CN1283036C - 用于旋转电机的电流整流装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于包括一个后支承的旋转电机的整流装置，它包括多个由一个板形支座(1)支撑的正二极管、多个由机器的后支承(6)带有的负二极管(7)、一个使正、负二极管电连接的连接器(9)和一种冷却流体的轴向强迫流的发生装置，二极管的支座(1)带有一些冷却叶片，这些叶片在冷却流体的所述轴向流动中沿机器的径向延伸。该装置的特征在于，它具有通过对流和传导进行的负二极管支座的混合冷却装置。本发明可用于汽车的交流发电机。

Description

用于旋转电机的电流整流装置

技术领域

[01]本发涉及电流整流装置的冷却能力，所述电流整流装置用于包括一个定子和一个安装在定子内的转子的旋转电机，所述电流整流装置特别是汽车交流发电机的电流整流装置，该装置包括多个由一个板形支座支撑的正二极管，多个由一个板形支座、如机器转子支座的后支承支撑的负二极管，一个电连接正负二极管的连接器以及一种沿机器轴向流动的冷却流体的强迫流的发生装置；正二极管支座面向机器轴的前表面带有一些冷却叶片，这些冷却叶片冷却液体的轴向流动中沿机器径向的延伸。已经知道的是，转子通过它的轴旋转安装在前、后支承上，为此，每个支承的中心有一个滚珠轴承，用于旋转安装转子的轴。支承的形状使其可以在它们的外周内带有定子，更确切地说是定子体。支承互相连接，以便形成一个外壳，上述转子和定子位于其中。后支承带有由一个固定在后支承上的罩子覆盖的整流装置。支座与和与地线连接的支承一样是金属的，并且是开孔的，使冷却流体如空气通过；冷却流体的循环由至少一个与定子连接并且位于机器内的风扇产生。这些支承互相连接，例如通过一个螺钉或固定螺栓，以形成外壳。

背景技术

[02]通过本申请人的法国专利2687861可了解到一种可以把定子感应出的交流电转换成直流电以供汽车消耗的整流装置。这种整流装置设计用于保证只通过对流，即通过流体在径向叶片之间的流动保证正二极管支座的冷却，而负二极管支座的冷却通过传导进行。

[03]这种整流装置的缺点是不能提高冷却能力，使其可以用在功率更大的交流发电机中，同时又保证一个可以接受的体积。

发明内容

[04]本发明的目的是克服上述缺点。

[05]为了达到该目的，本发明的整流装置的特征在于，它具有通过对流和传导进行的负二极管支座的混合冷却装置；所述整流装置具有通过一个冷却流体的径向流F2冷却正二极管的支座的装置。

[06]根据本发明的一个特征，负二极管安装在机器后支承上表面的局部超厚部分中。

[07]根据本发明的另一个特征，罩子在负二极管支座的后支承处有一些冷却流体径向流在冷却流体的轴向流F1的作用下进入的侧孔，冷却流体的径向流从具有安装负二极管的超厚部分的支承的上表面之上通过，以便与轴向流F1汇合。

[08]根据本发明的另一个特征，超厚部分的形状为截锥形，负二极管安装在超厚部分的上表面中。

[09]根据本发明的又一个特征，正二极管支座的朝向机器轴的边缘上具有一些使冷却流体轴向流F1的一部分偏流的装置，以便产生从安装正二极管的支座的上表面之上通过的径向流F2。

[10]根据本发明的又一个特征，冷却流体的径向流F2被带动沿机器轴的方向在正二极管支座下流动，以便与冷却流体的轴向流F1汇合。

[11]根据本发明的又一个特征，构成正二极管支座的冷却流体径向流F2的部分冷却流体轴向流的偏流装置由一个设在正二极管支座的朝向机器的轴的边缘上的矮墙构成。

[12]根据本发明的又一个特征，正二极管支座以它的距离比位于连接器与后支承之间。

[13]根据本发明的又一个特征，可以通过适当确定超厚部分的尺寸优化安装负二极管的超厚部分形成的散热量与这些超厚部分造成的负荷损失之间的关系。

附图说明

[14]通过下面参照附图的描述可以更好地了解本发明及其其它目的、特征、细节和优点，附图只示出本发明的几个实施例，其中：

[15]-图1为本发明所述整流装置的第一实施例的径向剖视示意图；

[16]-图2A和2B为细节图，示出根据本发明将一个负二极管安装在它的支座上；

[17]-图3为本发明另一个实施例的径向剖视示意图；

[18]-图4A-4D示出本发明所述整流装置的径向冷却叶片的三个不同的实施例；

[19]-图5为本发明所述整流装置另一个实施例的径向剖视示意图；

[20]-图6为图5所示罩子12的立体图；

[21]-图7为带有罩子并安装在交流发电机后支承上的本发明所述整流装置的立体图；

[22]-图8为一个与本发明所述整流装置连接的交流发电机定子和转子的实施例的立体图。

具体实施方式

[23]图1为一个整流装置、例如一个多相交流发电机的整流装置的示意图，交流发电机的整体结构例如如法国专利2687861和欧洲专利05515259所述。

[24]图1和4中，整流装置包括一个多个正二极管2的支座1，支座1在此是金属的，形状为板形，它的朝向机器转轴(未示出)的前表面带有一些沿该轴方向延伸的冷却叶片4。金属的支座在此以铝为基础，其作用是保证二极管的冷却，因此称为正散热器。该散热器1沿机器的轴向位于开孔后支承6之上一个预先确定的距离D2上，多个负二极管7通过配合安装在后支承6中。后支承6是金属的，在这里也以铝为基础。参考标号9表示位于散热器1之上的电连接器，其作用是每对正、负二极管2和7的尾部11的电连接10。这些二极管平行安装。需要指出的是，支座和接地后支承一样是金属的，而连接器9是电绝缘材料的，一些在某些地方裸露的电连接轨埋在电绝缘材料中，裸露地方用于在10处与二极管的尾部局部接触，并与交流发电机定子的相出口电连接。在图1、3、5中可以看到这些裸露的地方。在这些图中，与尾部11接触的裸露部分10与机器的旋转轴相比是轴向的，并且局部冲压，以便与尾部11局部接触。这些接触部分互相平行。负二极管的尾部比正二极管的尾部长。尾部11轴向向着与后支承相反的方向。在这些示意图中还可以看到固定爪形式的裸露部分，通过嵌装固定在交流发电机的有关相出口上。

[25]刚才描述的整流装置由一个空心罩子12覆盖，罩子的与机器轴垂直，即横向水平上壁中具有一些一种冷却流体如空气的入口14，它的轴向环形侧壁中有一些冷却流体的侧入口16。与机器的轴相比，这些开口位于散热器与后支承6之间的空间中。罩子与金属后支承连接，并且在此为电绝缘材料，并有利地为可模制的塑料。要指出的是，罩子的轴向环形壁只具有靠近后支承的开口16，用于以下面描述的方式引导冷却流体。罩子的上壁构成后支承的底部。

[26]刚才描述的整流装置通过一种冷却流体的被迫流动进行冷却，冷却流体有利地为一个与机器转子旋转连接的已知的风扇(示于图8)产生的空气。后支承具有一些用18表示的冷却流体通过的开口，并且开口18与罩子12上壁中的开口14基本对齐，罩子12例如通过卡入固定在支承6上。

[27]根据本发明的一个特征，散热器1在它的朝向机器轴的径向内边缘处有一个轴向向上延伸的矮墙20(但不一定是必须的)。在各种情况下，散热器都有一个用于安装正二极管的平面区域。该区域延伸到散热器的外围，并且与机器的轴相比为横向。

[28]根据本发明的另一个特征，后支承6在安装每个负二极管7的位置有一个图2A和2B更详细示出的截锥形超厚部分22。这些在后支承上表面上的截锥形超厚部分22保证二极管的更好冷却，负二极管直接插在这些截锥形超厚部分中。实际上，正如下面要描述的，这样得到一种通过对流和传导进行的混合冷却。还要指出的是，径向冷却叶片4在在散热器1的表面23以下延长为22，一直到正二极管2的安装区域中。另外，散热片4一直延伸到矮墙20的径向外边缘24。

[29]本发明所述整流器，特别是借助于矮墙20，可以得到一种先进的冷却流动的形式，这种形式包括一个直接轴向穿过上罩子2的上壁中的开口14和后支承的开口18并在冷却片4之间流动的第一轴向流F1。

[30]一个第二空气流F2由矮墙20产生，矮墙20把一部分穿过上罩的每个开口14吸入的空气径向向外偏流。流动F2在散热器1的上表面上通过，因此在正二极管2上通过，以便随后在在罩子12与散热器1之间的环形空间中轴向流动，然后在散热器1与后支承6之间的空间中沿机器轴的方向径向流动，然后在第三个流动F3的作用下穿过后支承中的开口18，第三个流动F3通过罩子12的侧开口16进入，并且径向流动，在散热器1的下表面23与支承6的上表面之间的空间中与流动F2汇合。

[31]需要指出的是，连接器9位于散热器1之上，以便使流动F2得到一个良好的径向通道。散热器1一方面相对连接器9，另一方面相对轴承6的位置也很重要。已经证明，在遵守下面的关系时得到最佳的定位：

[32]0.85＜D2/D1＜1.25

[33]其中，D1为连接器9与散热器1的上表面之间的距离，D2为后支承6的上表面与冷却片4在散热器1下面的延长部分23的下边缘之间的距离。

[34]关于矮墙20，可以通过很好选择它的形状优化它的作用，即使一部分穿过上开口14轴向进入的空气偏流，然后使这部分空气径向通过，以便冷却散热器或正散热器。然后该在正散热器之上向机器以外的流动F2被穿过罩子上面对后支承与散热器之间的空间的侧开口16进入的流动F3向内推到散热器以下。叶片22在散热器下面的部分也保证更好的冷却。

[35]需要指出的是，对于流动F3，零件之间的空间已经被优化，使机器中的负荷损失减到最小。实际上，负荷损失越小，冷却流的速度越大，或者零件冷却速度越快。因此有利地选择D2大于D1。

[36]还需要指出的是，可以通过适当确定截锥形超厚部分22的尺寸优化负二极管的冷却。实际上，这些超厚部分可以增加后支承与空气之间的热交换面积，并且通过对流实现冷却叶片的作用，同时在发生负荷损失时形成对流动的堵塞。

[37]例如，对于2.5-3千瓦的交流发电机，对于后支承的厚度e＝5mm+2和-1mm，选择图2B中的宽度l的最小值为1.5mm，以便有足够的材料通过传导散热，最大值为3mm，以便减少负荷损失，这样得到散热量与冷却流动的负荷损失之间的最优化。由于同样的原因，高度h应该在2mm-4mm之间，这样还可以优化轴向尺寸。对于锥形的斜率，可以形成如下最佳关系：

[38]1＜h/l＜5

[39]其中，h为截锥形超厚部分的上表面到支承上表面的高度，它构成斜面P的起点与终点之间的水平距离。

[40]根据本发明的另一个主要特征，径向叶片4的形状和热交换面积已经优化，以便在一个最小的体积中得到最佳冷却。图4A-4D示出这些叶片的三种可能的形状。需要指出的是，正散热器以及可能的矮墙的外部轮廓可以是波纹状的，使叶片的径向延伸有所不同。

[41]图4A所示叶片实施例的特殊性在于叶片很薄。图4B和4D的实施例的特点在于叶片为三个一组，外叶片通过一个封闭矮墙26互相连接。图4C也主张叶片的组合，但是是以四个一组的形式，并且每组外叶片的端部有一个连续的连接矮墙28。图4A-4D的优点将在下面描述。

[42]已经发现，叶片面对罩子和支承的轴向开口，以便通过最大热交换面积和减少负荷损失优化冷却。

[43]图3示出本发明所述整流装置的另一个实施例。图3中，对与图1的实施例相同或类似的零件和元件使用相同的参考数字。图3实施例的特点在于连接器9位于正散热器1与后支承6之间，这样可以头对脚地安装正、负二极管(未示出)。

[44]图5、6示出本发明所述整流装置的另一个实施例。该实施例的特点在于，流动F2通过正二极管2上方的罩子12底部上壁中的专门开口30进入，沿散热器1的上、下表面流动，并通过对流冷却散热器1。一个没有开口的环形区域31使开口30与开口14分开，环形区域31在机器的轴向基本位于矮墙20之上。如图6所示，开口30和开口14一样位于一个圆弧形区域中，该圆弧区域与开口14的区域同轴，并且径向在开口14的区域以外。

[45]另外，人们发现，在图5的实施例中，后支承6的上表面没有安装负二极管7的截锥形超厚部分。这些二极管安装在支承的一个是平面的上表面。最后，径向叶片4在正散热器1的下表面23附近的该表面处结束。因此，叶片没有图1所示的在散热器下面的部分。但是，要指出的是，上面做出的关于距离D1和D2的考虑仍然适用于图5的实施例。

[46]本发明所述整流装置的另一个优点是容易组装。实际上，通过把不同的部件沿机器的上部，即从外部堆积实现组装。这样可以先组装后支承，然后把后支承安装在机器的其它部分上。同样，二极管向同一方向插入，二极管的尾部全部向上，这样可以只使用一个焊接装置，并且取消零件的转移。另外，二极管的位置使得只有一个焊接平面。零件位置的设计使得最重的零件尽可能靠近固定装置，以限制突出。这样可以有更好的可靠性，并使振动和共振频率最高，以避免机器产生的磁力的尖利磁噪声。

[47]最后，整流桥可以分为三相或六相。由于体积小，整流装置也可以用于有六个二极管或八个二极管(三相和整流中间桥)、或十二个二极管(在一个极端热的情况下为六相或三相)的整流桥。

[48]当然可以对本发明做出许多改进，如图中所描述和示出的。例如，矮墙可以有任何其它合适的形状，并且开口的位置有不同的选择，条件是保证产生冷却流F1-F3。

[49]该装置有利地配备在2001年4月5日申请的FR-0104770(公开号为FR-A-2820896-和FR-A-2819117)中描述的交流发电机上。为了更准确，可以参考这些文献，这些文献介绍了一种交流发电机转子携带并且靠近后支承安装的风扇。该文献中，定子具有一个位于前、后支承之间并且形成外壳的主体。该主体由一组板材构成，板材的内周有一些槽，一些杆形导电零件安装在槽中，这些导电元件在定子体外成网状，它们的自由端与连接器9连接。这些杆的形状有利地为具有一个头部并且整体形状为U形的发夹，两个分支连接在发夹之间，分支的自由端形成与其它发夹和分支连接的区域。头部安装在后支承附近。另外，机器的爪式转子有7对极；定子的柱形体的外径在132mm到138mm之间。

[50]因此在图7看到一个定子200，它的主体201带有发夹202，为了示出定子体具有的使发夹202的分支通过的槽，发夹202没有都示出。发夹的头部在定子体201外形成一个发髻(chignon)，并且在图8可以更好看到的后支承附近。可以看到，相输出203固定在连接器9上。

[51]发夹202的头部位于一个后风扇300外，风扇在此为离心式，由爪式转子400的后轴向端携带，爪式转子400的另一个轴向端带有一个靠近前支承(从交流发电机上看不见)的前风扇301。

[52]发夹202的前部有一些焊接在定子体外的部分，并且它们的布置是为了形成上述文献指出的相线圈。

[53]发夹的四个分支通过槽进行安装。

[54]转子400具有两个带爪的极轮401、402，转子带有的激发线圈安装在它们的平台之间。

[55]该转子按上述方式具有7对极；当给激发线圈供电时，这些爪形成磁极。

[56]从立体图8可以看到与图7的转子和定子有关的整流装置。该图中，为了示出连接器9的电轨，将整流装置拔出。

[57]在该图中看到用500表示的用于与汽车电池的接线柱连接的接线柱B+和径向叶片4。这些叶片径向延伸，并且引导冷却流体的流动，使其为轴向。

[58]后支承6是空心的，它的板形底部带有图1的负二极管，而它的轴向环形边缘161带有后风扇300穿过后支承6底部的空气入口18吸入空气的排出口162。边缘161包围风扇300和发夹202的头部。

[59]还可以看到把交流发电机固定在汽车一部分上的固定臂或固定爪163。

[60]另外，一个绝缘体位于导电元件和槽的边缘之间。在一个实施例中，该绝缘体安装在槽中，在导电元件的前面。通过截面有利地为矩形的杆形导电元件提高了交流发电机的功率。本发明所述整流装置适用于这种交流发电机。可以通过本发明所述的装置提高转子的功率，转子在一个实施例中有一个成型激发线圈，如2001年5月29日申请的FR-0006853，定子包围通常有爪的转子。这种转子有一些与转子线圈的端点连接的环形，这些环形用于使电轨与电刷支撑的电刷摩擦，电刷支撑与电压调节器连接。

[61]由于正散热器通过模制得到，它设有大量向交流发电机的轴1径向延伸的薄冷却片4(图4A)。这些冷却叶片在一个径向并同时与机器的轴平行的平面中延伸。同时在轴向和径向有很大延伸的叶片使散热器有非常大的热交换面积，因此补偿了交流发电机后部地方的缺乏。大量薄叶片可以使本发明的散热器用于需要十二个二极管的大电流整流装置，即整流桥中，六个二极管在正散热器上，六个二极管在负散热器上。

[62]但是，由于叶片4径向延伸，相邻叶片4的末端互相非常靠近。叶片末端靠近的缺点是叶片之间的模制工具很脆弱，并且用于去掉这些叶片之间毛刺的切割工具也很脆弱。另一方面，叶片顶部的半径特别小。零件脱模时需要的剥离更加重了这一点。因此存在模型充填不好以及使铝沉淀在模型该地方的危险。叶片操作时的脆弱性也加入到这些问题中。

[63]图4B和4C示出上面提出的问题的两种解决方法。在图4A正散热器的一个改进实施例中，叶片三个一组，并且每组的两个外叶片的末端连在一起，因此产生连接杆26，而中心叶片保持自由。在图4C所示的实施例中，不同的连接杆集合在一起，形成一个在两个最外面的叶片之间延伸的连续连接矮墙。

[64]图4D示出实现与连接杆连接的清洗尾74的可能性，这样可以优化模型的充填条件。模制作业后去掉这些清洗尾74，因此可以得到很细的连接杆。

[65]刚才描述的正散热器有许多优点。介绍的所有实施例都具有许多薄的冷却叶片所具有的热交换面积大的重要优点。由于散热器的形状是一个单一的板子，叶片可以规则地分布在散热器的几乎整个径向内边缘上。

[66]根据图4A-4D改进的正散热器有一些补充的优点，如叶片之间的注模工具结实，互相之间不连接的叶片顶部半径增加，这样减少了模型充填不好和使铝沉淀在模型的该地方的危险；消除了互相连接的叶片末端的小半径，这有助于消除模型充填不好和使铝沉淀在模型的该地方的危险。因此有更好的模型充填条件。把空气流引导到互相连接的叶片区保证通过文丘里管作用提高散热器的效率。通过连接杆或连接矮墙加固散热器保证减少操作时散热器破坏的危险，并降低叶片共振产生的噪声。还需要指出的是，这样增加了同样体积下铝的体积，因此使散热器在过渡相中有更好的效率。

Claims (14)

1.用于旋转电机的整流装置，所述整流装置包括多个由一个板形支座支撑的正二极管、多个由一后支承带有的一个板形支座支撑的负二极管、一个使正、负二极管电连接的连接器(9)和一产生沿机器轴向流动的冷却流体的强迫流的风扇，正二极管的支座朝向机器轴的前表面有冷却叶片，所述叶片在冷却流体的所述轴向流动中沿机器的径向延伸，

其特征在于，所述整流装置具有通过对流和传导进行的负二极管支座的混合冷却装置；所述整流装置具有通过一个冷却流体的径向流(F2)冷却正二极管(2)的支座(1)的装置。

2.如权利要求1所述的整流装置，其特征在于，该整流装置由一个罩子(12)覆盖，罩子(12)在后支承(6)的负二极管(7)支座处有冷却流体的第二径向流(F3)进入的侧向开口(16)，所述冷却流体的第二径向流(F3)在冷却流体轴向流(F1)的作用下从装有负二极管(7)的支承的上表面之上通过。

3.如权利要求2所述的整流装置，其特征在于，负二极管安装在机器后支承(6)上表面的局部超厚部分(22)中。

4.如权利要求3所述的整流装置，其特征在于，超厚部分为截锥形，负二极管(7)安装在超厚部分的上表面中。

5.如权利要求4所述的整流装置，其特征在于，通过冷却流体的径向流(F2)进行冷却的装置具有设在外壳壁上的开口(14，30)，外壳覆盖与机器的轴垂直延伸的该装置。

6.如权利要求5所述的整流装置，其特征在于，正二极管(2)的支座(1)的朝向机器轴的边缘上有使冷却流体的轴向流(F1)的一部分偏流的装置，以便产生从正二极管(2)安装在其中的支座(1)的上表面之上通过的径向流(F2)。

7.如权利要求6所述的整流装置，其特征在于，冷却流体的径向流(F2)被带动在正二极管(2)的支座(1)以下沿机器轴的方向流动，以便与冷却流体的轴向流(F1)汇合。

8.如权利要求7所述的整流装置，其特征在于，冷却流体的径向流(F2)在正二极管(2)的支座(1)下向机器轴的径向流动被径向冷却流体的第二径向流(F3)带动。

9.如权利要求5所述的整流装置，其特征在于，通过径向流(F2)进行冷却的装置在正二极管(2)的支座(1)朝向机器轴的边缘上具有一个元件，该元件在冷却流体的轴向流(F1)和径向流(F2)之间的进入开口(14，30)的方向从支座突起。

10.如权利要求1所述的整流装置，其特征在于，正二极管(2)的支座(1)位于连接器(9)与后支承(6)之间，使它与支承(6)的距离(D2)和它与连接器(9)的距离(D1)之比在0.85到1.25之间。

11.如权利要求10所述的整流装置，其特征在于，所述距离之比大于1。

12.如权利要求3所述的整流装置，其特征在于，安装负二极管(7)的超厚部分(22)构成的散热块与这些超厚部分产生的负荷损失之间的关系可以通过调整超厚部分的尺寸进行优化。

13.如权利要求9所述的整流装置，其特征在于，外壳(12)的覆盖壁中的开口具有沿机器的径向并排排列的冷却流体的轴向流(F1)的入口(14)和冷却流体的径向流(F2)的入口(30)。

14.如权利要求13所述的整流装置，其特征在于，冷却流体的轴向流(F1)和的径向流(F2)的上述入口(14，30)由外壳的一个位于矮墙(20)之上的环形无孔区域(31)分开。

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