔11.1的冷却风单位流量高于流过单个进风孔11.2的冷却风单位流量，单个进风孔11.1的开孔面积s1大于单个进风孔11.2的开孔面积s2，使得单位时间内，通过单个进风孔11.1的冷却风所携带的碎屑更多，也更容易使进风孔11.1先于进风孔11.2被堵塞，进一步使调节器组件9的冷却条件先于交流发电机其他部件恶化而触发过温保护。单个进风孔11.1的开孔面积s1与单个进风孔11.2的开孔面积s2可根据车辆的实际工作环境确定，例如是可优选单个进风孔11.1的开孔面积s1与单个进风孔11.2的开孔面积s2的比例为1.2-2，但本发明并不以此为限。

为平衡交流发电机的过温保护和正常工作，本发明还进一步优化了发电机护罩11的进风孔的面积。发电机护罩11上设置了一组进风孔11.1，以及至少一组进风孔11.2，以所有进风孔11.1面积之和为S1，所有进风孔11.2面积之和为S2，则所有进风孔11.1面积和S1小于所有进风孔11.2面积和S2，使流过所有进风孔11.2的冷却风单位流量高于流过所有进风孔11.1的冷却风单位流量，即流过冷却风道K1.1的冷却风单位流量小于流过冷却风道K1.2的冷却风单位流量，以提高冷却风的冷却效率。所有进风孔11.1面积和S1与所有进风孔11.2面积和S2可根据车辆的实际工作环境确定，例如是可优选所有进风孔11.1面积和S1与所有进风孔11.2面积和S2的比例小于1/4(0.25)，但本发明并不以此为限。

如图6A所示，现有技术的交流发电机的后端盖7上设置有多个进风口7.1，以便冷却风由冷却空间K1流入冷却空间K2，以及固定后轴承的轴承室7.3。本发明为了实现发电机整机的冷却效率更高，在后端盖7增加了冷却风道的分隔结构7.2，如图6B所示，冷却风道K1.1与冷却风道K1.2可以通过分隔结构7.2进行具体划分，分隔结构7.2与发电机护罩11、后端盖7共同配合围成冷却风道K1.1与冷却风道K1.2，使冷却风道K1.1和冷却风道K1.2彼此隔离，提高调节器组件9的过温保护效果。

本发明的调节器组件，选用的是公知技术中的调节器组件，具备过温保护功能，当调节器组件内部器件温升触发保护阀值时，强制关闭流经所述转子的励磁电流，进而实现关闭所述发电机对外能量输出，发电机的发热部件如定子、整流桥等，会进入自然降温模式。调节器组件所具有的指示灯端子对外输出低电位信号，使得车辆仪表板蓄电池指示灯点亮，对司机进行提醒警示。

本发明的功效实现，在发电机转速任意瞬间，发电机的冷却空间K2内压强近似一致，后端盖7的通风孔7.1处气压为P1；发电机外部大气压近似一致，发电机护罩11的进风孔11.1和进风孔11.2处的气压为P2。在P2-P1数值一定时，因为所有进风孔11.1面积和S1与所有进风孔11.2面积和S2的比值小于1:4，所有进风孔11.1构成面积的理论流体流速高于所有进风孔11.2构成面积的理论流速。

单个进风孔11.1的开孔面积s1是单个进风孔11.2的开孔面积s2的1.2-2倍，单个进风孔11.1的冷却风单位流量将高于单个进风孔11.2的冷却风单位流量。在异常碎屑环境下，外界异常碎屑受吸力压差作用，更易于滞留在进风孔11.1处和进入到冷却风道K1.1中，对调节器组件9的冷却造成影响而更容易触发过温保护。

本发明的风冷交流发电机，其特点为所述调节器组件冷却风道做了单独分隔，外部异物碎屑更易进入和影响所述安装有调节器组件的冷却风道，依靠激发所述调节器组件的高温保护功能，对车辆反馈警示信号和保证电机不发生功能性失效。本发明的功效在于通过通风风路的分隔设计，调节器组件冷却风道通风压差流速特殊设计，可以在异常碎屑环境下，提前激发所述调节器组件9的高温保护功能，强制切断励磁，使得发电机进入不发电状态。并同步将告警信息通过仪表盘蓄电池指示灯对车辆驾驶员进行警示回馈，提醒驾驶员及时清理排除碎屑在发电机护罩进风孔的滞留。重新启动车辆后，电机重新正常工作，保证车辆的连续可靠运转。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种风冷交流发电机，包括：转子、定子、风扇、前端盖、后端盖、调节器组件、发电机护罩；该发电机护罩与该后端盖围成第一空间，该后端盖与该前端盖围成第二空间，该转子与该定子的配置组合设置于该第二空间，该风扇固定连接于该转子位于该前端盖外侧的第一端，该风扇驱动冷却风由该发电机护罩的进风孔进入该第一空间与该第二空间形成冷却风道，并由该前端盖的排风孔排出；

其特征在于，该进风孔包括第一进风孔和第二进风孔，该第一空间根据该第一进风孔和该第二进风孔划分为并行的第一冷却风道和第二冷却风道；该调节器组件设置于该第一冷却风道，并根据该调节器组件的自身温度控制该转子的工作状态。

2.如权利要求1所述的风冷交流发电机，其特征在于，该第一进风孔的进风面积为s1，该第二进风孔的进风面积为s2，s1＞s2。

3.如权利要求2所述的风冷交流发电机，其特征在于，1.2＜s1:s2＜2。

4.如权利要求2所述的风冷交流发电机，其特征在于，所有该第一进风孔的进风面积总和为S1，所有该第二进风孔的进风面积总和为S2，S1＜S2。

5.如权利要求4所述的风冷交流发电机，其特征在于，S1:S2＜1/4。

6.如权利要求1所述的风冷交流发电机，其特征在于，该调节器组件与该转子电性连接，当该调节器组件的温度达到或超过保护阈值时，该调节器组件关闭流经该转子的励磁电流。

7.如权利要求6所述的风冷交流发电机，其特征在于，该调节器组件还包括灯路指示端子，该灯路指示端子于该励磁电流被关闭后发出报警信号。

8.如权利要求1所述的风冷交流发电机，其特征在于，还包括固定于该前端盖的前轴承和固定于该后端盖的后轴承，该转子通过该前轴承和该后轴承分别与该前端盖和该后端盖活动连接。

9.如权利要求1所述的风冷交流发电机，其特征在于，还包括皮带轮，固定连接于该第一端，用于传递机械能给该转子。

10.如权利要求1所述的风冷交流发电机，其特征在于，还包括整流桥，设置于该第二冷却风道。

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