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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine,
welche in Fahrzeugen installiert wird, beispielsweise Personenkraftwagen und
Lastkraftwagen.
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[Zugehöriger Stand der Technik]
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In
neuerer Zeit wurden zur Lösung von Umweltproblemen strengere
Bestimmungen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs oder bezüglich
der CO2-Emissionsverminderung erlassen.
Zwischenzeitlich eskalieren die Rohölpreise. Die Bedürfnisse des
Kraftfahrzeugmarktes stehen in Verbindung mit solchen Emissionsbeschränkungen
und den eskalierenden Rohölpreisen.
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In
Reaktion auf solche Bedürfnisse des Kraftfahrzeugmarktes
verbreiten sich allmählich in bestimmten Kraftfahrzeugkategorien
Fahrzeuge, welche mit einer Leerlaufstoppfunktion versehen sind. Beispielsweise
wird bei Einsatz der Leerlaufstoppfunktion der Motor automatisch
angehalten, wenn das Fahrzeug an einem Rotlicht angehalten wird
und wird automatisch nach Wechsel des Verkehrslichtes auf Grün
neu gestartet.
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Zur
Verwirklichung der Leerlaufstoppfunktion werden sogenannte ISGs
(integrierte Anlassergeneratoren) oder MGs (Motorgeneratoren) eingesetzt. Ein
solches ISG-Gerät oder MG-Gerät ist ein Fahrzeugwechselstromgenerator,
welcher zusätzlich mit einer Funktion eines Motors ausgestattet
ist, um sowohl die Funktion eines Generators zur Erzeugung elektrischer
Leistung und die Funktion eines Motors zum Starten des Motors nach
einer Ruhepause des Fahrzeugs zu erfüllen. Mit anderen
Worten, das ISG-Gerät oder MG-Gerät ist eine rotierende
elektrische Maschine, bei welcher die Motorfunktion und die Generatorfunktion
integriert sind.
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Eine
elektrische Maschine, welche den Leerlaufstopp durchführt,
muss eine Funktion zum Neustart des Motors mit einem Anlassmoment
erfüllen. Zusätzlich ist es wünschenswert,
dass eine solche elektrische Maschine während der Fahrt
mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und eine hohe Leistung bei der elektrischen
Leistungserzeugung wegen der Zunahme elektrischer Verbraucher erzielt,
welche die neuere Zunahme von elektronischen Geräten begleiten,
die in den Fahrzeugen installiert sind.
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Weiter
ergibt sich vom baulichen Aspekt ein zunehmender Bedarf an einer
kleinen rotierenden elektrischen Maschine mit einem Körper,
der mit einem Leistungsumformer integriert ist.
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Gemäß der
japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung,
Veröffentlichungsnummer 2004-156589 ist eine Konstruktion
bekannt, bei welcher eine rotierende elektrische Maschine, beispielsweise
ein ISG-Gerät oder MG-Gerät zur Durchführung
der Leerlaufstoppfunktion mit einem Leistungsumformer integriert
ist. In einer solchen integrierten Konstruktion ist ein Leistungsumformer
an der Rückseite des Körpers der rotierenden elektrischen
Maschine montiert (es sei beispielsweise auf die Seiten 9 bis 14
und die
1 bis
12 der
oben erwähnten Veröffentlichung Bezug genommen).
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In
der Konstruktion, welche in der oben genannten Veröffentlichung
offenbart ist, ist die Bürste in einem im Wesentlichen
luftdichten Raum angeordnet. Aus diesem Grunde ist die Wärmeabgabe
durch Konvektions-Wärmeübergang in der Luft um
die Bürste herum gering, was zu einem Problem eines Temperaturanstiegs
in der Bürste führt. Zusätzlich führt
die in die Kunstharzabdeckung über eine Lufteinlassöffnung
in der Kunststoffabdeckung eingeführte Luft an der Wärmesenke
des Umformers vorbei, erhöht die Temperatur der Luft an
sich und erreicht dann den Bürstenhalter. Aus diesem Grunde kommt
ebenfalls in Betracht, dass die Bürstenkühlung
einer Verbesserung bedarf.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Lichte der zuvor beschriebenen Problematik
geschaffen und hat zur Aufgabe, eine rotierende elektrische Maschine
für Fahrzeuge zu schaffen, bei der eine Reduzierung der
Temperatur der Bürste möglich ist.
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Zur
Lösung des oben beschriebenen Problems ist bei einer rotierenden
elektrischen Maschine für Fahrzeuge gemäß einem
ersten Aspekt eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor
vorgesehen, welcher eine Rotorwelle mit einem Paar von Schleifringen
aufweist, die elektrisch an eine Feldwicklung angeschlossen sind,
ferner mit einem Kühllüfter, welcher an einer
axialen Endfläche des Rotors auf der Schleifringseite befestigt
ist, mit einem Stator, welcher einen Statorkern aufweist, der dem
Rotor gegenübersteht und ferner eine auf den Statorkern
gewickelte Statorwicklung hat, mit einem Gestellrahmen, der zur
Abstützung des Rotors und des Stators vorgesehen ist, einer
Bürsteneinheit, welche ein Bürstenpaar aufnimmt,
das in gleitendem Kontakt mit den Schleifringen steht und die Schleifringe
abdeckt, mit einem Leistungsumformer, der Halbleiterelemente aufweist
und an die Statorwicklung angeschlossen ist, und welcher mindestens
eine der Funktionen der Umwandlung der elektromotorischen Wechselstromleistung,
die in der Statorwicklung induziert wird, in Gleichstrom, und der
Umwandlung der Gleichstromleistung, welche in einer Batterie gespeichert
ist, in Wechselstrom zur Zuführung zur Statorwicklung erfüllt,
ferner mit einer rückwärtigen Abdeckung, welche
den Leistungsumformer abdeckt, sowie mit einem Kühllufteinführungskanal,
welcher die Verbindung zwischen einer Außenseite der rückwärtigen Abdeckung
und der Bürsteneinheit herstellt, wobei die Konstruktion
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bürsteneinheit eine
erste auf der Kühllüfterseite vorgesehene Öffnung
und eine zweite Öffnung aufweist, die in einem Ende des
Kühllufteinführungskanals vorgesehen ist.
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Somit
kann Kühlluft von dem außenseitigen Raum in den
Innenraum der Bürsteneinheit über den Kühllufteinführungskanal
eingeführt werden, in welchem Abschnitte durch Segmentteile
definiert sind. Aus diesem Grunde kann die Kühlluft, deren
Temperatur nicht durch andere Komponenten der rotierenden elektrischen
Maschine erwärmt worden ist, direkt die Bürsteneinheit
kühlen, so dass die Temperatur der Bürsteneinheit
merklich reduziert werden kann.
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Da
zusätzlich die Bürsteneinheit mit der Öffnung
auf der Seite des Kühllüfters versehen ist, kann Kühlluft
zwangsweise in den Innenraum der Bürsteneinheit eingeführt
werden, wodurch die Temperatur der Bürsteneinheit wirksam
herabgesetzt werden kann.
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Vorzugsweise
hat die hintere Abdeckung eine axiale Endfläche, in welcher
eine dritte Öffnung gebildet ist, und der Kühllufteinführungskanal
ermöglicht eine Verbindung zwischen der dritten Öffnung und
der zweiten Öffnung.
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Bevorzugtermaßen
ist die zweite Öffnung an der axialen Endfläche
der Bürsteneinheit gegenüberliegend der ersten Öffnung
gebildet.
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Es
ist vorzuziehen, dass in dem Zustand, in welchem die rotierende
elektrische Maschine im Fahrzeug installiert ist, die dritte Öffnung
eine Position einnimmt, welche tiefer liegt als diejenige der zweiten Öffnung.
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Bevorzugtermaßen
enthält der Kühllufteinführungskanal
einen ersten Weg, welcher parallel zum Boden ist und hat ein Ende
als zweite Öffnung, ferner einen zweiten Weg, der parallel
zum Boden verläuft und ein Ende als dritte Öffnung
hat, sowie einen dritten Weg, der die Verbindung zwischen den jeweils
anderen Enden des ersten und des zweiten Weges herstellt, wobei
der dritte Weg senkrecht zum Boden verläuft und die untere
Seite des dritten Weges so verläuft, dass der dritte Weg
die Verbindung mit der Außenseite der hinteren Abdeckung
herstellen kann.
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Bevorzugtermaßen
enthält die rotierende elektrische Maschine weiter eine
Kühlrippenanordnung mit einer Mehrzahl von plattenförmigen
Rippen, die sich von der Rotorwelle radial erstrecken, so dass sie
die Bürsteneinheit umgeben, und der Leistungsumformer wird
gekühlt, indem die plattenförmigen Kühlrippen
mit ihm in Kontakt stehen, wobei der Kühllufteinführungskanal
unter Verwendung der plattenförmigen Kühlrippen
und des Leistungsumformers als Segmentteile gebildet ist und der
Kühllufteinführungskanal die Verbindung zwischen
einer vierten Öffnung, die nahe seinem Umkreis gebildet
ist, und der zweiten Öffnung herstellt.
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Bevorzugtermaßen
ist die zweite Öffnung in einer Seite der Bürsteneinheit
parallel zur Rotorwelle gebildet.
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Es
ist vorzuziehen, dass keine Halbleiterelemente in einem Bereich
des Leistungsumformers liegen, der zur Begrenzung de Kühllufteinführungskanals
dient.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht des allgemeinen Aufbaus einer rotierenden elektrischen
Maschine für Fahrzeuge gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine für
Fahrzeuge;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Leistungsumformers und einer Kühlrippenanordnung für
die rotierende elektrische Maschine;
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4 eine
perspektivische Ansicht der Kühlrippenanordnung;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Bürsteneinheit der rotierenden
elektrischen Maschine, von der Rückseite aus gesehen;
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6 eine
perspektivische Ansicht der Bürsteneinheit, von der Vorderseite
aus gesehen;
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7 eine
perspektivische Ansicht einer rückwärtigen Abdeckung
der rotierenden elektrischen Maschine;
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8 eine
perspektivische Ansicht eines Kühllufteinführungskanals
der rotierenden elektrischen Maschine in dem Zustand, in dem sie
zwischen der Bürsteneinheit und der rückwärtigen
Abdeckung angeordnet ist;
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9 eine
perspektivische Ansicht des Kühllufteinführungskanals
der rotierenden elektrischen Maschine mit der Darstellung des Zustandes der
Verbindung mit der Bürsteneinheit;
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10 eine
erläuternde Ansicht der Strömung der Kühlluft
in der Bürsteneinheit;
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11 eine
Querschnittsansicht des allgemeinen Aufbaus einer rotierenden elektrischen
Maschine für Fahrzeuge gemäß einer zweiten
Ausführungsform;
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12 eine
Querschnittsansicht einer Bürsteneinheit gemäß der
zweiten Ausführungsform;
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13 eine
Darstellung der relativen Lage zwischen einer Kühlrippenanordnung
und der Bürsteneinheit gemäß der zweiten
Ausführungsform;
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14 eine
Querschnittsansicht einer Konfiguration mit der Kühlrippenanordnung
und der Bürsteneinheit gemäß der zweiten
Ausführungsform; und
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15 eine
Darstellung der relativen Lage zwischen einem Leistungsumformer
und einem Kühllufteinführungskanal gemäß der
zweiten Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen werden nachfolgend im
Detail einige Ausführungsformen beschrieben, auf welche
die Konstruktion einer rotierenden elektrischen Maschine für
Fahrzeuge nach der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist
eine Querschnittsansicht, welche den allgemeinen Aufbau einer rotierenden
elektrischen Maschine für Fahrzeuge 100 (nachfolgend einfach
als rotierende elektrische Maschine bezeichnet) gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die rotierende elektrische
Maschine 100 darstellt. Die rotierende elektrische Maschine 100 enthält
einen vorderen Gestellrahmen 1, einen rückwärtigen
Gestellrahmen 2, einen Stator 3, einen Rotor 4,
einen Leistungsumformer 5, eine Kühlrippenanordnung 6,
eine Bürsteneinheit 7, eine Steuereinheit 8,
eine rückwärtige Abdeckung 9, einen Kühllufteinführungskanal 10 und
eine Riemenscheibe 12.
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Der
vordere Gestellrahmen 1 und der rückwärtige
Gestellrahmen 2 dienen zur Abstützung des Rotors 4 und
des Stators 3. Sowohl der vordere als auch der rückwärtige
Gestellrahmen 1 bzw. 2 haben becherförmige
Gestalt und haben somit Öffnungen, welche einander zugekehrt
sind. Der vordere und der hintere Gestellrahmen 1 bzw. 2 sind
so ausgebildet, dass sie zwischen sich den Stator 3 halten
und sind miteinander über eine Mehrzahl von Schrauben verbunden.
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Der
Stator 3 enthält einen Statorkern 31,
der so angeordnet ist, dass er dem Rotor 4 gegenübersteht,
sowie eine Statorwicklung 32, die auf den Statorkern 31 gewickelt
ist.
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Der
Rotor 4 enthält Polkerne 42 und 43,
welche als Feldpole dienen, sowie eine Feldwicklung 41, welche
die Polkerne 42 und 43 magnetisiert, und enthält
auch eine Rotorwelle 44. Der Rotor 4 ist durch ein
Paar von Lagern drehbar abgestützt, welche in jeweiligen
Lagergehäusen aufgenommen sind, die an dem vorderen und
hinteren Gestellrahmen 1 und 2 vorgesehen sind.
Die Polkerne 42 und 43 haben jeweils axiale Stirnflächen,
an welchen jeweils Kühllüfter 45 bzw. 46 befestigt
sind. Die Rotorwelle 44 besitzt ein vorderes Ende, an welchem
die Riemenscheibe 12 mittels einer Mutter befestigt ist.
Die Rotorwelle 44 hat ein hinteres Ende, das außerhalb
des rückwärtigen Gestellrahmens 2 liegt.
Das hintere Ende der Rotorwelle 44 ist mit einem Paar von Schleifringen 47 und 48 versehen,
an welche die Enden der Feldwicklung 41 angeschlossen sind.
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Der
Leistungsumformer 5 ist mit der Statorwicklung 32 verbunden.
Der Leistungsumformer 5 erfüllt mindestens eine
der Funktionen der Umwandlung der elektromotorischen Wechselstromkraft,
welche in der Statorwicklung 32 induziert wird, in Gleichstrom,
und der Umwandlung der Gleichstromleistung, welche in der Batterie
gespeichert ist, in Wechselstrom zur Zuführung zu der Statorwicklung 32.
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Die
Kühlrippenanordnung 6 ist so gelegen, dass sie
die Schleifringe 47 und 48 und die Bürsteneinheit 7 einschließt
und ist gleichzeitig zwischen dem rückwärtigen
Gehäuserahmen 2 und dem Leistungsumformer 5 angeordnet,
um eine Kühlung für den Leistungsumformer 5 zu
schaffen.
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Die
Bürsteneinheit 7, welche ein Paar von Bürsten 73 und 74 aufweist
(siehe 10) ist einstückig
durch einen Bürstenhalter und eine Schleifringabdeckung
gebildet. Der Bürstenhalter nimmt das Paar von Bürsten 73 und 74 auf,
welche in gleitendem Kontakt mit den Schleifringen 47 bzw. 48 stehen.
Die Schleifringabdeckung überdeckt die Schleifringe 47 und 48.
Der Bürstenhalter und die Schleifringabdeckung können,
wenn sie einstückig ausgeführt sind, zusammen
gegossen werden oder können jeweils einzeln gegossen werden
und dann miteinander kombiniert werden. Beide Wege der einstückigen Ausbildung
können nur eingesetzt werden, wenn die Luftdichtigkeit
des Innenraums in der Bürsteneinheit 7 aufrechterhalten
werden kann.
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Die
Steuereinheit 8 steuert die rotierende elektrische Maschine 100 und
ermöglicht es der rotierenden elektrischen Maschine 100,
als Generator oder als Motor zu arbeiten.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht des Leistungsumformers 5 und
der Kühlrippenanordnung 6, von der Seite des Leistungsumformers 5 aus
gesehen. Obwohl 3 den Kühllufteinführungskanal 10 zeigt,
werden Einzelheiten des Kühllufteinführungskanals 10 weiter
unten beschrieben. 4 ist eine perspektivische Ansicht
der Kühlrippenanordnung 6 in dem Zustand, in welchem
sie mit der Bürsteneinheit 7 zusammengebaut ist,
gesehen von der Seite des rückwärtigen Gehäuserahmens 2 her.
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Wie
in 3 gezeigt, enthält der Leistungsumformer 5 eine
Metallbasis 51 und eine Anzahl von Halbleiterelementen 52,
welche auf der Metallbasis 51 über eine Verdrahtungsschicht
oder eine Isolationsschicht angeordnet sind. Die Anzahl von Halbleiterelementen 52 dient
als Schaltelemente. Die Schaltelemente sind MOSFETs, welche eine
Dreiphasen-Brückenschaltung bilden. Die Dreiphasen-Brückenschaltung
dient sowohl als ein Inverter, der sowohl eine Funktion der Umwandlung
der elektromotorischen Wechselstromkraft, die in der Statorwicklung 32 induziert
wird, im Gleichstrom durchführt, als auch eine Funktion
einer synchronen Gleichrichterschaltung, welche einen Betrieb der
Umwandlung der in der Batterie gespeicherten Gleichstromleistung in
Wechselstrom zur Speisung der Statorwicklung 32 durchführt.
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Wie
in 4 gezeigt enthält die Kühlrippenanordnung 6 eine
Anzahl von plattenförmigen Kühlrippen 61,
die sich radial von der Rotorwelle 44 weg erstrecken. Die
Anzahl von Kühlrippen 61 ist in dem Raum unter
Ausnahme des Raums für die Bürsteneinheit 7 angeordnet.
Nahe des Außenrandes der Kühlrippenanordnung 6 ist
eine Anzahl von Kühlluftansaugfenstern 62 gebildet.
(Siehe die 2 und 3. Die Kühlluftansaugfenster 62 entsprechend den
vierten Öffnungen in der später zu beschreibenden
zweiten Ausführungsform.)
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Bei
Drehung des rückwärtigen Kühllüfters 46 zusammen
mit dem Rotor 4 entsteht ein Unterdruck an der inneren
Umfangsseite des Kühllüfters 46. Aus diesem
Grunde wird Kühlluft von den Kühlluftansaugfenstern 62 angesaugt.
Die angesaugte Kühlluft strömt in die innere Umfangsseite
der Kühlrippenanordnung 6 längs der Mehrzahl
von plattenartigen Kühlrippen 61, um hierdurch
die Kühlrippen 61 zu kühlen. Somit wird die
Metallbasis 51, welche in Berührung mit der Kühlrippenanordnung 6 gelegen
ist, gekühlt, um hierdurch die auf der Metallbasis 51 angeordneten
Halbleiterelemente 52 zu kühlen.
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Nachfolgend
wird die Kühlkonstruktion der Bürsteneinheit 7 im
Einzelnen beschrieben. 5 ist eine perspektivische Ansicht
der Bürsteneinheit 7 von der Rückseite
aus gesehen (von der Seite der rückwärtigen Abdeckung 9 her). 6 ist
eine perspektivische Ansicht der Bürsteneinheit 7 von
der Frontseite her gesehen (von der Seite des Kühllüfters 45 her).
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Wie
in den 5 und 6 gezeigt hat die Bürsteneinheit 7 eine Öffnung
(zweite Öffnung) 71 auf der Rückseite
zur Aufnahme von Kühlluft, und Öffnungen (erste Öffnungen) 72 auf
der Frontseite zur Abgabe der Kühlluft.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht der rückwärtigen
Abdeckung 9. Wie in 7 gezeigt
besitzt die rückwärtige Abdeckung 9 eine
axiale Stirnfläche, in welcher eine Öffnung (dritte Öffnung) 91 gebildet
ist, sowie eine Seitenfläche, in welcher eine Öffnung 92 gebildet
ist. Die Öffnung 92 ist so vorgesehen, dass sie
auf der Seite des Bodens mit Bezug auf den Zustand gelegen ist,
in welchem die rotierende elektrische Maschine 100 in das
Fahrzeug eingebaut ist.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht des Kühllufteinführungskanals 10 in
dem Zustand, in welchem er zwischen der Bürsteneinheit 7 und
der rückwärtigen Abdeckung 9 angeordnet
ist. 9 ist eine perspektivische Ansicht des Kühllufteinführungskanals 10 unter
Darstellung des Zustands der Verbindung mit der Bürsteneinheit 7.
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Wie
in den 1, 8 und 9 gezeigt ist,
ist der Kühllufteinführungskanal 10 eine
Gruppe von Segmentteilen (beispielsweise zylindrisch geformte Segmentteile
aus Kunstharz), welche jeweils einen Abschnitt definieren. Der Kühllufteinführungskanal 10 stellt
eine Verbindung zwischen der Außenseite der rückwärtigen
Abdeckung 9 und der Bürsteneinheit 7 her,
um einen Entlüftungsweg für die Kühlluft
zu schaffen. Der Kühllufteinführungskanal 10 enthält
einen ersten Wegabschnitt 14, einen zweiten Wegabschnitt 15 und
einen dritten Wegabschnitt 16. In dem Zustand, in welchem
die rotierende elektrische Maschine 100 in das Fahrzeug
eingebaut ist, ist dafür gesorgt, dass der erste Wegabschnitt
und der zweite Wegabschnitt 14 bzw. 15 parallel
zum Boden verlaufen und der dritte Wegabschnitt 16 senkrecht zum
Boden verläuft.
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Ein
Ende des ersten Wegabschnitts 14 ist mit der rückwärtigen Öffnung 71 der
Bürsteneinheit 7 verbunden und das andere Ende
des ersten Wegabschnitts ist mit einem Ende des dritten Wegabschnitts 16 verbunden.
Ein Ende des dritten Wegabschnitts 16 ist mit dem ersten
Wegabschnitt 14 verbunden und das andere Ende des dritten
Wegabschnitts ist mit der Öffnung 62 verbunden,
welche in der Seitenfläche der rückwärtigen
Abdeckung 9 gebildet ist. Ein Ende des zweiten Wegabschnitts 15 ist
mit der Öffnung 91 verbunden, welche in der axialen
Stirnfläche oder Endfläche der rückwärtigen
Abdeckung 9 gebildet ist und das andere Ende des zweiten
Wegabschnitts 15 ist mit einem Zwischenabschnitt des dritten
Wegabschnitts 16 verbunden.
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Somit
ist dafür gesorgt, dass die rückwärtige Öffnung 71 der
Bürsteneinheit 7 Verbindung mit den beiden Öffnungen 91 und 92 der
rückwärtigen Abdeckung 9 über
den Kühlluftzuführungskanal 10 hat. Wie
oben erwähnt wird, wenn der rückwärtige
Kühllüfter 46 sich zusammen mit dem Rotor 4 dreht,
ein Unterdruck auf der inneren Umfangsseite des Kühllüfters 46 erzeugt.
Da die Öffnung 72 der Bürsteneinheit 7 dem
negativen Druck ausgesetzt ist, wird in diesem Falle Kühlluft
von den Öffnungen 91 und 92 der rückwärtigen
Abdeckung 9 angesaugt und unmittelbar zu der Öffnung 71 der
Bürsteneinheit 7 über den Kühlluftzuführungskanal 10 eingeführt,
ohne dass diese Luft andere Komponenten (den Leistungsumformer 5,
die Steuereinheit 8, usw.) kühlt.
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10 ist
eine erläuternde Ansicht, welche die Strömung
der Kühlluft in der Bürsteneinheit 7 aufzeigt.
Wie in 10 durch Pfeile angedeutet,
kann die in die Öffnung 71 eingeführte
Kühlluft direkt eine Kühlung für das
Paar von Bürsten 73 und 74 erzeugen,
welche zu dem Innenraum der Bürsteneinheit 7 freilegen,
sowie auch eine Kühlung für die Schleifringe 47 und 48 erzeugen.
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Es
kann manchmal vorkommen, dass Regentropfen oder dergleichen von
der Öffnung 91 aus eintreten, die in der axialen
Stirnfläche der hinteren Abdeckung 9 gebildet
ist. In einem solchen Falle können die Regentropfen oder
dergleichen durch den zweiten Wegabschnitt 15 wandern,
den dritten Wegabschnitt 16 erreichen und weiter vertikal über den
dritten Wegabschnitt 16 zum Boden hin gelangen. Die Regentropfen
oder dergleichen werden also von der Öffnung 92 abgegeben,
die in der Seitenfläche der rückwärtigen
Abdeckung 9 gebildet ist. Demgemäß erreichen
die Regentropfen oder dergleichen, welche in den Kühllufteinführungskanal 10 von
der Öffnung 91 her gelangt sind, nicht die Bürsteneinheit 7.
Das Paar von Bürsten 73 und 74 sowie
die Schleifringe 47 und 48 können daher
vor Feuchtigkeit geschützt werden.
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Die
rückwärtige Abdeckung 9 besitzt eine axiale
Stirnfläche, in welcher die dritte Öffnung 91 gebildet
ist, sowie den Kühllufteinführungskanal 10, welcher
die Verbindung zwischen der dritten Öffnung 91 und
der zweiten Öffnung 71 herstellt.
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Somit
kann die Kühlluft, welche von der Rückseite der
rückwärtigen Abdeckung 9 eingesogen wird,
in den Innenraum der Bürsteneinheit 7 eingeführt
werden, ohne dass ein Temperaturanstieg aufgrund der Wärme
einhergeht, welche durch den Leistungsumformer 5 und dergleichen
erzeugt wird.
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Die
zweite Öffnung 71 ist an der axialen Stirnfläche
der Bürsteneinheit 7 gegenüberliegend der
ersten Öffnung 72 gebildet.
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Somit
kann Kühlluft direkt in den Innenraum der Bürsteneinheit 7 über
den Kühllufteinführungskanal 10 eingeführt
werden, der auf der Rückseite der Bürsteneinheit 7 gelegen
ist.
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In
dem Zustand, in welchem die rotierende elektrische Maschine 100 in
das Fahrzeug eingebaut ist, ist die dritte Öffnung 91 in
einer Position, welche tiefer liegt als die zweite Öffnung 71.
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Somit
können Regentropfen und dergleichen daran gehindert werden,
in den Innenraum der Bürsteneinheit 7 über
den Kühllufteinführungskanal 10 zu gelangen.
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Der
Kühllufteinführungskanal 10 enthält
den ersten Wegabschnitt 14, welcher parallel zum Boden verläuft
und ein Ende als die zweite Öffnung 71 aufweist,
ferner den zweiten Wegabschnitt 15, welcher parallel zum
Boden verläuft und ein Ende in Form der dritten Öffnung 91 aufweist,
sowie den dritten Wegabschnitt 16, der eine Verbindung
zwischen den anderen Enden des ersten und des zweiten Wegabschnitts 14 bzw. 15 herstellt
und senkrecht zum Boden verläuft, wobei die Bodenseite
des dritten Wegabschnitts 16 so orientiert ist, dass der
dritten Wegabschnitt 16 die Verbindung mit der Außenseite der
rückwärtigen Abdeckung 9 herstellen kann.
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Somit
können Regentropfen oder dergleichen, die von der Öffnung
(der dritten Öffnung 91) der rückwärtigen
Abdeckung 9 eintreten können, nach der Außenseite
der rückwärtigen Abdeckung 9 abgegeben
werden, bevor sie die Bürsteneinheit 7 erreichen.
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Die
rotierende elektrische Maschine 100 enthält weiter
die Kühlrippenanordnung 6 mit der Mehrzahl von
plattenförmigen Kühlrippen 61, die radial von
der Rotorwelle 44 weg orientiert sind, so dass sie die
Bürsteneinheit 7 umgeben, und der Leistungsumformer 5 wird
gekühlt, indem die plattenförmigen Kühlrippen 61 damit
in Berührung stehen, wobei der Kühllufteinführungskanal 10 unter
Verwendung der plattenförmigen Kühlrippen 61 und
des Leistungsumformers 5 als Segmentteile gebildet wird
und der Kühllufteinführungskanal 10 die
Verbindung zwischen der vierten Öffnung 62, die
an seinem Umfang gebildet ist, und der zweiten Öffnung 71 herstellt.
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Somit
kann Kühlluft, welche von der Richtung der Seitenfläche
der Bürsteneinheit 7 angesaugt wird, in den Innenraum
der Bürsteneinheit 7 eingeführt werden,
ohne dass der Kühlluft gestattet wird, zwischen anderen
Komponenten, beispielsweise dem Leistungsumformer 5 durchzuströmen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Unter
Bezugnahme auf die 11 bis 15 wird
nachfolgend eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform sind
Bauteile, welche identisch oder ähnlich denjenigen in der
ersten Ausführungsform sind, auch mit gleichen Bezugszahlen
bezeichnet, um die Erläuterung weglassen zu können.
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In
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wurde die
Kühlluft in den Innenraum der Bürsteneinheit 7 unter
Verwendung der auf der Rückseite der Bürsteneinheit 7 gebildeten Öffnung 71 und des
Kühllufteinführungskanals 10 eingeführt,
der zwischen der Öffnung 71 und der rückseitigen
Abdeckung 9 vorgesehen ist. Alternativ kann jedoch auch ein
unterschiedlicher Weg zum Einführen der Kühlluft in
den Innenraum der Bürsteneinheit 7 gewählt
werden.
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11 ist
eine Querschnittsdarstellung, welche den allgemeinen Aufbau einer
rotierenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge 100A (nachfolgend einfach
als ”rotierende elektrische Maschine” bezeichnet)
gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Die
rotierende elektrische Maschine 100A, welche in 11 gezeigt
ist, unterscheidet sich grundsätzlich von der rotierenden
elektrischen Maschine 100 gemäß 1 dadurch,
dass der Kühllufteinführungskanal 10 weggelassen
ist und dass die Bürsteneinheit 7 durch eine Bürsteneinheit 7A ersetzt
ist.
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12 ist
eine Querschnittsansicht, welche die Bürsteneinheit 7A zeigt.
Im Unterschied zu der Bürsteneinheit 7 der ersten
Ausführungsform hat die Bürsteneinheit 7A der
vorliegenden Ausführungsform eine rückwärtige
Fläche, welche geschlossen ist, ohne dass darin eine Öffnung
vorgesehen ist, und besitzt eine Seitenfläche, in der eine Öffnung 75 gebildet
ist. Die Öffnung 75 kann die Verbindung mit dem
Innenraum der Bürsteneinheit 7A über
einen Weg 76 herstellen. Wie in 12 gezeigt
ist der Weg 76 auf seiner Innenseite mit zwei (oder drei
oder mehr) Teilwänden 77 versehen, welche abwechselnd von
der einen Seite zur anderen Seite vorstehen. Durch diese Teilwände 77 ist
also eine Labyrinthstruktur gebildet.
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13 zeigt
eine Beziehung zwischen der Kühlrippenanordnung 6 und
der Bürsteneinheit 7A. 14 ist
eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration mit der Kühlrippeneinheit 6 und
der Bürsteneinheit 7A darstellt. Wie in den 13 und 14 gezeigt,
ist die Öffnung 75, die in der Seitenfläche
der Bürsteneinheit 7A ausgebildet ist, zur Innenumfangsseite
eines Teils der plattenartigen Kühlrippen 61 freiliegend,
die an der Kühlrippenanordnung 6 vorgesehen sind.
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In
der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kühllufteinführungskanal
durch den Teil der plattenförmigen Kühlrippen 91,
die auf der Außenumfangsseite der Öffnung 75 angeordnet
sind, und die benachbart vorgesehene Metallbasis 51 des
Leistungsumformers 5 definiert. 15 zeigt
eine Beziehung zwischen dem Leistungsumformer 5 und dem Kühllufteinführungskanal.
Wie aus 15 zu ersehen ist, sind keine
Halbleiterelemente 52 in einem Bereich A der Metallbasis 51 vorgesehen,
der zur Begrenzung des Kühllufteinführungssignals
dient.
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Somit
kann Kühlluft zu der Bürsteneinheit 7A über
den Kühllufteinführungskanal geleitet werden, der
in der Richtung der Seitenfläche der Bürsteneinheit 7A gebildet
ist. Somit kann Kühlluft in den Innenraum der Bürsteneinheit 7A eingeführt
werden, ohne dass sie zwischen andren Komponenten, beispielsweise
dem Leistungsumformer 5 hindurchgeführt wird.
Zusätzlich ist, wie oben erwähnt, der Bereich
A in der Metallbasis 51, welcher den Kühllufteinführungskanal
begrenzt, ohne Halbleiterelemente 52 ausgebildet. Aus diesem
Grunde kann der Wärmeübergang minimiert werden,
welcher zu der Kühlluft in dem Kühllufteinführungskanal
von den Halbleiterelementen 52 verursacht würde,
die an dem Leistungsumformer 5 vorgesehen sind, so dass
ein Temperaturanstieg der Kühlluft verhindert werden kann.
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Die
zweite Öffnung 75 ist in einer Seite der Bürsteneinheit 7A parallel
zur Rotorwelle 44 gebildet.
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Somit
kann Kühlluft unmittelbar in den Innenraum der Bürsteneinheit 7A über
den Kühllufteinführungskanal 76 eingeführt
werden, der in der Richtung der Seitenfläche der Bürsteneinheit 7A gebildet
ist.
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Es
befinden sich keine Halbleiterelemente 52 in dem Bereich
des Leistungsumformers 5, der zur Begrenzung des Kühllufteinführungskanals 76 dient.
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Somit
kann der Wärmeübergang minimal gehalten werden,
welcher zu der Kühlluft im Kühllufteinführungskanal 76 von
den Halbleiterelementen 52 stattfinden würde,
die an dem Leistungsumformer 5 vorgesehen sind, so dass
der Temperaturanstieg der Kühlluft verhindert werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt, sondern kann in vielerlei Weise innerhalb des
der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens ohne Abweichung von deren
Lehre abgewandelt werden.
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Während
zwar die obigen Ausführungsformen in Verbindung mit rotierenden
elektrischen Maschinen für Fahrzeuge beschrieben sind,
welche einen Generatorbetrieb und einen Motorbetrieb durchführen
können, kann beispielsweise die Erfindung auch auf eine
rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge angewendet
werden, welche entweder einen Generatorbetrieb oder einen Motorbetrieb
verwirklicht.
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Wie
bisher beschrieben kann gemäß der vorliegenden
Erfindung Kühlluft von dem Außenraum in den Innenraum
der Bürsteneinheit über den Kühllufteinführungskanal
eingeführt werden, in welchem Segmentteile jeweils Abschnitte
definieren. Aus diesem Grunde kann die Kühlluft, deren
Temperatur nicht durch andere Komponenten der rotierenden elektrischen
Maschine erhöht worden ist, unmittelbar die Bürsteneinheit
kühlen, wodurch die Temperatur der Bürsteneinheit
ausreichend herabgesetzt wird.
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Da
zusätzlich die Bürsteneinheit mit der Öffnung
auf der Seite des Kühllüfters versehen ist, kann Kühlluft
zwangsweise in den Innenraum der Bürsteneinheit eingeführt
werden, wodurch die Temperatur der Bürsteneinheit in wirksamer
Weise reduziert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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