DE3779462T2

DE3779462T2 - Wechselstromgenerator fuer kraftfahrzeug.

Info

Publication number: DE3779462T2
Application number: DE8787104017T
Authority: DE
Inventors: Kenziro Kai; Yasutaka Kurihashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2007-03-19
Also published as: JPS62221839A; US4757221A; KR900005758B1; DE3779462D1; EP0238080A3; EP0238080A2; EP0238080B1; KR870009517A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge, insbesondere eine in eine Lichtmaschine integrierte Kühlvorrichtung zum Kühlen der Ständerwicklung, der Gleichrichterdiode, usw
In bekannten Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge war es üblich, eine Verminderung der Größe oder eine kompaktere Baugröße bei einer höheren Ausgangsleistung dadurch zu erreichen, daß in die Lichtmaschine zum Kühlen von Bauteilen, wie die Ständerwicklung, die Gleichrichterdiode, usw. eine Kühlvorrichtung eingebaut wurde. In derartigen Kühlvorrichtungen, wie z.B. der JP-148640/83 beschrieben, sind an gegenüberliegenden Seiten des Rotors Kühlventilatoren vorgesehen, wobei einer der Kühlventilatoren dazu geeignet ist, Kühlluft derart durch das vordere Stützteil von außen in die Lichtmaschine zu ziehen, daß die Ständerwicklung gekühlt wird, während der andere dazu geeignet ist, die gleiche Wirkung durch das hintere Stützteil zu erzielen, so daß die in dem hinteren Stützteil montierte Gleichrichterdiode und auch die Ständerwicklung gekühlt werden.
Die DE-32 11 502 A1 beschreibt eine Lichtmaschine mit einem ersten Ventilator, der eine größere Saugleistung als der zweite Ventilator aufweist. Aufgrund der Anordnung der Einlaß - und der Auslaßöffnungen bewirkt der gesteigerte Luftvolumenstrom und die größere Saugleistung einen Luftvolumenstrom von dem größeren Ventilator zu dem hinteren Teil der Lichtmaschine. Dadurch kann diese Anordnung den Luftvolumenstrom durch die hinteren Einlaßabschnitte zur Kühlung der darin befindlichen Diode nicht vergrößern.
Bei diesen bekannten Kühlvorrichtungen weisen entweder die beiden Kühlventilatoren die gleiche Ventilatorleistung (Saugleistung) auf oder der Kühlventilator am vorderen Stützteil wird mit einer kleineren Saugleistung als der andere Kühlventilator an dem hinteren Stützteil ausgestattet, da der verfügbare Raum am vorderen Stützteil im Hinblick auf eine Verminderung der Gesamtlänge des Lichtmaschinenaufbaus relativ beschränkt ist. Unter diesen Konstruktionsauflagen kann es jedoch vorkommen, daß der in den Saugbereichen der entsprechenden Kühlventilatoren am hinteren Stützteil entstehende Unterdruck denselben im vorderen Stützteil überschreitet. Folglich wird die an der vorderen Stützteilseite montierte Gleichrichterdiode scheinbar nur durch den von dem Kühlventilator an der hinteren Stützteilseite (im folgenden als "Diodenventilator" bezeichnet) erzeugten Kühlluftstrom gekühlt.
Darüber hinaus ist es schwierig, eine gewünschte Kühlwirkung der Erregerwicklung am Rotor zu erreichen, wenn die beiden Kühlventilatoren die gleichen Leistungen aufweisen, da die Kühlluft nicht durch den Bereich, in dem der Rotor angeordnet ist, strömt (Axialströmung). Darüber hinaus entwickelt der Diodenventilator auf seiner Saugseite einen größeren Unterdruck, wenn der Diodenventilator eine größere Kapazität aufweist als der Kühlventilator auf der vorderen Stützteilseite (im folgenden als "gegenüberliegender Diodenventilator" bezeichnet). Durch diesen unterschiedlichen Unterdruck wird ein Teil der durch den gegenüberliegenden Diodenventilator strömenden Kühlluft in Form einer Axialströmung in Richtung des Diodenventilators strömen. Da die dadurch entstehende Axialströmung gegen die Kühlluftströmung des Diodenventilators gerichtet ist, wird das zur Kühlung der Gleichrichterdiode verwendete wirksame Kühlluftvolumen reduziert, wodurch der Kühlwirkungsgrad der Diode vermindert wird.
Unter Berücksichtigung des Voranstehenden ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Kühlventilator für Kraftfahrzeuge zu realisieren, der eine wirksame Kühlung von in der Lichtmaschine angeordneten zu kühlenden Teilen, wie die Statorwicklung, die Erregerwicklung des Rotors, die Gleichrichterdiode, usw. erzielen kann und eine kompakte Baugröße und eine gesteigerte erzielbare Ausgangsleistung aufweist.
Die Aufgabe ist gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß ist der Unterdruck durch den gegenüberliegenden Diodenventilator größer als der des Diodenventilators, wodurch ein Unterschied zwischen den Saugseiten der beiden Ventilatoren entsteht. Dadurch wird eine Axialströmung an Kühlluft durch den inneren Hohlraum, in dem der Rotor angeordnet ist, von dem Diodenventilator zu dem gegenüberliegenden Diodenventilator zum Ausgleichen des Unterdruckunterschieds verursacht. Diese Kühlluft-Axialströmung wird von außen durch die für den Diodenventilator im Stützteil vorgesehene Einlaßöffnung zugeführt.
Folglich kann eine resultierende Kühlluftströmung zum die Diode tragenden Stückteil erzielt werden, die die eigentliche durch den Diodenventilator verursachte Strömung plus der obenerwähnten zusätzlichen Strömung an Kühlluft darstellt. Das die Diode tragende Stützteil ist dadurch einer Kühlluftströmung ausgesetzt, die derart gesteigert ist, daß dadurch der Kühlwirkungsgrad der Gleichrichterdiode verbessert wird. Durch den oben beschriebenen axialen zusätzlichen Kühlluftstrom durch den inneren Hohlraum, in dem die Rotorerregerwicklung angeordnet ist, wird in gleichem Maße die Rotorerregerwicklung gekühlt. Durch die Erfindung, in der die Statorwicklung durch den von dem Diodenventilator und dem gegenüberliegenden Diodenventilator erzeugten Kühlluftstrom gekühlt wird, kann weiterhin in vorteilhafter Weise das Auftreten des oben beschriebenen zusätzlichen Kühlluftstroms erzielt werden, wodurch eine Steigerung des gesamten Kühlluftstroms gesichert wird. Dadurch kann die Kühlwirkung der Statorwicklung, verglichen mit derselben von bekannten Lichtmaschinen, stark gesteigert werden.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge, und
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Beispiels eines in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eingebauten Kühlventilators.
Fig. 1 zeigt eine Welle 1 der Lichtmaschine und einen an der Welle befestigten Rotor 2, der eine Erregerwicklung 3 und zwei Polkerne 4a und 4b in Sperrhakenform aufweist. Die Polkerne 4a und 4b sind mehrzahlig in Umfangsrichtung um die Welle angeordnet und stehen miteinander mit dazwischenliegenden Spalten in Verbindung. Die Bezugsziffer 5 zeigt ein zweites Stückteil (vorderes Stützteil) und 6 ein erstes Stützteil (hinteres Stützteil).
Zwischen dem vorderen Stützteil 5 und dem hinteren Stützteil 6 ist passend ein Stator 7 mit einer Wicklung 8 geklemmt. Das vordere Stützteil 5 ist passend mit einem Stator 7 und einer Wicklung 8 geklemmt.
Das vordere Stützteil 5 weist an dem vorderen Seitenwandabschnitt eine Einlaßöffnung 9 für Kühlluft auf, während eine Auslaßöffnung 10 für Kühlluft bei der Statorwicklung 8 vorgesehen ist. Das vordere Stützteil ist in der Mitte seines Seitenwandabschnitts mit einer Lageraufnahme 12 versehen, die ein vorderes Lager 11 aufnimmt. Andererseits nimmt das hintere Stützteil 6 in seinem hinteren Abschnitt ein hinteres Lager 13, eine Bürste 14, eine Gleichrichterdiode 15, usw. auf. Das hintere Stützteil weist also an seinem rückwärtigen Abschnitt Einlaßöffnungen 16, 17 und 18 für Kühlluft auf, zur Zufuhr von von hinter dem Stützteil kommender Kühlluft in die Lichtmaschine. Die Auslaßöffnung 19 für Kühlluft ist nahe der Statorwicklung 8 vorgesehen.
Die Bezugsziffern 20 und 21 bezeichnen erste und zweite Zentrifugalkühlventilatoren, die an gegenüberliegenden Seiten des Rotors 2 vorgesehen sind. Der Zentrifugalventilator 20 auf der Seite des hinteren Stützteils 6 ist durch ein Blechbiegeverfahren hergestellt und an die äußere Oberfläche des hinteren Polkerns 4b befestigt. Der Zentrifugalventilator 20 kann durch Gießen aus synthetischem Harz gebildet sein. Andererseits ist der Zentrifugalventilator 21 an der vorderen Stützteilseite durch Gießen aus synthetischen Harzen gebildet, z.B. aus mit 6,6-Nylon gemischtem Glas, und ist zentral mit einer einstükkigen Ventilatorhülse 22 versehen. Wenn die Ventilatorhülse 22 auf der Welle 1 befestigt ist, kann der Zentrifugalventilator 21 in einen engen Kontakt mit der Seitenfläche des vorderen Polkerns 4a des Rotors 2 dadurch gebracht werden, daß eine Festlegemutter 24 vor einer Rolle 23 festgezogen wird. Der Zentrifugalventilator 21 kann durch ein Metallblech-Biegeverfahren hergestellt sein. Dieser Zentrifugalventilator 21 weist einen äußeren Durchmesser auf, der größer ist als der des Zentrifugalventilators auf der hinteren Stützteilseite, wodurch der Ventilator 21 eine größere Saugleistung aufweist als der Ventilator 20 auf der hinteren Stützteilseite. Obwohl ein radialer oder Scirocco-Ventilator als Zentrifugalventilator 2 verwendet werden kann, wird vorzugsweise ein Turboventilator verwendet, der den größten Luftvolumenstrom für einen gegebenen Ventilatordurchmesser unter einer Vielzahl von Ventilatortypen erzeugen kann. Der äußere Durchmesser des Ventilators ist größer als der des Zentrifugalventilators an der hinteren Stützteilseite, wodurch der Ventilator 21 eine größere Saugleistung aufweist als der Ventilator 20 auf der hinteren Stützteilseite. Ferner weist jede Schaufel des der Diode gegenüberliegenden Ventilators 21 eine sich vergrößernde innere Steigung 21a auf, so daß ein unerwünschter physikalischer Kontakt mit der Lageraufnahme 12 vermieden wird, die dem Ventilator gegenüberliegt, während jede Ventilatorschaufel an seiner rückwärtigen Seite mit einem ausgeschnittenen Abschnitt 21b gebildet ist, so daß ein mögliches physikalisches Berühren zwischen der Schaufel und der Statorwicklung 8 vermieden wird.
Der der Diode gegenüberliegende Ventilator 21 ist auch an seiner Vorderfläche mit einer ringförmigen Verstärkung 25 versehen, die in die äußeren Ecken der Schaufel einstückig übergeht zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften des Ventilators, wie in Fig. 2 gezeigt.
Im folgenden wird die Kühlung einer oben geschilderten Ventilatorausführungsform beschrieben.
Wenn der Rotor 2 durch die Drehbewegung des damit verbundenen Motors angetrieben wird, drehen sich die Zentrifugalventilatoren 20 und 21 synchron mit der Drehung des Rotors 2. Dadurch wird Kühlluft von außen in die Lichtmaschinenanordnung durch die Einlaßöffnungen 16, 17 und 18 an der hinteren Stützteilseite 6 und durch die Einlaßöffnung 9 an der vorderen Stützteilseite 5 gesaugt. Die dadurch angesaugte Kühlluft strömt in den durch die beiden Stützteile 5 und 6 gebildeten inneren Raum und wird dann nach außen durch die Auslaßöffnungen 10 und 19 geblasen. Dadurch wird durch den der Diode gegenüberliegenden Ventilator 21 ein Unterdruck P1 in seinem Saugbereich gebildet, der größer ist als P2, der durch den Diodenventilator 20 erzeugt wird, da der Ventilator 21 derart ausgewählt ist, daß er eine größere Leistung aufweist als der Ventilator 20. Dadurch tritt eine Unterdruckdifferenz P1 - P2 auf. Zum Ausgleichen dieser Unterdruckdifferenz tritt eine Axialströmung C auf, die von der hinteren Stützteilseite zu der vorderen Stützteilseite 5 gerichtet ist. Diese Kühlluftströmung in Form einer ringförmigen Axialströmung C strömt nach innen durch die Einlaßöffnungen 16, 17 und 18 und strömt innerhalb des hinteren Stützteils 6 zusammen mit einer Kühlluftströmung B, die durch die Drehung des zentrifugalen Diodenventilators 20 erzeugt wird, mit einem vergrößerten Volumen, wodurch die Gleichrichterdiode 15 gekühlt wird. Anschließend trennen sich die Kühlströmungen B und C voneinander derart, daß die Kühlströmung B aus der Ausgangsöffnung 19 nach dem Kühlen der Statorwicklung 8 ausströmt, wobei die Kühlströmung C durch und zwischen den Polkernen 4a und 4b des Rotors 2 in Form einer Axialströmung strömt, während sie die Rotorerregerwicklung 3 kühlt. Andererseits strömt die Kühlströmung A auf der vorderen Stützteilseite 5 in dem Stützteil 5 durch die Einlaßöffnung 9 und vereinigt sich mit der Strömung C, wobei die sich dadurch ergebende Kühlströmung durch die Auslaßöffnung 10 nach dem Kühlen der Statorwicklung 8 ausströmt.
Gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird es möglich, einen verbesserten Kühlwirkungsgrad der Gleichrichterdiode 15 durch eine Erhöhung des Strömungssogs an der hinteren Stützteilseite 6 zu erzielen, wodurch in ausreichender Weise ein Temperaturanstieg durch ein Aufheizen der Diode vermieden wird.
Weiterhin kann das Kühlen der Statorwicklung 8 mit einer ins gesamt vergrößerten Kühlströmung erzielt werden, während der Widerstand der Rotorerregerwicklung 3 abgesenkt werden kann, und zwar durch die Kühlströmung C, die die Rotorerregerwicklung 3 kühlt. Ein Aufheizen der Rotorerregerwicklung 3 führt sonst zu einem Ansteigen ihres Widerstands. Dadurch wird es möglich, die Ausgangsleistung der Lichtmaschine im Vergleich zu bekannten Lichtmaschinen stark zu erhöhen.
Weiterhin kann gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform verhindert werden, daß die Ventilatorschaufel in unerwünschten physikalischen Kontakt mit der Lageraufnahme 12 kommt, sogar wenn der der Diode gegenüberliegende Ventilator 21 größer ausgebildet ist. Dies geschieht dadurch, daß die innere Steigung 21a des Ventilators 21 größer werdend ausgebildet ist, während die rückwärtige äußere Seite 21b der Schaufel derart ausgebildet ist, daß sie nicht mit der Statorwicklung 8 in Berührung kommt, wodurch es möglich wird, den der Diode gegenüberliegenden Ventilator 21 in einem in dem vorderen Stützteil 5 verfügbaren schmalen Raum anzuordnen, ohne einen Zusatzmontierraum vorzusehen. Folglich kann durch die Erfindung eine höhere Leistung der Lichtmaschine erzielt werden, während eine geringe Größe beibehalten wird.
Wie aus Vorstehendem ersichtlich, kann die Erfindung eine Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge realisieren, die eine geringe Größe aufweist und deren Leistung durch ein Verbessern des Kühlwirkungsgrads von in die Lichtmaschine eingebauten Teilen, wie die Statorwicklung, die Rotorerregerwicklung, die Gleichrichterdiode usw., erhöht ist.

Claims

1. Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge mit

- einem Rotor (2),

- einem ersten Kühlventilator (20), der an eine Seite des Rotors (2) montiert ist,

- einem zweiten Kühlventilator (21), der an die andere Seite des Rotors (2) montiert ist und eine äußere ringförmige Verstärkung (25) enthält, die sich an die äußeren Kanten der Flügel (21a) des zweiten Kühlventilators (21) anschließt, wobei der zweite Kühlventilator (21) eine größere Saugkapazität als der erste Kühlventilator (20) aufweist und dadurch einen Negativdruck in einem Saugbereich des zweiten Kühlventilators (21) aufrechterhält,

- einem ersten Stützteil (6) zur Aufnahme des ersten Kühlventilators (20),

- einem zweiten Stützteil (5) zur Aufnahme des zweiten Kühlventilators (21), wobei das zweite Stützteil (5) einen sich radial erstreckenden Abschnitt und einen sich axial erstreckenden Abschnitt aufweist und der sich radial erstreckende Abschnitt benachbart zu der ringförmigen Verstärkung (25) des zweiten Kühlventilators (21) angeordnet ist,

- einer Gleichrichterdiode (15), die in dem ersten Stützteil (6) montiert ist,

- einer Einlaßöffnung (17) und einer Auslaßöffnung (19) in dem ersten Stützteil (6) zum Belüften mit Kühlluft,

- einer Einlaßöffnung (9) und einer Auslaßöffnung (10) in dem zweiten Stützteil (5) zum Belüften mit Kühlluft, wobei die Einlaßöffnung (9) in dem sich radial erstrekkenden Abschnitt des zweiten Stützteils (5) angeordnet ist und die Auslaßöffnung (10) nahe dem sich radial erstreckenden Abschnitt des zweiten Stützteils (5) und benachbart zu der äußeren ringförmigen Verstärkung (25) des zweiten Kühlventilators (21) angeordnet ist, so daß Luft mindestens von der Einlaßöffnung (17) in dem ersten Stützteil (6) zu der Auslaßöffnung (10) des zweiten Stützteils (5) strömen kann.

2. Lichtmaschine nach Anspruch 1, in der der zweite Kühlventilator (21) aus Harz hergestellt ist.

3. Lichtmaschine nach Anspruch 1 oder 2, in der der zweite Kühlventilator (21) Luft von der Rückseite der Lichtmaschine zur Vorderseite der Lichtmaschine saugt, wodurch die Kühlwirkung des ersten Kühlventilators (20) durch den zweiten Kühlventilator (21) erhöht wird und das Einbauvolumen für den ersten Kühlventilator (21) reduziert werden kann.