DE3910451C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine ölgekühlte Drehstromlichtmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Drehstromlichtmaschinen, die von einer Brennkraftmaschine etwa eines Kraftfahrzeugs oder eines kleinen Wasserfahrzeugs angetrieben werden, werden üblicherweise von einem mit einem Kühlgebläse erzeugten Luftstrom gekühlt. Die Kühlung mittels Luft ist aber insofern nachteilig, als die zu kühlende Dreh­ stromlichtmaschine groß sein muß und durch den Luftstrom Lärm erzeugt wird.

Aus der JP 62-2 25 146 A ist eine wassergekühlte Drehstrom­ lichtmaschine mit einem zwischen einer Ständerwicklung und einer Polspule angeordneten Läufer in Klauenbauweise bekannt. Am Außenumfang des Gehäuses ist ein radial gerichteter Ein­ laßstutzen angeordnet, über den eine Kühlflüssigkeit in das Innere des Gehäuses zur Kühlung der Ständerwicklungen ein­ geleitet wird. Die Kühlung mittels Kühlwasser ist jedoch nachteilig, weil der umlaufende Teil der Drehstromlicht­ maschine einen größeren Widerstand überwinden muß und das Gewicht des Gesamtsystems nachteilig erhöht wird.

Ein aus der DE-OS 28 28 473 bekannter Drehstromgenerator umfaßt eine auf einem Erregerkern angeordnete Erregerwick­ lung, einen die Ständerwicklung tragenden Ständer und einen Leitstückläufer, der auf einer im Gehäuse gelagerten Welle sitzt. Bei diesem bekannten Drehstromgenerator erfolgt die Ölzufuhr in das Innere des klauenförmigen Leitstückläufers über radiale Einlaßbohrungen im Gehäuse, die in Bohrungen im ortsfesten Erregerkern übergehen. Der Ölstrom wird anschlie­ ßend über mehrere am Innenumfang des Gehäuses angeordnete Ringnuten weitergeleitet.

Aus der Zeitschrift EMA, Heft 1/2, Seite 42, Februar 1961 ist eine Gleichstromlichtmaschine mit einer Kühlung des Gleich­ richters durch den Ölkreislauf bekannt. Bei dieser Gleich­ stromlichtmaschine wird der an der Außenseite des Gehäuses angeordnete Gleichrichter mittelbar durch das an der Innen­ seite vorbeiströmende Öl gekühlt, wobei der Gleichrichter unmittelbar im Öleinlauf angeordnet und vollständig vom Kühlöl umgeben ist.

Aus der DE-AS 10 84 364 ist ein gattungsgemäßer ölgekühlter Generator bekannt, dessen auf einer Rotorwelle befestigter klauenförmiger Leitstückläufer zwischen einer äußeren Ständerwicklung am Gehäuse und einer inneren von einem orts­ festen Poljoch gehaltenen Erregerwicklung angeordnet ist. In einen quer zur Läuferachse zwischen der Stirnseite des Poljochs und dem Leitringläufer verlaufenden Raum sowie in einen axialen Ringraum wird Kühlöl aus einer externen Öl­ quelle zugeführt. Das Kühlöl wird dabei entweder über eine in dem ortsfesten Poljoch angeordnete Axialbohrung oder über eine gesonderte Ölleitung zwischen einer weiteren Antriebs­ welle und dem Poljoch zugeführt. In beiden Fällen erfolgt die Kühlölzufuhr über gesonderte und gegenüber dem Läufer fest­ stehende Druckleitungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfach herzu­ stellende Drehstromlichtmaschine mit verbesserter Kühlung zu schaffen, die eine Erhöhung der Ausgangsleistung bei gleich­ zeitiger Verringerung der Größe und des Gewichts der Dreh­ stromlichtmaschine gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Durch die Anordnung der Ölkanäle wird das Öl infolge der Flieh­ kraft besonders effektiv zerstäubt, wobei nicht nur die Ständerwicklung, sondern auch die innerhalb der klauen­ förmigen Leitstücke angeordnete Erregerwicklung äußerst wirkungsvoll gekühlt wird. Darüber hinaus setzt der so erzeugte Ölnebel dem Läufer einen gegenüber herkömmlichen Ölkühlungen geringeren Widerstand entgegen, wodurch der Wirkungsgrad der Lichtmaschine verbessert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das auf den Boden des Gehäuses fließende Öl wird über eine Ölaustrittsöffnung zum Ölvorrat zurückgeleitet. Somit wird das Öl erneut kreislaufgeführt, um die Wärme von der Ständer­ wicklung und der Erregerwicklung während des Betriebs der Drehstromlichtmaschine unmittelbar zu absorbieren, wodurch die Drehstromlichtmaschine wirksam gekühlt wird. Es ist ersichtlich, daß dieses direkte Kühlsystem hinsichtlich Isolation und Korrosion unproblematisch ist, da das Öl ein elektrischer Isolator und nichtkorrosiv ist. Die Kühlung des Gleichrichters kann z. B. dadurch erfolgen, daß dieser an der Außenseite des Lagerschilds montiert und ein Teil des Öl­ kanals im Gehäuse vorgesehen wird. Da die Ständerwicklung und die Erregerwicklung durch den Ölnebel gekühlt werden, ergibt sich für den Antrieb des umlaufenden Leitstückläufers ein verringerter Widerstand gegenüber dem Fall, indem die Kühlung durch dünnflüssiges Öl erfolgt. Außerdem wird eine wirksame Kühlung mit verminderter Strömungsgeschwindigkeit des Öls erzielt. Der Kühlölkanal in dem Leitstückläufer ist einfach und führt zu keiner wesentlichen Vergrößerung des Füllfaktors der Drehstromlichtmaschine, so daß deren Größe und Gewicht in vorteilhafter Weise verringerbar sind.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Drehstromlichtmaschine gemäß der Erfin­ dung und

Fig. 2 und 3 Perspektivansichten von Bauteilen eines bei der Ausführungsform von Fig. 1 verwendeten Leitstückläufers.

Fig. 1 zeigt eine von einem Fahrzeugmotor angetriebene bürstenlose Drehstromlichtmaschine, die ein Ausführungsbeispiel der ölgekühlten Drehstromlichtmaschine darstellt.

Die Drehstromlichtmaschine hat ein vorderes Gehäuseteil 1, ein hinteres Gehäuseteil 2 und eine Rotorwelle 3. Die Rotorwelle 3 ist in Lagern 4 und 5 drehbar gelagert, die in den Gehäuseteilen 1 und 2 angeordnet sind. Ein Ende der Rotorwelle 3 verläuft durch das vordere Gehäuseteil 1 nach außen. Eine Riemenscheibe, auf die vom Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) Kraft übertragen wird, ist an dem nach außen verlaufenden Ende der Rotorwelle befestigt. Die Drehstromlichtmaschine hat ferner einen auf der Rotorwelle 3 befestigten umlaufenden Leitstückläufer. Der Leitstückläufer hat einen zylindrischen Kern 8, klauenförmige Leitstücke 9 und eine Bundbuchse 10.

Der Leitstückläufer umfaßt zwei Leitstücke 9a und 9b, die miteinander über ein nichtmagnetisches Befestigungsorgan 11 gekoppelt sind. Die Leitstücke 9 sind an der vorderen Endfläche des zylindrischen Kerns 8 befestigt. Die Bundbuchse 10 ist an der hinteren Endfläche des zylindrischen Kerns 8 befe­ stigt.

Nach Fig. 2, die eine Perspektivansicht des zylindrischen Kerns 8 ist, sind sechs Nuten 12 in der vorderen Endfläche 8a des zylindrischen Kerns 8 radialverlaufend und gleichbeabstandet ausgebildet. Diese Nuten 12 liegen an Positionen, die den Abschnitten zwischen den Leitstücken, d. h. der jeweiligen Basis der Leitstücke, entsprechen. In der Innenumfangsfläche des zylindrischen Kerns 8 sind mit den Nuten 12 verbundene Axialnuten 13 gebildet.

Nach Fig. 3, die eine Perspektivansicht der Bundbuchse 10 ist, sind sechs Radialnuten 14 in derjenigen Endfläche 10a der Bundbuchse 10, die mit dem zylindrischen Kern 8 verbunden ist, ausgebildet. Die Bundbuchse 10 hat einen Lageransatz 10b zur Aufnahme der Rotorwelle 3. In der Innenumfangsfläche des Lageransatzes 10b sind mit den Nuten 14 verbundene Axialnuten 15 ausgebildet. Somit bilden die Nuten 15 und 13 Ölkanäle, die längs dem Außenumfang der Rotorwelle 3 verlaufen. Die Nuten 12 bilden Ölkanäle zwischen der vorderen Endfläche des zylindrischen Kerns 8 und der Innenseite des Leitstücks 9a, während die Nuten 14 Ölkanäle zwischen der hinteren Endfläche des zylindrischen Kerns 8 und der Bundbuchse 10 bilden. Das Lager 5 umgibt den Lageransatz 10b der Bundbuchse 10 und haltert ein Ende des Leitstückläufers und der Rotor­ welle 3.

Zwischen dem Innenumfang der Leitstücke 9 und dem Außenumfang des zylindrischen Kerns 8 ist ein Poljoch 16 mit einer Erregerwicklung 17 angeordnet, wobei das eine Jochende an der Innenfläche des Gehäuseteils 2 mittels Schrauben 18 befestigt ist. Ein zwischen dem Innenumfang des Poljochs 16 und dem Außenumfang des zylindrischen Kerns 8 gebildeter sehr schmaler Spalt 19 steht an seinem einen Ende mit den Nuten 14 und am anderen Ende mit den Nuten 12 in Verbindung. Ferner ist zwischen der vorderen Endfläche des Poljochs 16 und der Innenseite des Leitstücks 9a ein schmaler Spalt 20 gebildet. Der Spalt 20 bildet zusammen mit dem sehr schmalen Spalt 19 und den Nuten 12 einen ununterbrochenen Ölkanal, dessen eines offenes Ende auf eine Ständerwicklung 23 gerichtet ist, wie noch erläutert wird.

Ferner ist zwischen der hinteren Endfläche des Poljochs 16 und der Innenfläche des hinteren Gehäuseteils 2 ein sehr schmaler Spalt 21 gebildet. Dieser steht mit den Nuten 14 in Verbindung und hat eine Endöffnung, die auf die Ständerwicklung 23 gerichtet ist.

Die Ständerwicklung 23 ist auf ein Ständereisen 22 gewickelt, das an der Innenseite der Gehäuseteile 1 und 2 derart angeordnet ist, daß es den umlaufenden Läuferkern 8 umgibt.

Ein Öleinlaß 24 in Form eines Nippels ist an einem Teil des hinteren Gehäuseteils 2 nahe dem Lager 5 vorgesehen. Der Öleinlaß 24 steht am einen Ende mit einem Ölkanal 25 zwischen dem Lager 5 und der Innenseite des hinteren Lagerschilds 2 in Verbindung. Der Ölkanal 25 ist mit den Nuten 15 verbunden. Das andere Ende des Öleinlasses 24 ist mit einem Schmierölvorrat (Ölreservoir) des Kraftfahrzeugmotors durch einen Schlauch und eine Ölpumpe (nicht gezeigt) verbunden.

Ölauslässe in Form von Nippeln sind an den Unterseiten der Gehäuseteile 1 und 2 befestigt. Diese Ölauslässe 26 stehen mit dem Ölreservoir über nicht gezeigte Schläuche in Ver­ bindung.

Die Drehstromlichtmaschine hat einen Gleichrichter 27, der an der Außenseite des Gehäuseteils 2 in Kontakt damit an einer Stelle befestigt ist, die dem vorgenannten sehr schmalen Spalt 21 entspricht. Ein Spannungsregler 28 ist an einem Deckel 29 befestigt. Ferner ist ein Öldichtring 30 vorgesehen.

Die so aufgebaute Drehstromlichtmaschine wird durch die Ausgangsleistung des Kraftfahrzeugmotors betrieben. Wenn die Rotorwelle 3 von dem Motor angetrieben wird, läuft der Leitstückläufer um. Da in dieser Phase die Erregerwicklung 17 erregt ist, wird in der Ständerwicklung 23 Wechselstrom erzeugt. Dieser wird im Gleichrichter 27 gleichgerichtet und nach Spannungsregelung durch den Spannungsregler 28 einer Batterie und elektrischen Verbrauchern zugeführt.

Während des Betriebs der Drehstromlichtmaschine fördert die Ölpumpe das Motorschmieröl zum Öleinlaß 24. Das Öl strömt dann durch den Ölkanal 25 und die Nuten in den Leitstückläufer. Das Öl verzweigt sich dann in zwei Teile, und zwar wird ein Teil in die Nuten 13 und dann in die Nuten 12 eingeleitet, während der andere Teil in den sehr schmalen Spalt 19 durch die Nuten 14 eingeleitet wird. Diese zwei Ölmengen münden dann bei Erreichen des sehr schmalen Spalts 20 ineinander. Ein Teil des die Nuten 14 erreichenden Öls strömt in den sehr engen Spalt 21. Die Ölströme sind mit Pfeilen bezeichnet.

Das die Ölkanäle durchströmende Öl wird in Form von Dampf oder Nebel auf vordere und hintere Teile der Ständerwicklung 23 durch die Fliehkraft gesprüht, die infolge der Rotation des Leitstückläufers erzeugt wird, so daß die Ständerwicklung 23 durch den Ölsprühnebel gekühlt wird. Ein Teil des Öls, das die Ständerwicklung 23 nicht erreichen konnte, und ein Teil des Öls, das von der Ständerwicklung 23 abgetropft ist, haftet an der Erregerwicklung 17 und kühlt diese. Die Erregerwicklung 17 wird ferner indirekt durch das Öl gekühlt, das durch den schmalen Spalt 19 zwischen der Innenumfangsfläche des Poljochs 16 und der Außenumfangsfläche des Kerns 8 strömt. Der Gleichrichter 27 wird ebenfalls indirekt über die Gehäusewandung durch das den sehr schmalen Spalt 21 durchströmende Öl gekühlt. Dann strömt das Öl an der Innenfläche des Gehäuses und anderen Teilen entlang und gelangt durch die Schwerkraft in den Boden des Gehäuses. Dann kehrt das Öl durch den Ölauslaß 26 zum Schmierölreservoir zurück. Es ist ersichtlich, daß das Öl auch die Lager 4 und 5 schmiert.

Bei dieser Ausführungsform wird das Öl in dem erläuterten Kreislauf zurückgeführt, so daß die wärmeerzeugenden Teile wie Ständerwicklung 23, Erregerwicklung 17, Gleichrichter 27 etc. wirksam gekühlt werden. Insbesondere werden die Ständerwicklung 23 und die Erregerwicklung 17 durch das direkte Auf­ sprühen des Öldampfs hochwirksam gekühlt, so daß die Leistungskennlinie der Drehstromlichtmaschine wesentlich verbessert wird. Die Nutzung des Motorschmieröls als Kühlmedium ist sehr rationell. Ferner können die Kühlkanäle in einfacher Weise durch Nuten und schmale Spalten in oder an dem Erregerwicklungskern gebildet sein, so daß Größe und Gewicht der Drehstromlichtmaschine vermindert werden. Da ferner die beschriebene Drehstromlichtmaschine hermetisch dicht gebaut sein kann, so daß Fremdstoffe wie Staub und Wasser nicht in sie eindringen können, kann sie vorteilhaft als Drehstromlichtmaschine für Kraftfahrzeuge, kleine Wasserfahrzeuge etc. eingesetzt werden.

Es wurde zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, diese soll jedoch nur als Beispiel dienen. Z. B. können die Nuten 13 und 15 in der Mantelfläche der Rotorwelle gebildet sein, auch wenn sie im vorliegenden Fall in der stationären Seite der Drehstromlichtmaschine vorgesehen sind. Ferner ist zu beachten, daß die durch die Nuten 12 bis 15 und schmalen Spalten 19, 20 und 21 gebildeten Kühlkanäle nicht nur bei Drehstromlichtmaschinen für Fahrzeuge anwendbar sind, sondern auch bei verschiedenen weiteren Drehstromlichtmaschinen Anwendung finden können.

Claims (5)

1. Ölgekühlte Drehstromlichtmaschine mit einem auf einer Rotorwelle (3) befestigten Leitstückläufer, dessen klauen­ förmige Leitstücke (9) zwischen einer äußeren an einem mehrteiligen Gehäuse (1, 2) befestigten Ständerwicklung (23) und einer inneren von einem ortsfesten Poljoch (16) gehalte­ nen Erregerwicklung (17) angeordnet sind, wobei der Leit­ stückläufer einen, innerhalb des Poljochs angeordneten Läu­ ferkern umfaßt, und mit einer in Achsrichtung der Rotor­ welle (3) verlaufenden Ölzuführung (24), über die ein radia­ ler Ringspalt (20) zwischen der vorderen Stirnseite des Pol­ jochs (16) und dem Leitstückläufer sowie ein zylindrischer Spalt zwischen dem Poljoch (16) und den klauenförmigen Leit­ stücken (9) mit Kühlöl beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ölzuführung (24) verbundene axiale Ölkanäle (13, 15) zwischen Läuferkern und der Rotorwelle (3) angeordnet sind, die in Radialkanäle (12, 14) an den beiden Läuferkern­ stirnseiten (8a, 10a) ausmünden.

2. Ölgekühlte Drehstromlichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferkern eine Zylinder­ buchse (8) und eine Bundbuchse (10) mit einem Lageransatz (10b) umfaßt, über den das hintere Ende der Rotorwelle (3) im hinteren Gehäuseteil (2) gelagert ist.

3. Ölgekühlte Drehstromlichtmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkanäle (12) an der vorderen Stirnseite (8a) der Zylinderbuchse (8) und die Radialkanäle (14) an der vorderen Stirnseite (10a) der Bundbuchse (10) ausgebildet sind.

4. Ölgekühlte Drehstromlichtmaschine nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der hinteren Endfläche des Poljochs (16) und der Innenfläche des hinteren Gehäuseteils (2) eine mit den Ölkanälen (14) verbundener Spalt (21) gebildet ist.

5. Ölgekühlte Drehstromlichtmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des hinteren Gehäuseteils (2) ein parallel zum Spalt (21) an der Innen­ seite des Gehäuseteils (2) ausgerichteter Gleichrichter (27) angeordnet ist.