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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselstrommaschine für die Verwendung in einem Automobil.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Eine Wechselstrommaschine mit einer Bürstenvorrichtung, die eine SchleifringAbdeckung aufweist, wobei entlang einer Umfangsrichtung derselben ein Luftkanal ausgebildet ist, ist bereits bekannt geworden. Ein Beispiel solch einer Wechselstrommaschine ist in der
JP 2002 - 359 951 A gezeigt. Es wird dabei Wasser daran gehindert in Abschnitte um den Schleifring herum einzutreten, indem solch ein Luftkanal vorgesehen ist.
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Jedoch wird bei der herkömmlichen Wechselstrommaschine Wasser, welches durch eine hintere Abdeckung eintritt, nicht daran gehindert einzudringen, obwohl der Eintritt von Wasser in die Bürstenvorrichtung, die aus einem Bürstenhalter und einer Schleifringabdeckung zusammengesetzt ist, unterdrückt wird. Wenn eine große Menge an Wasser durch die hintere Abdeckung eindringt, kann auch Wasser in die Bürstenvorrichtung über den Luftkanal eindringen, der um die Schleifringabdeckung herum ausgebildet ist oder es kann auch der Luftkanal durch das Wasser verschlossen werden. Wenn der Luftkanal verschlossen wird, kann die Temperatur um die Bürsten herum hoch ansteigen.
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Weiterer Stand der Technik ist gattungsgemäß in der US 2006 / 0 273 685 A1 und der US 2005 / 0 110 352 A1 offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben erläuterte Problem entwickelt und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Fahrzeug-Wechselstrommaschine zu schaffen, bei der Wasser daran gehindert wird in einen Bürstenbereich einzudringen und bei der ein Temperaturanstieg um die Bürsten herum unterdrückt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungend dessen sind Gegenstand der jeweiligen zugehörigen abhängigen Ansprüche.
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Die Wechselstrommaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird in vorteilhafter Weise in einem Automobil verwendet. Die Wechselstrommaschine enthält einen Frontrahmen, einen hinteren Rahmen, einen Stator, der fest zwischen dem Rahmen gehalten ist, einen Rotor, der drehbar in dem Stator gehalten ist, elektrische Komponenten wie beispielsweise die Bürstenvorrichtung, die an einer hinteren Oberfläche des hinteren Rahmens montiert ist, und eine hintere Abdeckung, welche die elektrischen Komponenten abdeckt. Der Rotor wird durch eine Maschine eines Automobils über einen Riemen angetrieben, der mit einer Riemenscheibe gekuppelt ist, welche mit einer Rotorwelle verbunden ist.
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Die hintere Abdeckung enthält eine umschließende Wand, die sich von einer hinteren Wand der hinteren Abdeckung aus zu der hinteren Oberfläche des hinteren Rahmens hin erstreckt. Die Bürstenvorrichtung umfasst Bürsten, einen Bürstenhalter und eine Schleifringabdeckung, die durch die umschließende Wand umgeben sind, um zu verhindern, dass Wasser in einen Bürstenbereich eindringt. Die umschließende Wand besteht aus einer Vielzahl von Teilwänden mit jeweiligen Radien von einer Drehachse des Rotors aus. Die umschließende Wand kann durchgehend durch die Vielzahl der Teilwände ausgebildet sein. Ein Luft-Belüftungskanal kann in der Schleifringabdeckung ausgebildet sein, welche die Schleifringe abdeckt, die mit der Rotorwelle verbunden ist.
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Es können Fenster zum Einleiten von Kühlluft in die Wechselstrommaschine in der hinteren Abdeckung außerhalb der umschließenden Wand vorgesehen sein. Das Wasser, welches in den Bürstenbereich eindringt, wird daran gehindert dort einzudringen, indem die Fenster außerhalb der umschließenden Wand ausgebildet werden. Einige Teil der Wände, welche die umschließende Wand bilden, können abwärts von der Drehachse des Rotors positioniert sein und können Öffnungen enthalten, um Wasser abzuziehen, welches in einen Innenraum der umschließenden Wand eingedrungen ist. Ein Frontende der umschließenden Wand kann in Anlage mit der hinteren Oberfläche des hinteren Rahmens über ein Dichtungsteil gebracht sein, um in sicherer Weise zu verhindern, dass Wasser in den Bürstenbereich hineingelangt. Ferner kann ein Paar von Luftkanälen, die mit dem Innenraum der umschließenden Wand in Strömungsverbindung stehen, in der hinteren Abdeckung ausgebildet sein und diese können mit einer Einlass/Auslass-Vorrichtung des Fahrzeugs verbunden sein, um in sicherer Weise die Temperatur um die Bürsten herum zu reduzieren und zwar durch das Zirkulieren von Kühlluft.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in sicherer Weise verhindert, dass Wasser, welches den Bürstenbereich durch die hintere Abdeckung hindurch erreicht aufgrund der umschließenden Wand dorthin gelangen kann, die an der hinteren Abdeckung ausgebildet ist, wobei gleichzeitig ein Temperaturanstieg um die Bürsten herum unterdrückt wird.
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Weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer anhand der weiter unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsform unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Querschnittsansicht, welche die Gesamtkonstruktion der Fahrzeug-Wechselstrommaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
- 2 ist eine Draufsicht, welche eine hintere Abdeckung veranschaulicht, die Komponenten abdeckt, die an einer hinteren Oberfläche eines hinteren Rahmens montiert sind, gesehen von der Frontseite aus (von einer Seite der Wechselstrommaschine aus);
- 3 eine Querschnittsansicht, welche eine Bürstenvorrichtung zeigt, die in einer Fahrzeug-Wechselstrommaschine verwendet wird, in einem vergrößerten Maßstab;
- 4 eine Draufsicht, die auf einen Bürstenhalter zeigt, der bei der Bürstenvorrichtung verwendet wird, gesehen von einer Drehachse einer Rotorwelle aus;
- 5 eine Draufsicht, die eine modifizierte Ausführungsform der hinteren Abdeckung wiedergibt, gesehen von der Innenseite der Wechselstrommaschine aus; und
- 6 eine Teil-Querschnittsansicht, welche die Fahrzeug-Wechselstrommaschine mit einer modifizierten Form der hinteren Abdeckung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Es wird nun unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine in 1 gezeigte Wechselstrommaschine 100 ist an einem Automobil montiert, um elektrische Energie für das Fahrzeug zu erzeugen. Die Wechselstrommaschine 100 enthält ein Gehäuse, welches aus einem Frontrahmen 1 und einem hinteren Rahmen 2, einem Stator 4, einem Rotor 10, einem Gleichrichter 24, einem Spannungsregulator 25, einer Bürstenvorrichtung 26 und einer hinteren Abdeckung 27 besteht. Die linke Seite von 1 bildet eine Frontseite, während die rechte Seite von 1 eine hintere Seite bildet, wie in 1 mit Pfeilmarkierungen angezeigt ist.
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Sowohl der Frontrahmen 1 als auch der hintere Rahmen 2 sind tassen- oder becherförmig gestaltet und ein zylinderförmiger Stator 4 ist zwischen den zwei Rahmen 1, 2 eingefasst. Der Stator 4 und die Rahmen 1, 2 sind über eine Vielzahl von Schrauben oder Bolzen 3 miteinander verbunden. Ein Lagerkasten 7 ist zusammenhängend mit dem Frontrahmen 1 ausgebildet, und ein Lagerkasten 8, der aus Eisen hergestellt ist, ist mit dem hinteren Rahmen 2 über Schrauben oder Bolzen 9, die Rändelungen aufweisen, verbunden.
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Der Stator 4 besteht aus einem Statorkern 5 und einer Statorwicklung 6, die um den Statorkern 5 gewickelt ist. Der Rotor 10 besteht aus einer Rotorwelle 14, Polkernen 12, 13, die mit der Rotorwelle verbunden sind, und aus einer Feldwicklung 11, die zwischen den Polkernen angeordnet ist. Der Rotor 10 ist drehbar durch Lager 15, 16 gehaltert, die in den jeweiligen Lagerkästen 7, 8 angeordnet sind. Kühlventilatoren 17, 18 vom Zentrifugaltyp sind jeweils mit axialen Endflächen der Polkerne 12, 13 verbunden. Eine Riemenscheibe 19 ist mit einem Frontende der Rotorwelle 14 mit einer Mutter verbunden. Die Riemenscheibe 19 wird durch eine Kraftfahrzeugmaschine vermittels eines V-Riemens oder ähnlichem angetrieben. An dem hinteren Ende der Rotorwelle 14 ist ein Paar von Schleifringen 21, 22 ausgebildet und diese sind elektrisch mit der Feldwicklung 11 verbunden.
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Die elektrischen Komponenten, welche den Gleichrichter 24, den Spannungsregulator 25 und die Bürstenvorrichtung 26 umfassen, sind an der hinteren Oberfläche des hinteren Rahmens 2 mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen 9 befestigt oder durch eine andere Vorrichtung befestigt. Der Gleichrichter 24 richtet einen Dreiphasen-Wechselstrom gleich, der in der Statorwicklung 6 generiert wird und gibt einen Gleichstrom aus. Der Spannungsregulator 25 regelt eine Ausgangsspannung der Wechselstrommaschine, indem dieser den Betrag des Feldstromes regelt oder steuert, welcher der Feldwicklung 11 zugeführt wird. Die Bürstenvorrichtung 26 enthält Bürsten 51, 52 (siehe 3), die in Gleitkontakt mit Schleifringen 21, 22 stehen. Der Feldstrom wird der Feldwicklung 11 von dem Gleichrichter 24 aus über die Bürsten 51, 52 zugeführt.
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Die hintere Abdeckung 27 besteht aus Harzmaterial-Abdeckungen und schützt die elektrischen Komponenten wie beispielsweise den Gleichrichter 24, den Spannungsregulator 25 und die Bürstenvorrichtungen 26, die an der hinteren Oberfläche des hinteren Rahmens 2 montiert sind. Die hintere Abdeckung 27 ist mit der hinteren Abdeckung 2 mit Hilfe von Befestigungsmuttern 28 an den Schrauben oder Bolzen 9 verbunden, die sich von der hinteren Abdeckung 2 aus erstrecken. Der Gleichrichter 24 ist zwischen dem hinteren Rahmen 2 und der hinteren Abdeckung 27 eingefasst. Die hintere Abdeckung 27 wird an späterer Stelle in Einzelheiten beschrieben.
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Die Wechselstrommaschine 100, die oben beschrieben ist, wird durch eine Kraftfahrzeugmaschine über einen Riemen angetrieben, der die Riemenscheibe 19 und die Maschine aneinander kuppelt. Wenn sich der Rotor 10 dreht während der Feldstrom zu der Feldwicklung 11 zugeführt wird, wird ein Dreiphasen-Wechselstrom in der Statorwicklung 6 erzeugt. Der Wechselstrom wird in einen Gleichstrom mit Hilfe des Gleichrichters 24 gleichgerichtet. Der Gleichstrom wird einer Fahrzeugbatterie zugeführt und auch zu anderen elektrischen Vorrichtungen und zwar von den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters 24 aus.
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Es wird nun unter Hinweis auf 2 die hintere Abdeckung 27 beschrieben. 2 zeigt eine Draufsicht auf die hintere Abdeckung 27 und zwar gesehen von der Frontseite der Wechselstrommaschine aus (von einer Innenseite der Wechselstrommaschine aus). Eine umschließende Wand 50, die sich von einer hinteren Wand der hinteren Abdeckung 27 in der axialen Richtung erstreckt, ist zusammenhängend oder einstückig mit der hinteren Abdeckung ausgebildet. Die umschließende Wand 50 umschließt die Bürstenvorrichtung 26, wenn die hintere Abdeckung mit dem hinteren Rahmen 2 verbunden ist. In 2 ist die umschließende Wand 50 durch Strichlierungen veranschaulicht, um diese von den anderen Abschnitten zu unterscheiden.
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Die umschließende Wand 50 besteht aus einer Vielzahl von Teilwänden 50A, 50B, 50C, 50D und 50E, die durchgehend ohne Unterbrechung miteinander verbunden sind. Ein Abschnitt der Teilwand 50A und der Teilwand 50C bilden kreisförmige Bögen mit einem ersten Radius von der Drehachse des Rotors 10 aus. Die Teilwände 50B und 50D bilden kreisförmige Bögen mit einem zweiten Radius, der größer ist als der erste Radius. Die Teilwände 50A, 50B, 50C und 50D sind durch Teilwände 50E verbunden, die sich in der radialen Richtung erstrecken. Die Teilwände 50B, 50C und 50D sind abwärts von der Drehachse des Rotors positioniert, wenn die Wechselstrommaschine 100 in einem Fahrzeug montiert ist. Die Fenster 54 zum Einleiten von Kühlluft sind an radial außenseitigen Abschnitten der Teilwände 50A - 50D ausgebildet.
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Es werden nun die Bürstenvorrichtung 26, die durch die umschließende Wand 50 umschlossen ist, wenn die Bürstenvorrichtung 26 mit der hinteren Abdeckung 27 abgedeckt ist unter Hinweis auf die 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt die Bürstenvorrichtung 26, wenn sie an dem hinteren Rahmen 2 montiert ist. 4 zeigt einen Bürstenhalter 60, der in der Bürstenvorrichtung 26 verwendet wird, gesehen in der radialen Richtung von den Schleifringen 21, 22 aus. Die Bürstenvorrichtung 26 besteht aus dem Bürstenhalter 60, der aus einem Harzmaterial hergestellt ist, und der Verbindungsanschlüsse 61, 62 aufweist, die darin eingebettet sind, und besteht aus einem Paar von Bürsten 51, 52 mit Anschlusslitzen 63, einer Schleifringabdeckung 70, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist, und aus Federn 64, 65. Die Bürsten 51, 52 sind elektrisch mit den Verbindungsanschlüssen 61, 62 über die Anschlusslitzen 63 verbunden.
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Der Bürstenhalter 60 hat eine im Wesentlichen kastenförmige Gestalt. Der Bürstenhalter 60 enthält ein Paar von Bürsten enthaltenden Abstandsteilen 66, 67, um die Bürsten 51, 52 darin aufzunehmen, ein Paar von Anschlusslitzen-Abstandshaltern 68, 69, um die Anschlusslitzen (pig tails) 63 darin aufzunehmen, und eine Nut 80, in welche eine hintere Endwand 73 der Schleifringabdeckung 70 eingeführt ist. Diese Abschnitte des Bürstenhalters 60 sind zu dem Schleifringen 21, 22 hin offen. Der Bürstenhalter 60 enthält auch eine Endwand 81, um das hintere Ende der Rotorwelle 14 abzuschließen. Die Schleifringabdeckung 70 ist mit dem Bürstenhalter 60 dadurch gekuppelt, indem ein Vorsprung, der an einer hinteren Endwand 72 der Schleifringabdeckung 70 ausgebildet ist, in Eingriff mit einem Loch gebracht wird, welches in der Endwand 81 des Bürstenhalters 60 ausgebildet ist. Somit kann die Schleifringabdeckung 7 in einfacher Weise und hermetisch mit dem Bürstenhalter 60 verbunden werden. Es ist ein Luftkanal 90 in der Schleifringabdeckung 70 an einer Position ausgebildet, die abwärts von den Schleifringen 21, 22 gelegen ist, wenn die Wechselstrommaschine 100 in dem Fahrzeug montiert ist.
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Im Folgenden werden die Vorteile, die mit Hilfe der oben beschriebenen Ausführungsform erreicht werden, zusammenfassend erläutert. Da die Bürstenvorrichtung 26 durch die umschließende Wand 50 umgeben ist, wird verhindert, dass Wasser in einen Raum um die Bürsten herum eindringt. Da der Luftkanal 90 zur Außenseite hin offen ist und in der Bürstenvorrichtung 26 ausgebildet ist, wird Luft um die Bürsten herum bei hoher Temperatur nicht um die Bürsten herum zurückgehalten. Demzufolge kann die Temperatur um die Bürsten herum abgesenkt werden. Da die Teilwände 50B, 50D mit dem größeren Radius abliegend von der Bürstenvorrichtung 26 positioniert sind, kann verhindert werden, dass Wasser, welches in einen Raum zwischen der umschließenden Wand 50 und der Bürstenvorrichtung 26 eindringt, darin zugehalten wird.
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Da die umschließende Wand 50 radial innerhalb des Fensters 54 positioniert ist, um kühlende Luft einzuleiten, wird in sicherer Weise verhindert, dass Wasser, welches von dem Fenster 54 aus eindringt, zur Innenseite der umschließenden Wand 50 hineingelangt. Da die umschließende Wand 50 durchgehend ohne Unterbrechung ausgebildet ist, wird verhindert, dass Wasser in dem innenseitigen Raum der umschließenden Wand 50 eindringt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann in vielfältiger Weise modifiziert werden. Beispielsweise können Öffnungen 51ge in der umschließenden Wand 50 gemäß der Darstellung in 5 ausgebildet werden. Bei dieser modifizierten Ausführungsform ist die hintere Abdeckung 27 als eine hintere Abdeckung 27A modifiziert und die Teilwand 50C, die in 2 gezeigt ist, ist in drei Abschnitte 50C-1, 50C-2 und 50C-3 aufgeteilt. Die Wandabschnitte 50C-1 und 50C-3 haben einen Radius, der größer ist als der Radius der Wandabschnitte 50C-2. Die Öffnungen 51ge werden zwischen diesen Wandabschnitten ausgebildet, wie dies in 5 gezeigt ist, wodurch dann die umschließende Wand 50 nicht kontinuierlich wird. Die Öffnungen 51ge sind so ausgebildet, dass sie nach unten zu von der Drehachse der Rotorwelle 14 positioniert sind, wenn die Wechselstrommaschine 100 in dem Fahrzeug montiert ist. Das Wasser, welches in den innenseitigen Raum der umschließenden Wand 50 aus irgendwelchen Gründen eindringt, kann in einfacher Weise aus den Öffnungen 51ge abgeleitet werden, sodass verhindert wird, dass Wasser in die Bürstenvorrichtung 26 hineingelangt.
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Eine Wechselstrommaschine 100A mit einem modifizierten hinteren Rahmen 2A und einer modifizierten hinteren Abdeckung 27B in 6 gezeigt. Die hintere Abdeckung 27B enthält eine Teilwand oder Trennwand 150, welche die Bürstenvorrichtung 26 von anderen Komponenten wie den Luftkanälen trennt und zwar von Luftkanälen für die elektrischen Komponenten wie dem Gleichrichter 24. Die Trennwand 150 erstreckt sich von der hinteren Wand der hinteren Abdeckung 27B in der axialen Richtung und ist zusammenhängend oder einstückig mit der hinteren Abdeckung 27B ausgebildet. Ein Frontende der Trennwand 150 steht an der hinteren Oberfläche des hinteren Rahmens 2A an und zwar mit einem Abdichtteil 160, welches dazwischen angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Bürstenvorrichtung 26 von anderen Luftkanälen getrennt gehalten.
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Ferner ist ein Paar von zylinderförmigen Luftkanälen 201, 202 in der hinteren Wand der hinteren Abdeckung 27B ausgebildet. Die zylinderförmigen Luftkanäle 201, 202 erstrecken sich in der axialen Richtung und lassen Kühlluft zwischen dem Raum in der Trennwand 150 und der Außenseite zirkulieren. Die zylinderförmigen Luftkanäle 201, 202 sind mit einer Luft-Ansaug/Austrag-Vorrichtung des Fahrzeugs verbunden (nicht gezeigt) und zwar über ein Zwischenfügungsteil. Auf diese Weise wird in sicherer Weise verhindert, dass fremde Teile oder fremde Teilchen in den Raum um die Bürstenvorrichtung 26 herum eindringen, wobei Bürsten-Staub zu Außenseite hin ausgetragen wird. Es kann die Lebensdauer der Bürsten durch Reduzieren der Temperatur der Bürsten verlängert werden.
