DE112011101406T5

DE112011101406T5 - Wechselstromgenerator mit doppeltem axialem Luftstrom

Info

Publication number: DE112011101406T5
Application number: DE201111101406
Authority: DE
Inventors: Michael D. Bradfield
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2013-04-04
Also published as: CN102934328B; US20110254392A1; WO2011133498A1; KR20130079346A; CN102934328A; US8269384B2

Abstract

Ein Fahrzeug-Wechselstromgenerator weist einen Rotor und einen Stator auf, die innerhalb eines Gehäuses positioniert sind. Das Gehäuse enthält eine Vorderseite, eine Rückseite und eine Außenwand, die sich zwischen der Vorderseite und der Rückseite erstreckt. Die Vorderseite enthält eine Vielzahl von Lufteingangslöchern, und die Rückseite enthält eine Vielzahl von Luftausgangslöchern. Die Außenwand hat keine Luftlöcher, die sich durch die Außenwand erstrecken. Der Rotor ist innerhalb des Gehäuse positioniert und konfiguriert, um um eine Achse zu drehen. Der Stator ist innerhalb des Gehäuses zwischen dem Rotor und der Außenwand des Gehäuses positioniert. Der Stator enthält einen Kern mit einer Außenfläche, einem vorderen Ende und einem hinteren Ende. Eine Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen sind zwischen der Außenwand des Gehäuses und der Außenfläche des Statorkerns positioniert.

Description

FELD
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektrische Maschinen. Spezieller bezieht sich diese Offenbarung auf das Kühlen von Fahrzeug-Stromerzeugern.
HINTERGRUND
Ein Unterhauben-Luftstrom in einem Fahrzeug erfolgt aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs und der Wirkung der an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordneten Kühlerlüfter von der Vorderseite zur Rückseite des Fahrzeugs. Kühlluft tritt dagegen in eine elektrische Maschine, zum Beispiel einen Wechselstromgenerator, an oder in der Nähe der Rückseite des Wechselstromgenerators ein. Luft tritt typischerweise in den Wechselstromgenerator durch verschiedene Eingänge an der Rückseite oder den Seiten des Wechselstromgenerators ein und strömt dann in einer allgemein axialen Richtung zur Vorderseite des Wechselstromgenerators. Während die Luft zur Vorderseite des Wechselstromgenerators strömt, wird sie von den Bestandteilen des Wechselstromgenerators erwärmt. Die erwärmte Luft wird aus dem Wechselstromgenerator ausgestoßen, verbindet sich mit dem Unterhauben-Luftstrom und wird dann zur Rückseite des Wechselstromgenerators zurück transportiert, wo mindestens ein Teil der erwärmten Luft wieder durch den Wechselstromgenerator umgewälzt wird. Abhängig von der Konfiguration des Wechselstromgenerators werden an die 30–35% der erwärmten Luft wieder durch den Wechselstromgenerator umgewälzt, was die Temperatur der in den Wechselstromgenerator eintretenden Kühlluft um 20–30 Grad Celsius erhöht. Die erhöhte Temperatur der Kühlluft führt zu einer Verringerung der Kühlleistung der Luft und kann eine negative Auswirkung auf die Leistung des Wechselstromgenerators haben. Daher wäre es wünschenswert, einen Wechselstromgenerator mit einer verbesserten Kühlanordnung anzugeben, die zu einer erhöhten Kühlleistung und einer verbesserten Leistung des Wechselstromgenerators führt.
KURZE BESCHREIBUNG
Eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug umfasst Gehäuse, einen im Gehäuse positionierten Rotor und einen im Gehäuse zwischen dem Rotor und einer Außenwand des Gehäuses positionierten Stator. Der Stator enthält einen Kern mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende, einem inneren Teil und einem äußeren Teil, der den inneren Teil umgibt. Der Stator enthält weiter Statorwicklungen, die auf dem inneren Teil des Statorkerns positioniert sind. Die elektrische Maschine enthält eine Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen, die sich vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Statorkerns erstrecken. Die Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen sind zwischen dem inneren Teil des Statorkerns und dem Gehäuse positioniert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung, wird ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine in einem Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren enthält den Empfang eines Lufteingangsstroms durch ein erstes Ende der elektrischen Maschine. Das Verfahren enthält weiter das Aufteilen des Lufteingangsstroms in einen ersten Luftstrom und einen zweiten Luftstrom, die durch die elektrische Maschine strömen. Der erste Luftstrom strömt zwischen einer Außenfläche eines Statorkerns und einer nicht porösen Außenwand eines Gehäuses. Der zweite Luftstrom strömt durch einen Rotor, der bezüglich des Statorkerns radial innen positioniert ist. Das Verfahren enthält auch das Ablassen des ersten Luftstroms und des zweiten Luftstroms durch ein zweites Ende der elektrischen Maschine.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Offenbarung wird ein Wechselstromgenerator bereitgestellt, der einen Rotor und einen Stator umfasst, die innerhalb eines Gehäuses positioniert sind. Der Rotor ist konfiguriert, um um eine Achse zu drehen, und der Stator ist radial außerhalb des Rotors positioniert. Der Stator enthält einen Statorkern mit einer Außenfläche, die sich von einem vorderen Ende zu einem hinteren Ende des Statorkerns erstreckt. Das Gehäuse enthält eine nicht poröse Außenwand, die zwischen einer Vorderseite mit einer Vielzahl von Lufteingangslöchern und eine Rückseite mit einer Vielzahl von Luftausgangslöchern positioniert ist. Eine Vielzahl von Luftdurchlässen sind zwischen der Außenwand des Gehäuses und der Außenfläche des Statorkerns positioniert. Jeder der Luftdurchlässe erstreckt sich vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Statorkerns.
Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile, sowie andere, gehen für den Fachmann klarer aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor. Während es wünschenswert wäre, eine elektrische Maschine bereitzustellen, die eines oder mehrere dieser oder anderer vorteilhafter Merkmale liefert, erstrecken sich die hier offenbarten Lehren auf diejenigen Ausführungsformen, die im Rahmen der beiliegenden Ansprüche liegen, unabhängig davon, ob sie einen oder mehrere der oben erwähnten Vorteile erzielen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Hälfte eines Wechselstromgenerators mit doppeltem axialem Luftstrom;
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Statorkerns und Gehäuses des Wechselstromgenerators der 1 entlang der Linie II-II;
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Statorkerns des Wechselstromgenerators der 1 entlang der Linie III-III;
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Hälfte des Wechselstromgenerators der 2 entlang der Linie IV-IV;
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Luftstroms durch den Wechselstromgenerator der 1;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des vorderen Endes eines Gehäuses für den Wechselstromgenerator der 1; und
7 zeigt eine Ansicht des hinteren Endes des Gehäuses der 6.
BESCHREIBUNG
Unter Bezug auf 1 wird in mindestens einer Ausführungsform eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug in Form eines Wechselstromgenerators 10 bereitgestellt. Der Wechselstromgenerator 10 enthält einen Rotor 12, einen Stator 14, einen Gleichrichter 16 und einen Spannungsregler (nicht gezeigt), die alle von einem Gehäuse 20 getragen werden. Der Rotor 12 enthält eine Feldspule 22, die konfiguriert ist, um eine Stator-Wechselstromleistung in die Statorwicklungen 24 zu induzieren. Die Statorwicklungen 24 sind mit dem Gleichrichter 16 verbunden, der die Stator-Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung umwandelt, die verwendet wird, um eine Fahrzeugbatterie zu laden. Der Spannungsregler überwacht die Systemspannung und stellt die Leistung des Wechselstromgenerators durch Steuerung des Stroms durch die Feldspule ein.
Eine Ausführungsform der Anordnung aus Rotor 12 und Stator 14 ist in der Ausführungsform der 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist der Rotor 12 mit einer riemengetriebenen Welle 26 wirkverbunden. Der Rotor 12 und die Welle 26 sind konfiguriert, um um eine Wellenachse 28 zu drehen. Ein Ende der Welle 26 ist mit einer Riemenscheibe 30 verbunden, die in den Riemen eingreift (nicht gezeigt). Ein entgegengesetztes Ende der Welle 26 enthält einen Lagerzapfen 32, der in ein vom Gehäuse 20 gehaltenes Lager 34 eingreift.
In der Ausführungsform der 1 ist die Feldspule 22 des Rotors 12 um einen Spulenkörper 36 gewickelt, den ein Eisenkern 38 umgibt. Entgegengesetzte Klauenpolsegmente 40 umgeben die Feldspule 22 von der Feldspule 22 radial nach außen. Sowohl die Klauenpolsegmente 40 als auch der Eisenkern 38 sind konfiguriert, um mit der Welle 26 zu drehen. Die Feldspule 22 ist konfiguriert, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, wenn während des Betriebs der elektrischen Maschine Strom durch die Feldspule 22 fließt. Das elektromagnetische Feld führt zu einer Vielzahl von abwechselnden N- und S-Magnetpolen auf den Segmenten 40 des Rotors. Wenn die Welle 26 gedreht wird, liefert der Rotor 12 ein drehendes Magnetfeld mit einer Vielzahl von N- und S-Magnetpolen. Während die obige Beschreibung eine in Betracht gezogene Rotor-Ausführungsform für den Wechselstromgenerator ist, versteht es sich, dass andere Rotor-Ausführungsformen möglich sind.
Der Stator 18 enthält einen Statorkern 44 aus Eisen, umfasst einen Stapel von flachen Eisenblechen, die typischerweise als ”Bleche” bezeichnet werden. Die Bleche enthalten einen Satz von vorderen Blechen 62, einen Satz von hinteren Blechen 64 und einen Satz von mittleren Blechen 66. Die vorderen Bleche 62 und die hinteren Bleche 64 haben die gleiche Form. Die allgemeine Umfangsform der hinteren Bleche 64 kann unter Bezug auf die Querschnittsansicht der 2 gesehen werden, die die Form eines hinteren Blechs 64 zeigt, das innerhalb des Gehäuses 20 positioniert ist. Das hintere Blech 64 enthält einen inneren Teil 67 und eine damit verbundene Fläche, wo die Zähne 54 des Statorkerns positioniert sind. Das hintere Blech enthält auch einen äußeren Teil 68a, wo eine zylindrische Außenfläche definiert ist.
Im Gegensatz zur in 2 gezeigten Form der hinteren Bleche kann die allgemeine Umfangsform der mittleren Bleche 66 unter Bezug auf die Querschnittsansicht der 3 gesehen werden. Wie in 3 gezeigt, haben die mittleren Bleche 66 eine ähnliche Form wie die vorderen und hinteren Bleche 62, 64, enthalten aber einen verlängerten äußeren Teil 68b, der den inneren Teil 67 umgibt, wo die Zähne 54 des Statorkerns positioniert sind. Dieser zusätzliche äußere Teil 68b führt dazu, dass die mittleren Bleche 66 einen größeren Durchmesser haben als die vorderen Bleche 62 und die hinteren Bleche 64. Der äußere Teil 68b jedes mittleren Blechs 66 enthält eine Vielzahl von Öffnungen 69 nahe dem Außenumfang, getrennt durch radiale Rippen 71. Als Ergebnis wird der äußere Teil 68b jedes mittleren Blechs 66 als eine Lochscheibenanordnung bereitgestellt, die den inneren Teil 67 des mittleren Blechs 66 umgibt. Die Lochscheibe enthält die Öffnungen 69 mit einer radialen Rippe 71 zwischen benachbarten Öffnungen angeordnet. Wie nachfolgend ausführlicher erläutert, wirken die Lochscheibenteile 68 der mittleren Bleche 66 mit dem Gehäuse 20 zusammen, um axiale Luftdurchlässe entlang der äußeren Teile des Statorkerns 44 zu formen.
Die vorderen, hinteren und mittleren Bleche des Statorkerns 44 sind gestapelt, um einen Statorkern 44 bereitzustellen, der eine allgemein zylindrische Form hat und sich axial entlang einer Länge des Rotors 12 und in Umfangsrichtung um den Rotor erstreckt. Die Außenfläche 45 des Statorkerns 44 ist im Wesentlichen glatt und zylindrisch, wobei ein erweiterter Teil in der Mitte des Statorkerns 44 durch die mittleren Bleche 66 geformt ist. Wie oben erläutert, und wie in 1 gezeigt, sind die vorderen und hinteren Bleche 62, 64 des Statorkerns 44 im Gehäuse 20 enthalten. Die mittleren Bleche 66 des Statorkerns 44 erstrecken sich an der Verbindungsstelle 60 zur Außenseite des Gehäuses 20. Die Außenfläche 45 der vorderen und hinteren Bleche des Statorkerns 44 kann auch eine Vielzahl von axialen Nuten 94 oder anderen Einkerbungen enthalten, die sich axial entlang der äußeren zylindrischen Fläche des Stators erstrecken. Wie nachfolgend ausführlicher erläutert, sind die axialen Nuten 94 konfiguriert, um Befestigungselemente 98 aufzunehmen, die sich zwischen dem Statorkern 44 und dem Gehäuse 20 an den vorderen und hinteren Blechen 62, 64 erstrecken. Die mittleren Bleche enthalten Löcher 95, die die Befestigungselemente 98 durchlassen.
Der Statorkern 44 ist konfiguriert, um die Statorwicklungen 24 in der Vielzahl von Zähnen 54 (siehe 2 und 3) zu halten, die auf dem inneren Teil 67 des Statorkerns 44 geformt sind. Die Statorwicklungen 24 enthalten zwischen den Zähnen angeordnete Arbeitssegmente und vordere und hintere Wicklungsköpfe 48, die sich über den Statorkern 44 hinaus erstrecken und die Arbeitssegmente verbinden.
Während des Betriebs der elektrischen Maschine 10 induziert das drehende Magnetfeld des Rotors 12 eine Wechselspannung in die Statorwicklungen 24.
Wie oben erwähnt, sind die Statorwicklungen 24 mit dem Gleichrichter 16 verbunden. Der Gleichrichter 16 enthält eine Vielzahl von Dioden 50, die auf metallische Wärmsenken 51 mit Kühlrippen 52 am vorderen Ende des Wechselstromgenerators montiert sind. Die metallischen Wärmsenken 51 können aus einem Stück mit dem Gehäuse 20 geformt oder als Platten am Gehäuse befestigt sein. Die Dioden 50 sind elektrisch verbunden, um den Gleichrichter zu speisen, der die Wechselspannungsleistung des Stators in eine Gleichspannungsleistung umwandelt. Der Spannungsregler (nicht gezeigt) überwacht die Systemspannung und stellt die Leistung des Wechselstromgenerators durch Steuern des Stroms durch die Feldspule ein. Der Spannungsregler enthält allgemeine eine Vielzahl von Bauelementen, die in einer Elektronikbaugruppe (nicht gezeigt) enthalten sind. In der in 1 offenbarten Ausführungsform ist die Elektronikbaugruppe auf das vordere Ende des Wechselstromgenerators zusammen mit dem Gleichrichter 16 montiert. In mindestens einer Ausführungsform ist die Elektronikbaugruppe auf eine der Wärmesenken montiert.
Der Stator 14 und der Rotor 12 sind im Wechselstromgeneratorgehäuse 20 angeordnet. In mindestens einer Ausführungsform enthält das Gehäuse einen vorderen Gehäuseteil 56 und einen hinteren Gehäuseteil 58. Der Wechselstromgenerator 10 ist in einem Fahrzeug (nicht gezeigt) so positioniert, dass das vordere Gehäuse 56 im Wesentlichen zur Vorderseite des Fahrzeugs zeigt und das hintere Gehäuse 58 im Wesentlichen zur Rückseite des Fahrzeugs zeigt. In der offenbarten Ausführungsform ist der vordere Gehäuseteil 56 nicht mit dem hinteren Gehäuseteil 58 verbunden. Stattdessen sind die vorderen und hinteren Gehäuseteile durch die äußeren Teil 68 der mittleren Bleche 66 getrennt, die an der Verbindungsstelle 60 zwischen dem vorderen Gehäuse 56 und dem hinteren Gehäuse 58 positioniert sind. Das Gehäuse 56 und/oder das hintere Gehäuse 58 können eine oder mehrere der Kühlrippen 52 enthalten, die als Wärmesenken wirken, um die Kühlleistung zu erhöhen. Ein Schenkel 88 erstreckt sich vom hinteren Gehäuse 58 zur Welle 26 im Wesentlichen radial nach innen. Der Schenkel 88 liefert eine Stütze für das hintere Lager 34.
Der vordere Gehäuseteil 56 und der hintere Gehäuseteil 58 liefern zusammen eine im Wesentlichen zylindrische Außenwand 70 des Gehäuses 20. Diese Außenwand 70 befindet sich zwischen einer Vorderseite 72 am vorderen Ende des Gehäuses und einer Rückseite 76 am hinteren Ende des Gehäuses. Die Außenwand 70 erstreckt sich im Wesentlichen über die ganze Länge des Wechselstromgenerators 10 zwischen den Vorder- und Rückseiten, wobei die mittleren Bleche 66 die einzige Unterbrechung in der Außenwand 70 an der Verbindungsstelle 60 darstellen. Wie in 1 und 6 veranschaulicht, enthält die Vorderseite 72 ein Loch oder mehrere Löcher 74, die Eingänge für Kühlluft bereitstellen, damit sie in den Wechselstromgenerator 10 strömt. Desgleichen, wie in 7 gezeigt, enthält die Rückseite 76 ein Loch oder mehrere Löcher 78, die Ausgänge für die Kühlluft bereitstellen, um aus dem Gehäuse 20 auszutreten. Wie am besten in 6 gezeigt, ist die zylindrische Außenwand 70 nicht porös, so dass sie keine Löcher aufweist, die den Eintritt von Luft in den oder den Austritt von Luft aus dem Wechselstromgenerator 10 erlauben. Die Außenfläche der mittleren Bleche 66 ist auch nicht porös und hat keine Löcher, die es der Luft erlauben würden, in den Wechselstromgenerator ein- und aus ihm auszutreten. Dementsprechend ist der Luftstrom durch den Wechselstromgenerator 10 allgemein im Gehäuse 20 vom vorderen Ende des Wechselstromgenerators zum hinteren Ende des Wechselstromgenerators enthalten, wenn Luft in einer allgemein axialen Richtung von der Vorderseite 72 zur Rückseite 76 strömt.
Nun unter Bezug auf die 2 und 4 enthält die zylindrische Außenwand 70 des Gehäuses 20 eine Außenfläche 80 und eine Innenfläche 82. Die Außenfläche 80 ist allgemein glatt und gleichmäßig. Dagegen enthält die Innenfläche 82 eine Vielzahl von axialen Rippen 84, die sich in einer radialen Richtung nach innen erstrecken, und eine Vielzahl von axialen Nuten 96, die in die Innenfläche 82 des Gehäuse 20 in einer Richtung radial nach außen einschneiden. Die axialen Nuten 96 sind zu den axialen Nuten 94 komplementär, die auf der Außenfläche 45 des Statorkerns geformt sind. Befestigungselemente in Form länglicher Bolzen 98 sind in Kanälen positioniert, die von den axialen Nuten 94 in der Außenfläche des Statorkerns und den komplementären axialen Nuten 96 in der Innenfläche der Außenwand 70 des Gehäuses 20 geformt werden. Diese Befestigungselemente können verwendet werden, um verschiedene Bestandteile innerhalb des Gehäuses 20 zu verbinden, wie zum Beispiel die vorderen und hinteren Gehäuseteile 56, 58. Zusätzlich dienen die Bolzen 98 auch dazu, den Statorkern 44 an Ort und Stelle im Gehäuse 20 zu fixieren.
Die axialen Rippen 84 auf der Innenfläche 82 des Gehäuses 20 erstrecken sich in der axialen Richtung über etwa die gesamte Länge der Außenwand 70 des Gehäuses. Wie in 2 gezeigt, kontaktieren die Enden der axialen Rippen 84 die Außenfläche 45 des Statorkerns 44. Dieses Eingreifen der axialen Rippen 84 in die Außenfläche 45 des Statorkerns 44 führt zu einer Anzahl von Luftdurchlässen 86, die sich entlang der Außenfläche des Statorkerns 44 zwischen den Rippen 84 erstrecken. Im mittleren Teil des Statorkerns 44 sind die axialen Rippen 84 mit den Rippen 71 der mittleren Bleche 66 fluchtend ausgerichtet. Dementsprechend sind die Öffnungen 69 in den mittleren Blechen 66 auch mit den Räumen zwischen den axialen Rippen 84 fluchtend ausgerichtet, so dass die Luftdurchlässe 86 im Wechselstromgenerator im Wesentlichen keine Hindernisse aufweisen und es der Kühlluft erlauben, frei innerhalb des Wechselstromgenerators in einer axialen Richtung zwischen der Außenfläche 45 des Statorkerns 44 und der Innenfläche 82 des Gehäuses 20 zu strömen.
In manchen Ausführungsformen enthält der Wechselstromgenerator 10 mindestens einen Lüfter 90. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Lüfter 90 an einem Gewindeteil 92 der Welle 26 angeordnet und an der Welle 26 befestigt. Das Lüfter 90 ist konfiguriert, um Luft aus dem Wechselstromgenerator am hinteren Ende des Wechselstromgenerators abzuziehen, indem ein Niederdruckbereich am hinteren Ende des Wechselstromgenerators erzeugt wird. Obwohl eine Lüfterkonfiguration in 1 gezeigt ist, versteht es sich, dass andere Konfigurationen, Anordnungen und Befestigungsverfahren des Lüfters 90 in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel kann der Lüfter 90 an einer gewindelosen Welle 26 fixiert werden, oder könnte vorne bezüglich des Rotors 12 angeordnet sein.
Während des Betriebs des Wechselstromgenerators wird die Welle 26 vom Riemen angetrieben, was zur Drehung des Rotors 12 und des Lüfters 90 führt. Wie in 5 veranschaulicht, zieht der Lüfter einen Eingangsstrom von Kühlluft 100 in das Gehäuse 20 durch die Löcher 74 in der Vorderseite 72 des Wechselstromgenerators ein. Weiter wird der Strom von Luft in den Wechselstromgenerator auch durch den natürlichen Unterhauben-Luftstrom des Fahrzeugs erleichtert. Es versteht sich, dass die Vorderseite 72 des Gehäuses 20 als ein Filter wirkt, um große Schmutzteilchen und Trümmerteile aus dem Wechselstromgenerator herauszuhalten, während er gleichzeitig Kühlluft in den Wechselstromgenerator durch die Eingänge 74 eintreten lässt.
Nach dem Durchgang durch die Kühllöcher 40 der Vorderseite und dem Entlangstreichen über die Wärmesenken 51 für die Elektronik, einschließlich des Gleichrichters und des Reglers, wird der Eingangsluftstrom 100 in zwei verschiedene innere Pfade aufgeteilt, wie durch die Luftströme 102 und 104 in 5 gezeigt ist. Die Konfiguration der Wärmesenken 51 trägt dazu bei, den ankommenden Luftstrom 100 in die zwei divergierenden Pfade aufzuteilen. Insbesondere strömt der erste Luftstrom 102 durch den Rotor, und der zweite Luftstrom 104 strömt über den Stator.
Der erste Luftstrom 102, der über den Rotor 12 strömt, hat allgemein einen üblichen Pfad. Dementsprechend strömt der Luftstrom 102 in einer allgemein axialen Richtung in die und um die Rotorsegmente 40 und über die Feldspule 22. Der Luftstrom 102 tritt dann aus dem Rotor aus und geht aus dem Wechselstromgenerator 10 durch die Ausgänge 78 an der Rückseite 76 des Gehäuses hinaus. Obwohl dieser erste Luftstrom 102 als allgemein axial beschrieben wird, versteht es sich, dass die Drehung des Rotors deutliche Strömungseinschränkungen für den Luftstrom darstellt, was zu einer gewissen Abweichung von einem rein axialen Strom führt und allgemein die Menge an Kühlluft beschränkt, die an die Bestandteile des Wechselstromgenerators geliefert werden kann.
Der zweite Luftstrom 104 strömt auch in einer allgemein axialen Richtung, aber anders als der erste Luftstrom 102 wird der zweite Luftstrom 104 nicht durch die Drehung des Rotors beschränkt. Insbesondere strömt der zweite Luftstrom 104 durch die Luftkanäle 86, die zwischen den axialen Rippen 84 geformt sind, die sich radial nach innen von der Außenwand 70 des Gehäuses erstrecken und die Außenfläche 80 des Statorkerns 44 kontaktieren. Die Luftkanäle 86 erstrecken sich auch durch die Öffnungen 89 in den mittleren Blechen 66 des Statorkerns 44. Diese hindernisfreien Durchgänge 86, die sich entlang der äußeren Teile 68a und 68b des Statorkerns 44 erstrecken, sind vollständig von Behinderungen durch den Rotor entfernt und ermöglichen es, dass große Mengen von Kühlluft über den Stator und durch den Wechselstromgenerator gehen, wodurch die Betriebstemperatur der Bestandteile im Wechselstromgenerator 10 gesenkt wird. Es versteht sich weiter, dass die axialen Rippen 84 auch einen zusätzlichen Flächenbereich auf dem Wechselstromgeneratorgehäuse 20 liefern, der die Kühlung des Wechselstromgenerators und besonders des Stators 14 begünstigt.
Es versteht sich, dass diese Kühlanordnung mit aufgeteiltem Pfad sich von einem üblichen Luftstrom unterscheidet, bei dem die ganze Luft durch den Rotor strömt. Insbesondere liefern die zusätzlichen Luftkanäle 86 zwischen der Außenfläche und dem Stator 14 und der Innenfläche des Gehäuses Durchlässe für einen axialen Luftstrom, die nicht durch die Drehung des Rotors 12 versperrt werden. Diese zusätzlichen Durchlässe 86 halten die ganze Kühlluft zurück, die in die Durchlässe eintritt, da es keine Lufteingänge oder -ausgänge entlang der Außenwand 70 des Gehäuses gibt. Die einzigen im Gehäuse 20 vorgesehenen Luftlöcher sind die Löcher, die an der Vorder- und der Rückseite vorgesehen sind.
Nachdem sie über den Rotor 12 und den Stator 14 gegangen sind, werden der erste und der zweite Luftstrom 102, 104 an der Rückseite des Stators wieder vereint. Diese erwärmte Ablassluft wird dann durch den Lüfter 90 weg vom Wechselstromgenerator 10 in der natürlichen Richtung des Unterhauben-Luftstroms zur Rückseite des Fahrzeugs gedrängt. Durch das Lenken von Kühlluft durch den Wechselstromgenerator 10 in der oben beschriebenen Weise wird ein größeres Volumen von Kühlluft über die Bestandteile des Wechselstromgenerators geführt, und es wird keine erwärmte Luft in den Wechselstromgenerator 10 rückgeführt. Dies sorgt für eine verbesserte Wärmeleistung des Wechselstromgenerators 10. Außerdem enthält das Kühlsystem einen Vorderseitenfilter, der einen Schutz gegen thermische Verunreinigungen und in den Wechselstromgenerator eindringende Trümmerteile darstellt.
Die hier in den 1-7 beschriebene Ausführungsform ist nur eine von vielen in Betracht gezogenen alternativen Ausführungsformen. Zum Beispiel können, obwohl hier beschrieben wird, dass die mittleren Bleche 66 sich von den vorderen und hinteren Blechen 62, 64 unterscheiden, in anderen Ausführungsbeispielen die mittleren Bleche die gleichen sein wie die vorderen und hinteren Bleche. Dementsprechend sollte es klar sein, dass die obige ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen eines Wechselstromgenerators mit doppeltem axialem Luftstrom hier nur als Beispiel und nicht als Einschränkung dargelegt wurde. Es versteht sich, dass es Vorteile bei manchen hier beschriebenen einzelnen Merkmalen und Funktionen gibt, die erhalten werden können, ohne andere hier beschriebene Merkmale und Funktionen zu enthalten. Es versteht sich außerdem, dass verschiedene Alternativen, Abänderungen, Variationen oder Verbesserungen der oben offenbarten Ausführungsformen und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon in wünschenswerter Weise in vielen anderen unterschiedlichen Ausführungsformen, Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Derzeit unvorhergesehene oder unerwartete Alternativen, Abänderungen, Variationen oder Verbesserungen, die auch von den beiliegenden Ansprüchen umfasst sein sollen, können nachträglich von einem Fachmann durchgeführt werden. Daher sollte der Schutzrahmen aller beiliegenden Ansprüche nicht auf die hier enthaltene Beschreibung der Ausführungsformen begrenzt sein.

Claims

Elektrische Maschine für ein Fahrzeug, die aufweist: ein Gehäuse; einen Rotor, der im Gehäuse positioniert und konfiguriert ist, um um eine Achse zu drehen; einen Stator, der zwischen dem Rotor und einer Außenwand des Gehäuses positioniert ist, wobei der Stator einen Kern enthält, der ein vorderes Ende und ein hinteres Ende, einen inneren Teil und einen den inneren Teil umgebenden äußeren Teil aufweist, wobei der Stator weiter Statorwicklungen enthält, die auf dem inneren Teil des Statorkerns positioniert sind; und eine Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen, die sich vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Statorkerns erstrecken, wobei die Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen zwischen dem inneren Teil des Statorkerns und dem Gehäuse positioniert sind, wobei die im Wesentlichen axialen Luftdurchlässe sich durch Öffnungen erstrecken, die im äußeren Teil von mittleren Blechen des Statorkerns geformt sind, wobei die mittleren Bleche zwischen einem vorderen Teil des Gehäuses und einem hinteren Teil des Gehäuses positioniert sind und wobei der vordere Teil des Gehäuses eine Vielzahl von länglichen axialen Rippen enthält, die in den äußeren Teil von vorderen Bleche des Statorkerns eingreifen, wobei der hintere Teil des Gehäuses eine Vielzahl von länglichen axialen Rippen enthält, die in den äußeren Teil von hinteren Bleche des Statorkerns eingreifen, und wobei jeder der im Wesentlichen axialen Luftdurchlässe als ein hindernisfreier Luftkanal bereitgestellt wird, der sich zwischen benachbarten axialen Rippen und durch die Öffnungen in den mittleren Blechen des Statorkerns erstreckt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die mittleren Bleche des Statorkerns zwischen vorderen Blechen und hineren Blechen des Statorkerns positioniert sind und die mittleren Bleche einen grösseren Durchdesser aufweisen als die vorderen Bleche und die hinteren Bleche.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei die mittleren Blechen im Wesentlichen zwischen den vorderen Blechen und den hinteren Blechen des Statorkerns eingemittet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die weiter einen Gleichrichter und einen Regler aufweist, die an einem vorderen Ende der elektrischen Maschine montiert sind, wobei das vordere Ende der elektrischen Maschine durch ein vorderes Ende des Fahrzeugs definiert wird.
Elektrische Maschine für ein Fahrzeug, die aufweist: ein Gehäuse; einen Rotor, der im Gehäuse positioniert und konfiguriert ist, um um eine Achse zu drehen; einen Stator, der zwischen dem Rotor und einer Außenwand des Gehäuses positioniert ist, wobei der Stator einen Kern enthält, der ein vorderes Ende, ein hinteres Ende, einen inneren Teil und einen den inneren Teil umgebenden äußeren Teil aufweist, wobei der Stator weiter Statorwicklungen enthält, die auf dem inneren Teil des Statorkerns positioniert sind; wobei der äußere Teil des Statorkerns eine Vielzahl von axialen Nuten enthält mit Befestigungselemente, die sich entlang der axialen Nuten erstrecken; eine Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen, die sich vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Statorkerns erstrecken, wobei die Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen zwischen dem inneren Teil des Statorkerns und dem Gehäuse positioniert sind, und komplementäre axiale Nuten auf einer Innenfläche des Gehäuses angeformt sind, wobei die Befestigungselemente längliche Bolzen sind, die in von den axialen Nuten in der Außenfläche des Statorkerns und den komplementären axialen Nuten in der Innenfläche des Gehäuses geformten Kanälen positioniert sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei das Gehäuse eine Vorderseite und eine Rückseite enthält, wobei keine Luftlöcher im Gehäuse zwischen der Vorderseite und der Rückseite geformt sind, und wobei die elektrische Maschine konfiguriert ist, um einen Lufteingangsstrom, der durch die Vorderseite geht, in einen ersten Luftstrom, der durch die Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen strömt, die entlang des äußeren Teils des Statorkerns positioniert sind, und einen zweiten Luftstrom aufzuteilen, der durch den Rotor strömt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, wobei die elektrische Maschine weiter konfiguriert ist, um den ersten Luftstrom und den zweiten Luftstrom wieder in einen Luftablassstrom zu verbinden, der durch die Rückseite der elektrischen Maschine strömt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, die weiter einen Lüfter aufweist, der an einem hinteren Ende des Gehäuses positioniert und konfiguriert ist, um den Luftablassstrom aus dem Gehäuse abzuziehen und den Luftablassstrom vom Gehäuse wegzublasen.
Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine in einem Fahrzeug mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende, wobei das Verfahren umfasst: den Empfang eines Lufteingangsstroms durch das vordere Ende der elektrischen Maschine; das Leiten des Luftstroms über einen Gleichrichter und einen Regler, die am vorderen Ende der elektrischen Maschine angeordnet sind, das Aufteilen des Lufteingangsstroms in einen ersten Luftstrom und einen zweiten Luftstrom, die durch die elektrische Maschine strömen, wobei der erste Luftstrom zwischen einer Außenfläche eines Statorkerns und einer nicht porösen Außenwand eines Gehäuses strömt, wobei der zweite Luftstrom durch einen Rotor strömt, der radial innerhalb vom Statorkern positioniert ist; und das Ablassen des ersten Luftstroms und des zweiten Luftstroms durch das hintere Ende der elektrischen Maschine.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Lufteingangsstrom von einer Vielzahl von Eingängen in einer Vorderseite der elektrischen Maschine empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Luftstrom und der zweite Luftstrom durch eine Vielzahl von Ausgängen in einer Rückseite der elektrischen Maschine abgelassen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das vordere Ende der elektrischen Maschine eine Vorderseite mit Einlassöffnungne umfasst, die zu dem vorderen Ende des Fahrzeugs gerichtet sind und das hintere Ende der elektrischen Maschine eine Rückseite mit Einlassöffnungen umfasst, die zu dem hinteren Ende des Fahrzeugs gerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Lüfter am hinteren Ende der elektrischen Maschine zum Ablassen des ersten Luftstroms und des zweiten Luftstroms durch das hintere Ende der elektrischen Maschine verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Luftstrom durch eine Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen strömt, die zwischen der Außenwand des Gehäuses und der Außenfläche des Statorkerns positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das vordere Ende der elektrischen Maschine eine Vorderseite mit Einlassöffnungen umfasst, die gegenüber zum vorderen Ende des Fahrzeugs geöffnet sind und das hintere Ende eine Rückseite mit Einlassöffnungen umfasst, die zum hinteren Ender des Fahrzeugs geöffnet sind.
Elektrische Maschine für ein Fahrzeug, die aufweist: einen Rotor, der konfiguriert ist, um um eine Achse zu drehen; einen Stator, der radial außerhalb des Rotors positioniert ist, wobei der Stator einen Statorkern mit einem vorderen Ende, einem hinteren Ende, einem inneren Teil, der konfiguriert ist, um Statorwicklungen zu halten, und einen äußeren Teil enthält, der den inneren Teil umgibt; ein Gehäuse, wobei der Rotor und der Stator im Gehäuse gehalten werden, wobei das Gehäuse eine Vorderseite mit einer Vielzahl von Lufteingangslöchern, eine Rückseite mit einer Vielzahl von Luftausgangslöchern, und eine nicht poröse Außenwand enthält, die zwischen der Vorderseite und der Rückseite so positioniert ist, dass das Gehäuse keine Luftdurchlässe zwischen der Vorderseite und der Rückseite hat; und eine Vielzahl von Luftdurchlässen, die sich entlang des äußeren Teils des Statorkerns zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des Statorkerns erstrecken, und ein Gleichrichter und ein Regler am vorderen Ende der elektrischen Maschine zwischen der Vorderseite des Gehäuses und dem vorderen Ende des Statorkerns montiert sind, wobei das vordere Ende der elektrischen Maschine durch das vordere Ende des Fahrzeugs definiert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 16, wobei der Rotor mit einer Rotorwelle verbunden ist, die sich entlang einer Achse erstreckt und die Rotorwelle an vorderen Ende der elektrischen Maschine mit einer Riemenscheibe verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 16, wobei der Gleichrichter und der Regler in einer elektronsichen Baugruppe angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 16, wobei eine Vielzahl von Luftdurchlässen, die sich am äusseren Teil des Statorkerns erstrecken im Wesentlichen axiale Luftdurchlässe sind, diese Vielzahl von im Wesentlichen axialen Luftdurchlässen zwischen dem inneren Teil des Statorkerns und dem Gehäuse positioniert sind und die im wesentlichen axialen Luftdurchlässe sich durch Öffnungen der mitterlen Bleche erstrecken.
Elektrische Maschine nach Anspruch 19, wobei die elektrischen Maschine so konfiguriet ist, den Einlassstrom der Luftdurchlässe durch die Vorderseite aufzuteilen, in einen ersten Luftstrom, der durch die Vielzahl der im Wesentlichen axialen Luftdurchlässe, die am äusseren Teil des Statorkerns positioniert sind, strömt und in einen zweiten Luftstrom, der durch den Rotor stromöt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 20, ferner umfassend einen Lüfter, der am hinteren Ende des Gehäuses angeordnet ist und der so konfiguriert ist, das er einen Abgasluftstrom aus dem Gehäuse zieht und dem Abgasluftstrom vom Gehäuse wegbläst.