DE3038031C2

DE3038031C2 - Klauenpol-Wechselstromgenerator für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE3038031C2
Application number: DE3038031A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Aichi Shiga
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1984-06-20
Also published as: DE3038031A1; US4549103A; US4418295A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Klauenpol-Wechselstromgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der insbesondere für den Einbau in Kraftfahrzeuge geeignet ist.

Ein bekannter Klauenpol-Wechselstromgeneralor dieser Art ist in der GB-PS Ί1 49 856 beschrieben. Bei diesem bekannten Generator ist der eine Lüfter als Zentrifugallüfter aufgebaut, der jedoch an seiner Peripherie zwei Gruppen von abwechselnd angeordneten Luftleitelementen besitzt, von denen die erste Gruppe die radiale Luftströmung zum Ständerwicklungskopf passieren läßt, während die zweite Gruppe die radiale Luftströmung scharf in eine axiale, durch den Luftspalt des Generators hindurch gerichtete Luftströmung umlenkt. Ein derart kompliziert aufgebauter Lüfter muß als Gußteil hergestellt werden, wns den Raumbedarf für den Lüfter erhöht. Darüberhinaus stellt der Lüfter selbst infolge der unterschiedlich geformten Luftleitelemente einen erheblichen Strömungswiderstand dar. Die von dem Lüfter angesaugte Kühlluft passiert zunächst die Gleichrichierdioden und die Bürsteneinheit, bevor sie dann in die zwei Luftströmungen unterteilt wird. Die radiale Luftströmung passiert den einen Standerwicklungskopf, gelangt zwischen dem Ständerblechpaket und dem Gehäuse zum gegenüberliegenden Ständer-

sHrctierenden

wicklungskopf und strömt dann durch Öffnungen in der Gehäusestirnwand aus. Die axiale Luftströmung durchdringt den Luftspalt und die Spalte zwischen den Polschuhen, um dann ebenfalls durch Öffnungen in der gegcnüberlicgcnden Gehäuscsiirnwand auszutreten. Die Kühlluft, die die beiden Generatorwicklungen durch die Gleichrichierdioden bereits vorgewärmt erreich'., hat daher einen langen, scharfe Umlenkungcn aufweisenden Weg zurückzulegen, der insgesamt einen außeror

to dcnilich hohen Strömungswiderstand darstellt. Aus diesem Grunde ist außerhalb des Gehäuses ein zweiter Lüfter auf der Läufcrwclle montiert, der praktisch mit dem ersten Lüfter in Reihe geschaltet ist und die Kühlluft aus dem Generator saugt. Hieraus ergibt sich insgesamt ein hoher Leisiungsbedarf fürdas Kühlsystem.

Ferner ist in der DE-OS 15 88 432 ein durch Halbleiter gesteuerter Elektromotor beschrieben, dessen Radiallüfter an der einen Stirnseite des Läuferkerns eine Luftströmung erzeugt, die durch Öffnungen im zugehörigen Lagerschild hindurch, an den steuerbaren Halbleitern und dem Wicklungskopf der Ständerwicklung vorbei durch Öffnungen des Gehäusemantels nach außen strömt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Klauenpol-Wechselstromgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein einfach und kompakt aufgebautes, hoch wirksames Kühlsystem für die Wicklungen und die angebauten Bauteile Bürsteneinheit und Gleichrichter zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mitteingelöst.

Es wird also ein neues Strömungskonzept realisiert, daß äußerst kurze Kühlluftströmungswege vorsieht.

wobei diejenige Kühlluft, die auf der bürsten- und gleichrichterlosen Stirnseite des Generators angesaugt wird, sowohl den einen Ständerwicklungskopf als auch die Läuferwicklung und die übrigen Abschnitte der Ständerwicklung kühlt, während die auf der gegenüberliegenden Seite angesaugte Kühlluft, die zunächst die Gleichrichter kühlt, anschließend nur noch den anderen Ständerwicklungskopf zusätzlich zu kühlen hat. Es sind also drei relativ kurze Strömungswege vorgesehen, die jeweils für sich nur geringe Strömungswiderstände darstellen und auf die die abzuführende Wärmemenge relativ gleichmäßig verteilt ist. so daß eine äußerst wirksame Kühlung aller Generatorbereiche sichergestellt ist. Der eine, als Radiallüfter und als Axiallüfter wirkende Kühllüfter selbst hat einen nur geringen Strömungswiderstand. da die Schlägstellung seiner Lüfterflügel besondere, unterschiedlich ausgerichtete Luftleitelemente erübrigt, so daß auch innerhalb des Lüfters keine scharfen Strömungsumlenkungen auftreten und der Lüfter bei hoher Effizienz kompakt gehalten werden kann. Die starke Kühlwirkung des Kühlsystems erlaubt im Vergleich zu herkömmlichen Generaloren beträchtlich geringere Arbeitstcmpcraturen der Ständerwicklung und der Läuferwicklung sogar bei geringeren Generatorabmessungen.

Wi Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläuten. Es zeigt

F i g. 1 eine Axialschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Wechselstromgenerator.

μ F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Läufereinheil und eines Kühl lüfte rs längs der Linie M-II in Fig. 1. Fig. 3 eine Teilansicht des Kühllüfters in Richtung eines Pfeils 111 in F i g. 2 gesehen und

Fig.4 cine der Fig. 1 gleichartige Ansicht eines /weiten Ausführungsbeispiels.

Gemäß den Fig. i bis 3. die ein erstes Ausführungsbeispiel 200 eines Dreiphascn-Wechsclstromgencrators zeigen, hat ein Gehäuse 12 ein Paar von becherförmigen Gchäuseteilen 13 und 14. die axial ausgerichtet und in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. In dem Gehäuse 12 ist ein Ständerkern 15 angeordnet, der an den inneren Rändern der einander gegenüberstehenden Stirnseiten der Gehäuseteile 13 und 14 befestigt ist, um diese mechanisch miteinander zu verbinden. Das Gehäuseteil 14 bildet die eine Stirnwand des Gehäuses 12 und ist mit mehreren Lufteinlaßöffnungen 14a versehen. Die Gehäuseteile Π und 14 tragen ein Paar axial fluchtender Lager Io und 17. mit denen eine Läuferwelle 18 gelagert ist.

Die Läuferwelle 18 erstreckt sich axiai nach außen zu durch beide Lager 16 und Yl hindurch. Das Ende der Läufcrwelle 18, das über das Lager 16 hinausragt, trägt eine daran drehfest befestigte Riemenscheibe 210. Das andere Ende der Läuferwelle 18 ragl in einen Raum, der zwischen dem Gehäuseteil 13 und einem zusätzlichen becherförmigen Gehäuseteil 212 gebildet ist, der an dem Gehäuseteil 13 koaxial zu diesem befestigt ist. Auf diesem anderen Ende der Läuferwelle 18 sind Schleifringe 26 befestigt. In dem Raum zwischen dem Gehäuseteil 13 und dem zusätzlichen Gehäuseteil 212 ist eine den Schleifringen 26 zugeordnete Bürsteneinheit 27 angebracht. Der Gehäuseteil 212 wirkt als die andere Stirnwand des Gehäuses 12 und ist mit Lufteinlaßöffnungen 212a versehen. Der Gehäuseteil 13 bildet eine radiale Trennwand mit darin ausgebildeten Luftdurchlässen 13a. An der Trennwand ist in dem Luftströmungsweg von den öffnungen 212a über die Durchlässe 13a in dem durch die beiden Gehäuseteile 13 und 14 gebildeten Raum eine Dioden-Kühlrippe 25 befestigt.

Die Läuferwelle 18 trägt einen Läuferkern 19, der ein Paar von ineinander verschachtelten Klauenpolsätzen 19a und 19Z> aufweist, und um den eine Läuferwicklung 20 gewickelt ist. An der gemäß F i g. i linken Stirnfläche des Läuferkerns 19 ist in Flächenberührung ein Kühllüfter 121 vorgesehen, der mittels einer herkömmlichen Befestigungsvorrichtung an der Läuferwelle 18 befestigt ist. Der Kühllüfter 121 ist aus Metallblech geformt und hat Lüfterflügel 121a in einer Anzahl, die gleich der Anzahl der gleichnamigen Klauenpole 19s des Läuferkerns 19 ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Läuferkern 19 sechs gleichnamige Klauenpole 19a. Daher ist der Kühllüfter 121 mit sechs Flügeln 121a versehen. Der Läuferkern 19 und der Kühllüfter 121 sind so angeordnet, daß die Lüfterflügel 121a mit den axialen Spalten bzw. Zwischenräumen zwischen den benachbarten Klauenpolen 19a fluchten, wie es am besten aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Dies dient dazu, den Widerstand gegen die Luftströmung durch die zwischen den benachbarten Klauenpolen 19a gebildeten Zwischenräume niedrig zu halten.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, bildet jeder Lüfterflügel 121a des Kühllüfters 121 mit seinem flachen Hauptteil einen Winkel 6Ί. Dieser Winkel ist größer als 90° und bo soll vorzugsweise in einem Bereich von 100° bis 150" liegen. Damit wirkt der Kühllüfter 121 als Axiallüfter. In bezug auf den jeweils zugehörigen Radius, wie er in Fig. 2 durch R dargestellt ist, ist jeder Lüfterflügel 121a um einen Winkel &₂ geneigt. Daher wirkl der Kühllüftcr h^r> 121 zugleich als Zentrifugallüfter bzw. Radiallüfter. Diese Funktion übt der Kühllüftcr 121 allerdings selbst dann aus. wenn der Winkel ίλ gleich Null ist.

An der gemäß Fig. 1 rechten Stirnfläche des Läuferkerns 10 ist ein zweiter Kühllüfter 2J4 befestigt, bei dem es sich um einen herkömmlichen Zentrifugallüfter bzw. Radiallüfter handelt.

Der Ständerkern 15 trägt eine Ständerwicklung 15a, deren Wicklungsköpfe im wesentlichen radial außerhalb der Kühllüfter 121und 214 angeordnet sind. Die Gehäuseteile 13 und 14 haben jeweils einen im wesentlichen zylindrischen Gehäusewandabschnitt, in dem Luftauslaßöffnungen 136 bzw. 14£> ausgebildet sind, die gemäß der Darstellung in Fig. 1 radial außerhalb der Wicklungsköpfe der Ständerwicklung 15a liegen.

Im Betrieb bewirken die Flügel 121a des als Axiallüfter und als Zentrifugallüfter wirkenden Lüfters 121 das Finsaugen einer Luftströmung, die über die Lufteinlaßöffnungen 14a in der Stirnwand des Gehäuseteils 12 in das Gehäuse gelangt. Die Luft kühlt zunächst das Lager 16 und strömt dann zu den Lüfterflügeln 121a des Kühllüfters 121. Mittels der Lüfterflügel 121a wird die Luftströmung in zwei Ströme 232a und 232£> aufgeteilt, von denen der eine Strom 232a radial nach außen zu über den dort liegenden Wicklungskopf der Ständerwicklung 15a streicht und durch die Luftauslaßöffnungen 146 hindurch nach außen gelangt, so daß die Ständerwicklung 15a gekühlt wird. Der zweite Luftstrom 232i> tritt axial durch die zwischen den jeweiligen Klauenpolen 19a des Läuferkerns 19 gebildeten Zwischenräume und durch den Luftspalt zwischen dem Läuferkern 19 und dem Ständerkern 15. Dieser axiale Luftstrom wird dann radial nach außen zu gerichtet, streicht über die Ständerwicklung 15a und wird durch die Luftauslaßöffnungen 136 hindurch ausgestoßen, wie es durch Pfeile 2326 in Fig. 1 gezeigt ist. Der Zentrifugallüfter 214 erzeugt eine Luftströmung durch die Lufteinlaßöffnungen 212a und die Luftdurchlässe 13a, wie es durch Pfeile 240 in F i g. 1 gezeigt ist. Die Luft strömt dann über die jeweiligen Flügel des Zentrifugallüfters 214, wird radial nach außen zu über die Ständerwicklung 15a gezwungen und dann über die Luftauslaßöffnungen 136 ausgestoßen. Es ist somit ersichtlich, daß durch die Wirkung der Kühllüfter 121 und 214 die Läuferwicklung 20. die Ständerwicklung 15a, die Dioden-Kühlrippe 25 und die Lager wirksam gekühlt werden. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die Bauteile des Wechselstromgenerators so angeordnet sind, daß die höheren Temperaturen unterliegenden Bauteile, nämlich die Läuferwicklung und die Ständerwicklung in den Kühlluft-Strömungswegen stromab derjenigen Generatorbauteile angeordnet sind, die verhältnismäßig geringeren Temperaturen ausgesetzt sind, nämlich stromab der Lager und der Dioden-Kühlrippe.

Die Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Wechselstromgenerators, das mit 300 bezeichnet ist. Das Ausführungsbeispiel 300 entspricht dein Ausführungsbeispiel 200 mit Ausnahme folgender Punkte:

Die Gehäuseteile 13 und 212 bei dem Ausführungsbeispiel 200 sind durch einen einzigen Gehäuseteil 312 ersetzt. Dieser Gehäuseteil besitzt einen ersten zylindrischen Abschnitt 313, der einen dem Außenciurchmcsser des Ständerkerns 15 gleichen Außendurchmesser hat und der an einem Rand an diesem befestigt ist. einen zweiten zylindrischen Abschnitt 314, der an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten zylindrischen Abschnitts 313 einstückig verbunden isl und dessen Außenduivhmesser kleiner als derjenige des ersten Abschnitts

313 ist. einen Slirnwandabschnitt 315, der einstückig mit dem anderen finde des zweiten zylindrischen Abschnitts

314 verbunden ist. und einen mittigen Vorsprung 316. in dem eine Ausnehmung für das feste Einpassen des L;:-

gers 17 ausgebildet ist. In dem Stirnwandabschnitt 315 sind Lufteinlaßöffnungen 312.·; in der Nähe des miltigen Vorsprungs 316 ausgebildet. In dem ersten Abschnitt 313 sind Luftauslaßöffnungen 312£> ausgebildet, die radial außerhalb der Ständerwicklung 15,-f angeordnet r> sind. Die Schleifringe 26 sind an der Läuferwelle 18 zwischen dem Lager 17 und dem Zentrifugal-Lüfter 214 angebracht. Die Bürsteneinheit 27 ist funktionell mit den Schleifringen 26 in Verbindung und wird von dem Stirnwand-Abschnitt 315 mittels eines zylindrischen Teilab- ι ο Schnitts 318 getragen, der sich aus dem Stirnwand-Abschnitt 315 axial nach innen zu erstreckt.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels 300 des Wechselstromgenerators ist im wesentlichen derjenigen des Ausführungsbeispiels 200 mit der Ausnahme gleichartig, daß die von dem Zentrifugallüfter 214 erzeugte Kühlluftströmung zuerst über den Lagcrhalterungs-Vorsprung 316 streicht, um das darin befindliche Lager 17 zu kühlen, und dann über die Dioden-Kühlrippe 25 verläuft, um diese zu kühlen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

JO

35

40

50

55

b0

65

Claims

30 38 03i Patentansprüche:

1. Klauenpol-Wechselstromgenerator für Fahrzeuge, mit zwei auf verschiedenen Seiten des Läuferkerns befindlichen, mit der Läuferwelleii. d. Lüftern und mit Luftdurchtrittsöffnungen in beiden Stirnwänden des Gehäuses, wobei der eine Lüfter eine erste, zum zugehörigen Siändcrwicklungskopf gerichtete radiale Luftströmung und eine zweite, durch den Luftspalt des Generators hindurchgerichtete axiale Luftströmung erzeugt und mit einem scheibenförmigen Teil an der einen Stirnseite des Läuferkerns flach anliegt, während der andere Lüfter als Radiallüfter ausgebildet ist, und wobei sich im (nnern des Gehäuses ein Bürstensatz und im Luftstrom gekühlte Gleichrichter befinden, d a durch gekennzeichnet, daß der eine Lüfter (12t) als Metallblechscheibe mit gegenüber der Scheibenebene abgewinkelten Flügeln (12Ia^ausgebildet ist, deren Anzahl der Anzahl der gleichnamigen Klauenpole entspricht und die zur Erzielung der ersten, radialen Luftströmung (232a^ und der zweiten axialen Luftströmung (232b) schräg zur Scheibenebene gestellt sind und mit jeweils einem der axialen Spalte zwischen benachbarten Klauenpolen fluchten, daß der andere Lüfter (214) an der anderen Stirnseite des Läuferkerns (19) angeordnet ist. um eine dritte Luftströmung (240) über den dort gehäuseseiiig befindlichen Bürstensatz, die Gleichrichter und den anderen Ständerwicklungskopf (15a) zu erzielen, und daß jedem Lüfter (121,214) radial außerhalb des zugehörigen Ständerwicklungskopfs eine Reihe von Luftaustrittsöffnungen (13b, 146; 3120, 146^inderGehäusewand gegenübersteht.

2. Wechselstromgenerator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (121.·^ des einen Lüfters (121) mit der Lüfterscheibenebene einen Winkel (<9i) im Bereich von 100^c bis 150° bilden.