DE4020416A1

DE4020416A1 - Electrical generator for speed-boat current supply - has cooling medium fed through hollow spaces in armature shaft or armature

Info

Publication number: DE4020416A1
Application number: DE4020416A
Authority: DE
Inventors: Gerhard O Wirges
Original assignee: Metallwarenfabrik Gemmingen & Co 7519 Gemmingen De GmbH; GEMMINGEN METALLWAREN
Current assignee: Metallwarenfabrik Gemmingen & Co 7519 Gemmingen De GmbH; GEMMINGEN METALLWAREN
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1992-01-09
Also published as: DE4020416C2

Abstract

The generator has an armature shaft (1) and/or an armature which incorporates hollow spaces (12) through which a cooling medium, e.g. water, is passed. The circulation of the cooling medium (12) can be effected via a circulation pump which is incorporated in the armature shaft (1), or via an impeller (11) attached to the latter. Pref. the hollow spaces (12) are only provided at the end of the armature shaft (11) on the opposite side to the electric drive motor. ADVANTAGE - Reduced noise and low mfg. cost.

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator mit einer Ankerwelle, insbesondere in Baueinheit mit einem Antriebsmotor als Stromerzeuger, für Fahrzeuge.The invention relates to a generator with a Armature shaft, in particular in a single unit Drive motor as a power generator, for vehicles.

Generatoren werden in Verbindung mit Antriebsmotoren zur mobilen Stromerzeugung beispielsweise in Fahrzeugen wie Sportbooten verwendet. Dabei muß gewährleistet werden, daß die durch die Verlustleistung entstehende Wärme im Generator abgeführt wird.Generators are used in conjunction with drive motors for mobile power generation, for example in vehicles used like pleasure boats. It must be guaranteed that the resulting from the power loss Heat is dissipated in the generator.

Es ist bekannt, zur Kühlung des Generators Kühlluft zu verwenden, wobei die Kühlluft den Generator umströmt. Bei größeren Generatoren ist auch eine Flüssigkeitskühlung des Stators bekannt, bei der die Kühlflüssigkeit durch geeignete Kühlkanäle des Stators geführt wird.It is known to cool air to cool the generator use, the cooling air flowing around the generator. With larger generators there is also one Liquid cooling of the stator is known, in which the Cooling liquid through suitable cooling channels of the stator to be led.

Bei luftgekühlten Generatoren ist ein Lüfterrad zur Erzeugung des Luftstromes erforderlich, das meist auf der Ankerwelle angeordnet wird. Der hohe Kühlluftstrom erfordert ausreichende Querschnitte. Dies erfordert zusätzliches Volumen bei gekapselten Stromerzeugern. Außerdem sind ggf. Zu- und Abführleitungen entsprechender Querschnitte für die Kühlluft vorzusehen.A fan wheel is used for air-cooled generators Generation of airflow is required, which is mostly due to the armature shaft is arranged. The height Cooling air flow requires sufficient cross sections. This requires additional volume when encapsulated Power generators. In addition, there may be feed and Discharge lines of corresponding cross sections for the Provide cooling air.

Die aus dem Großgeneratorenbau bekannte Maßnahme, den Stator des Generators mit einer Vielzahl von Kühlkanälen zu versehen, verteuert den Generator nachteilig, weil der Fertigungsaufwand steigt.The measure known from large generator construction, the Stator of the generator with a variety of Providing cooling channels makes the generator more expensive disadvantageous because the manufacturing effort increases.

Für die in größeren Serien hergestellten Generatoren mobiler Stromerzeuger erscheint deshalb diese Maßnahme aus Kostengründen nicht möglich. For generators manufactured in larger series This measure therefore appears to mobile power generators not possible for cost reasons.

Bei unzureichender Kühlung, beispielsweise bei überhöhter Temperatur der zugeführten Kühlluft oder gestörtem Luftzutritt infolge beengter Platzverhältnisse, können die Wälzlager des Stromerzeugers thermisch versagen.If there is insufficient cooling, for example excessive temperature of the supplied cooling air or impaired air access due to restricted space Space conditions, the rolling bearings of the Generators fail thermally.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und wirkungsvolle Kühlung des eingangs genannten Generators zu schaffen, bei vergleichbarer Leistung mobile Stromerzeuger zu verkleinern, die Schallemissionen zu verringern, Fertigungskosten zu senken und die Lebensdauer zu erhöhen.The invention has for its object a simple and effective cooling of the above Generators with comparable performance to shrink mobile power generators that Reduce noise emissions, manufacturing costs too lower and increase the lifespan.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ankerwelle und/oder der Anker des Generators einen oder mehrere gekühlte Hohlräume aufweist. Überraschenderweise reicht diese Maßnahme in vielen Fällen aus, thermisches Versagen der Generatorlager oder der Lager des angebauten Antriebsmotors zu verhindern. Die Lebensdauer der Aggregate verlängert sich entsprechend.This object is achieved in that the armature shaft and / or the armature of the generator one or has several cooled cavities. Surprisingly, this measure suffices in many Failure, thermal failure of the generator bearings or the bearings of the attached drive motor prevent. The service life of the units is extended yourself accordingly.

Da die Hohlräume flüssigkeitsgekühlt, insbesondere durch Wasser gekühlt ausgebildet sind, kann das Lüfterrad entfallen. Der Fertigungsaufwand würde somit gesenkt und das Bauvolumen vorteilhaft verringert werden. Als Kühlsystem sind auch Elemente denkbar, die eine leicht verdampfbare Flüssigkeit zunächst in die Dampfphase überführen und die dabei für den Phasenübergang verwendete Wärmeenergie im Umlauf am anderem Orte durch Kondensation abgeben. Insbesondere bei Wasserfahrzeugen ist ein Seewasserkreislauf vorteilhaft, da dieser wirkungsvoll und zugleich störungsunempfindlich ist. Because the cavities are liquid cooled, especially are cooled by water, it can Fan wheel is eliminated. The manufacturing effort would be reduced and the construction volume advantageously reduced will. As a cooling system, elements are also conceivable that an easily vaporizable liquid first in the Transfer the vapor phase and thereby for the Phase transition used thermal energy in circulation on give up to other places through condensation. In particular in the case of watercraft there is a seawater cycle advantageous because it is effective and at the same time is insensitive to interference.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Kühlmittelpumpe in der Ankerwelle angeordnet wird. Durch diese Maßnahme wird das erforderliche Bauvolumen vorteilhaft noch weiter verringert, da kein zusätzlicher Raumbedarf für die Pumpe zu berücksichtigen ist.In a further embodiment of the invention, that a coolant pump is arranged in the armature shaft becomes. This measure makes the necessary Construction volume advantageously reduced even further, since none additional space required for the pump is considered.

Für den Einbau einer Kühlmittelpumpe in einen zylindrischen Hohlraum in der Ankerwelle des Generators eignet sich besonders eine Impellerpumpe. Sie ist bei geringen Außenabmessungen genügend leistungsfähig und besitzt nur wenige leicht austauschbare Verschleißteile, insbesondere den Impeller und Dichtungen.For installing a coolant pump in a cylindrical cavity in the armature shaft of the generator an impeller pump is particularly suitable. She is with small external dimensions sufficiently powerful and has only a few easily interchangeable Wear parts, especially the impeller and Seals.

Ein Austausch des Impellers läßt sich besonders leicht durchführen, wenn der Impeller mit der Ankerwelle verbunden ist. Das Impellergehäuse ist dann feststehend ausgeführt und erleichtert damit die Zu- und Abführung des Kühlmittels zur Pumpe.Replacing the impeller is particularly easy perform when the impeller with the armature shaft connected is. The impeller housing is then stationary executed and thus facilitates the supply and discharge the coolant to the pump.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum an dem vom Antriebsmotor abgewandten Ende angeordnet. Überraschenderweise wird der Magnetfluß innerhalb der Ankerwelle kaum gestört. Es ist noch genügend ferromagnetisches Material für den Magnetfluß im wichtigen zentralen Teil der Ankerwelle vorhanden.According to a further preferred embodiment of the Invention is the cavity on the drive motor arranged opposite end. Surprisingly the magnetic flux within the armature shaft is hardly disturbed. There is still enough ferromagnetic material for the Magnetic flux in the important central part of the armature shaft available.

Die Dichtungen sollen möglichst nahe der Öffnung des Hohlraumes angeordnet werden, um die für die Kühlung nötigen Wärmeaustauschflächen innerhalb des Hohlraumes möglichst groß zu halten.The seals should be as close as possible to the opening of the Cavity to be arranged for cooling necessary heat exchange surfaces within the cavity to keep as large as possible.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Generators mit Verteilerplatte ist die Kühlmittelpumpe mit wenig Schrauben an der Ankerwelle befestigt, so daß die Pumpe zur Wartung leicht ein- bzw. ausgebaut werden kann.In the configuration of the generator according to the invention with distributor plate, the coolant pump is low Screws attached to the armature shaft so that the pump can be easily installed or removed for maintenance.

Bei Verwendung einer Schallschutzkapsel kann diese ohne größeren Zwischenraum zum Statorgehäuse angeordnet werden, womit ein effizienter Schallschutz dank des stark verringerten Resonanzvolumens erreicht wird.When using a soundproof capsule, it can be used without arranged larger space to the stator housing with which efficient sound insulation thanks to the greatly reduced resonance volume is achieved.

Besonders vorteilhaft ist die Integration des Kühlkreislaufs des Antriebsmotors, häufig ein Verbrennungsmotor, des Stromerzeugers mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Kühlmittelpumpe saugt das Kühlwasser über einen Verbrennungsluftkühler an, der für eine verbesserte Verbrennung, d. h. eine höhere Leistung des Verbrennungsmotors sorgt, kühlt danach die Ankerwelle des Generators, führt anschließend das Kühlwasser dem Verbrennungsmotorkühlsystem und danach dem Auspuffkühlsystem zu. Durch die vorbeschriebene Kombination wird für die Kühlung des Verbrennungsmotors und des Generators lediglich eine Kühlmittelpumpe benötigt.The integration of the Cooling circuit of the drive motor, often on Internal combustion engine, the generator with the device according to the invention. The coolant pump sucks the cooling water through a combustion air cooler for improved combustion, i.e. H. a ensures higher performance of the internal combustion engine, cools then the generator armature shaft then the cooling water Internal combustion engine cooling system and after that Exhaust cooling system too. By the above Combination is used for cooling the internal combustion engine and the generator only a coolant pump needed.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Synchrongenerators, da diese Generatoren ein unproblematisches Überlastverhalten zeigen, weniger Wärme produzieren und kleiner bauen.The use of a is particularly advantageous Synchronous generator because these generators a show unproblematic overload behavior, less Produce heat and build smaller.

Die genannten Vorteile führen dazu, daß der Generator geringere Abmessungen hat und einen höheren Leistungsfaktor besitzt.The advantages mentioned lead to the generator has smaller dimensions and a higher one Power factor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is in the Drawing shown and below in more detail described.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 einen schematisierten Längsschnitt eines gekapselten Stromerzeugers mit Antriebsmotor und Generator und Fig. 1 is a schematic longitudinal section of an encapsulated power generator with a drive motor and generator and

Fig. 2 einen Längsschnitt der in der Ankerwelle integrierten Impellerpumpe als Bruch aus Fig. 1 dargestellt. Fig. 2 shows a longitudinal section of the impeller pump integrated in the armature shaft as a break from Fig. 1.

Der in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt gezeigte Stromerzeuger umfaßt in einer aufklappbaren Schallschutzkapsel C angeordnet einen Antriebsmotor B und einen Generator A. Der Generator A weist in seiner Ankerwelle 1 am vom Antriebsmotor abgewandten Ende 14 eine integrierte Impellerpumpe 13 auf.The power generator shown schematically in longitudinal section in FIG. 1 comprises a drive motor B and a generator A arranged in a hinged soundproof capsule C. The generator A has an integrated impeller pump 13 in its armature shaft 1 at the end 14 facing away from the drive motor.

In Fig. 2 ist die Impellerpumpe 13 vergrößert im Längsschnitt dargestellt. Das Ankerwellenende 14 der Antriebswelle 1 des Generators ist über Lager 9 an einem Lagerschild 8 abgestützt. Der Hohlraum 12 ist zwischen Ankerwellenende 14 und Impellergehäuse 3 durch Dichtringe 5, 6, die durch Distanzring 4 geführt werden zur Öffnung hin abgedichtet. Die Ankerwelle 1 besitzt am Ankerwellenende 14 einen sich axial erstreckenden Hohlraum 12, in dem die Impellerpumpe 13 eingebaut ist. Am Boden des Hohlraumes 12 ist eine Impellermitnehmerwelle 10 angebracht, um den Impeller 11 der Impellerpumpe 13 mit der Ankerwelle 1 drehfest zu verbinden. Das feststehende Impellergehäuse, bestehend aus Impellerpumpendeckel 2 und Impellerpumpengehäuse 3, ist über eine Verteilerplatte 7 mit dem Lagerschild 8 verbunden. Damit wird der Impeller 11 bei drehender Ankerwelle 1 relativ zum Impellergehäuse 2, 3 bewegt und die Impellerpumpe 13 fördert Kühlmittel in Pfeilrichtung (siehe Fig. 2).In Fig. 2, the impeller pump 13 is shown enlarged in longitudinal section. The armature shaft end 14 of the drive shaft 1 of the generator is supported on a bearing plate 8 via bearings 9 . The cavity 12 is sealed between the armature shaft end 14 and impeller housing 3 by sealing rings 5, 6 , which are guided through spacer ring 4 , towards the opening. The armature shaft 1 has at the armature shaft end 14 an axially extending cavity 12 in which the impeller pump 13 is installed. An impeller driver shaft 10 is attached to the bottom of the cavity 12 in order to connect the impeller 11 of the impeller pump 13 to the armature shaft 1 in a rotationally fixed manner. The fixed impeller housing, consisting of impeller pump cover 2 and impeller pump housing 3 , is connected to the end shield 8 via a distributor plate 7 . The impeller 11 is thus moved relative to the impeller housing 2, 3 when the armature shaft 1 is rotating, and the impeller pump 13 conveys coolant in the direction of the arrow (see FIG. 2).

Das Kühlmittel wird über einen Zuführkanal 15 in der Verteilerplatte 7 und über das Impellergehäuse 3 dem Impeller 11 zugeführt. Im Kontaktbereich des Kühlmittels mit der Ankerwelle 1 im Bereich der Wandung des Hohlraumes 12 und der Impellermitnehmerwelle 10 wird Wärme auf das Kühlmittel übertragen und über das Impellergehäuse 3 und einem Abführkanal 16 in der Verteilerplatte 7 nach außen gefördert. Die Verteilerplatte 7 ist vorteilhaft mit nur wenigen Schrauben am Lagerschild 8 befestigt, so daß eine Wartung der Impellerpumpe 13 mit geringerem Aufwand möglich ist. Die Schrauben 17 werden gelöst und die Verteilerplatte 7 wird mit dem daran durch Schrauben 18 befestigten Impellergehäuse 2, 3 abgehoben. Wird die Verteilerplatte 7 vom Impellergehäuse 2, 3 getrennt, lassen sich die Dichtringe 5, 6 leicht austauschen. Nach Lösen der Schrauben 19 kann auch die Impellermitnehmerwelle 10 aus dem Hohlraum 12 der Ankerwelle 1 entfernt werden.The coolant is supplied to the impeller 11 via a supply channel 15 in the distributor plate 7 and via the impeller housing 3 . In the contact area of the coolant with the armature shaft 1 in the area of the wall of the cavity 12 and the impeller drive shaft 10 , heat is transferred to the coolant and conveyed to the outside via the impeller housing 3 and a discharge duct 16 in the distributor plate 7 . The distributor plate 7 is advantageously fastened to the end shield 8 with only a few screws, so that maintenance of the impeller pump 13 is possible with less effort. The screws 17 are loosened and the distributor plate 7 is lifted off with the impeller housing 2, 3 fastened to it by screws 18 . If the distributor plate 7 is separated from the impeller housing 2, 3 , the sealing rings 5, 6 can be easily replaced. After loosening the screws 19 , the impeller driver shaft 10 can also be removed from the cavity 12 of the armature shaft 1 .

Claims

1. Generator (A) with an armature shaft ( 1 ), in particular in a structural unit with a drive motor as a power generator for vehicles, characterized in that the armature shaft ( 1 ) and / or the armature of the generator (A) has one or more cooled cavities ( 12 ) having.

2. Generator according to claim 1, characterized characterized that the cavities liquid cooled, especially by water cooled, trained.

3. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that a coolant pump is arranged in the armature shaft ( 1 ).

4. Generator according to claim 3, characterized in that the coolant pump is designed as an impeller pump consisting of an impeller ( 11 ) and impeller housing ( 2, 3 ).

5. Generator according to claim 4, characterized in that the impeller ( 11 ) is rotatably connected to the armature shaft ( 1 ).

6. Generator according to one of claims 2, 3, 4 or 5, characterized in that the cavity ( 12 ) only at one end of the armature shaft ( 1 ), in particular at the end of the armature shaft ( 1 ) facing away from the drive motor (B), is arranged.

7. Generator according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one seal ( 5, 6 ) is arranged at the opening of the cavity ( 12 ) or the cavities ( 12 ).

8. Generator according to one of claims 1 to 7, characterized in that a distributor plate ( 7 ) for the coolant, preferably also designed as a holder for the fixed part of the coolant pump, is provided.

9. Generator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Generator (A) together with the drive motor (B), preferably an internal combustion engine, in a Soundproofing capsule (C) is arranged.

10. Generator according to one of claims 1 to 9, with an internal combustion engine as the drive motor, characterized in that the Drive motor (B) and the generator (A) have common cooling system.

11. Generator according to one of claims 1 to 10, characterized in that in the cooling system, in the flow direction of the Coolant preferably in front of the coolant pump, a combustion air cooler and / or, preferably behind the coolant pump Internal combustion engine cooling system and / or a Exhaust cooling system are arranged.

12. Generator according to one of claims 1 to 11, characterized in that the generator (A) as a synchronous generator is trained.