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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Generator für Fahrzeuge, und insbesondere
einen Generator für
Fahrzeuge, der mit einem Spannungsregler versehen ist, der als Generator
für Fahrzeuge
verwendet werden kann.
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Das
Folgende wurde von konventionellen Generatoren für Fahrzeuge gefordert. Erstens,
um mit dem Anstieg der elektrischen Last in einem Fahrzeug umgehen
zu können,
wurden eine hohe Ausgangsleistung und Miniaturisierung bei Generatoren für Fahrzeuge
verlangt. Zweitens, wurde eine Reduzierung der Geräuschentwicklung
bei Generatoren für
Fahrzeuge verlangt.
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Da
eine Erregerwicklung, ein Stator, ein Spannungsregler und ein Gleichrichter
im Betrieb Wärme
erzeugen, muss jeder von ihnen auf oder unter einer bestimmten Temperatur
gehalten werden, um seine Leistungsfähigkeit zu erhalten. Die meisten Generatoren
für Fahrzeuge,
entsprechend dem Stand der Technik, sind luftgekühlt, wobei Kühlluft verwendet
wird, um die entsprechenden Teile zu kühlen. Wenn Generatoren für Fahrzeuge
für eine
hohe Ausgangsleistung ausgelegt werden, steigt die in einem Stator,
einem Spannungsregler, einem Gleichrichter usw. erzeugte Wärme an.
Durch weitere Größenreduzierung
nimmt eine Wärmeabstrahlungsfläche ab,
wodurch die Temperatur in den entsprechenden Teilen dazu neigt anzusteigen.
Das führt
zu der Anforderung, die Kühlleistung
für die
entsprechenden Teile in einem Generator zu erhöhen.
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Denkbare
Wege, um die Kühlleistung
zu erhöhen,
beinhalten eine Zunahme der Durchströmrate der Kühlluft, da Luftströme gegenwärtig zu
diesem Zweck verwendet werden. Daher wird ein großer Lüfter oder
eine Mehrzahl von Lüftern,
die mit einem Rotor synchronisiert sind, montiert, um einen Kühlluftstrom
zur Kühlung
einer Erregerspule, eines Stators, eines Spannungsreglers, eines
Gleichrichters, usw. zu erzeugen. Abgesehen davon gibt es die Möglichkeit,
ein Kühlmittel
zu verwenden, um die Kühlleistung
des Generators für
Fahrzeuge zu erhöhen.
Die Verwendung eines Kühlmittels
eliminiert die Notwendigkeit eines Lüfters bzw. von Lüftern, die
in einem Luftkühlungssystem
verwendet werden, und ist sehr effektiv bei der Geräuschreduzierung.
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Es
besteht die Möglichkeit,
als eines dieser Kühlmittel,
das Kühlwasser
eines Motors zu verwenden. Ein bekanntes Wasserkühlsystem für Generatoren in Fahrzeugen
ist in der ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 11-243658 beschrieben. In diesem bereits bekannten System sind
eine Mehrzahl von Ringen (nachstehend als drehbare Scheiben bezeichnet)
an beiden axialen Seiten eines Rotors mit einer bestimmten Höhe und konzentrisch
zu der Achse einer Welle bereit gestellt. Eine Mehrzahl von Ringen
(nachstehend als stationäre
Scheiben bezeichnet) mit einer bestimmten Höhe, wie die drehbaren Scheiben,
und konzentrisch zu der Achse der Welle, sind an inneren Oberflächen eines
vorderen Trägers
und eines hinteren Trägers
bereit gestellt, um gegenüberliegenden
Oberflächen
der drehbaren Scheibe gegenüber
zu liegen und um unter Wahrung eines bestimmten Luftspalts mit den
drehbaren Scheiben ineinander zu greifen. Daher, wenn sich die Welle
dreht, dreht sich der Rotor mit und die drehbaren Scheiben rotieren
ebenfalls auf die gleiche Weise mit. Da sich die drehbaren Scheiben
dann mit einem gewissen Luftspalt zwischen ihnen und den stationären Scheiben
drehen, können
sie sich drehen, ohne in Kontakt mit den stationären Scheiben zu kommen. Die
durch eine Erregerspule erzeugte Wärme kann der Reihe nach an
den Rotor, die drehbaren Scheiben, die Luftspalte, die stationären Scheiben,
den vorderen Träger,
den hinteren Träger
und an das Kühlwasser übertragen
werden, um so einen thermischen Pfad zu bestimmen, so dass die Wärme der Erregerspule
an das Kühlwasser
abgegeben wird.
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Eine
bekannte Technik in Zusammenhang mit einer Kühlvorrichtung für einen
Stator in einem Fahrzeugmotor, ist in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2000-116062 beschrieben. Bei dieser Technik besteht der Fahrzeugmotor aus
einem Motor, einer Ummantelung und ein Gehäuse. Ein Kanal, durch den ein
Luftstrom fließt,
ist zwischen der Ummantelung und dem Gehäuse ausgebildet, und an einer
Oberfläche
der Ummantelung, die in Kontakt mit dem Stator des Motors steht,
sind Einhaltbleche, Strahlungsrippen, Vorsprünge zur Erzeugung einer turbulenten
Strömung,
zur Erhöhung die
Effizienz des Wärmeaustauschs
mit der durchfließenden
Luft zu erhöhen,
bereit gestellt.
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Die
folgenden Probleme blieben in dem oben genannten Stand der Technik
bestehen. Damit ein Fahrzeuggenerator eine angemessene Ausgangsleistung
im Betrieb entwickelt, ist es notwendig, dass ein angemessener Erregerstrom
fließt.
Wenn jedoch Strom durch die Erregerspule fließt, bedingt der innere Widerstand
der Erregerwicklung in der Erregerspule selbst eine Wärmeerzeugung.
Erzeugt die Erregerwicklung einmal Wärme, steigt die Temperatur und
der innere Widerstand der Erregerspule weiter, was so zu einem unzulänglichen
Feld und zu keinem Leistungszuwachs führt. Daher ist die Kühlung der Erregerspule
notwendig.
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Des
Weiteren, um weitere Leistungsverminderungen des Fahrzeugmotors,
die durch einen Temperaturanstieg verursacht werden, vorzubeugen,
ist es notwendig, die Statorspule effizient zu kühlen.
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Mit
einer Anordnung, wie sie in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 11-243658 beschrieben ist, ist die Kühlleistung besonders effizient
an dem Übergang
zwischen den drehbaren Scheiben und den stationären Scheiben in dem Wärmeübertragungspfad
zur Kühlung
der Erregerspule. Das rührt
daher, da Wärme
hauptsächlich über Leitung
von den drehbaren Scheiben auf die stationären Scheiben über die
Luftspalte übertragen wird,
die eine niedrigere thermische Leitfähigkeit als die von Metall
oder Ähnlichem
aufweisen. Daher ist es notwendig, um die Kühlleistung zu erhöhen, die Spalten
zwischen den drehbaren Scheiben und den stationären Scheiben zu verringern
oder die Wärmeübertragungsflächen der
entsprechenden Scheiben zu erhöhen.
In Anbetracht der Fertigungsgenauigkeit und der Qualität des Zusammenbaus
sind die Spalten in der Regel um 1 mm. Daher ergibt sich bei der Erhöhung der
Kühlleistung
das Problem, dass eine mehrfache Ringanordnung, mit der es möglich ist
die Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen, zu
steigenden Kosten bei der Herstellung, den Teilen und dem Zusammenbau
führt.
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Ebenso
wird mit einer in der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
Nr. 2000-116062 offenbarten Anordnung wird durch das Vorsehen von Wärmeübertragungsrippen,
Vorsprüngen
zur Erzeugung von Turbulenzen und Ähnlichem auf der Oberfläche einer
Ummantelung, die in Kontakt mit dem Stator steht, die Wärmeaustauschrate
durch mittels eines Luftstroms und die Kühlung einer Ständerwicklung
erhöht.
Der Rotor ist jedoch nicht in seiner Kühl leistung verbessert worden,
wobei der Rotor entworfen wurde, um in den Platz, der durch die
Ummantelung umschrieben wird, eingebaut zu werden. In dem Fall,
in dem diese Technik auf einen Generator für Fahrzeuge angewandt wird,
wird die Ständerwicklung
zwar gekühlt,
der Rotor hingegen nicht vollständig,
was in einer Erhöhung
des inneren Widerstands einer Erregerwicklung resultiert und. zu
einer Nichteinhaltung eines angemessenen Feldes führt, so dass
eine angemessene Ausgangsleistung nicht erhalten werden kann.
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Die
JP 2000-83350 bezieht sich auf einen Wechselstromgenerator für Fahrzeuge,
wobei die Kühlfähigkeit
eines zentrifugalen Lüfters
durch die zwangsläufige
Trennung des Luftflusses von den Lüfterblättern unter Verwendung von
Vorsprüngen
gesteigert wird.
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Die
EP 1 030 545 A1 beschreibt
einen Al-Wechselstromgenerator, wobei die Kühlfähigkeit des Stators durch Bereitstellen
eines Kühlkörpers innerhalb
des Kühlluftkanals
verbessert wird.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fahrzeuggenerator
zu schaffen, mit dem es möglich
ist, die Kühlleistung
einer Erregerspule zu erhöhen,
um so eine angemessene Ausgangsleistung während der Leistungserzeugung
zu entwickeln, selbst wenn ein Spalt zwischen einer Rotoroberfläche und
einer Wärmeübertragungsoberfläche, zu
der die Wärme
des Rotors übertragen
wird, groß ist,
und darin die Kosten für
Herstellung, Teile und Zusammen zu reduzieren.
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Die
oben beschriebene Aufgabe kann durch einen Generator, wie in Anspruch
1 beansprucht, erreicht werden.
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Weitere
Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden
Zeichnungen deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
MEHRERER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Schnittansicht entlang der gesamten Länge eines Fahrzeuggenerators
entsprechend einer Ausführung
der Erfindung.
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2A ist
eine vergrößerte Ansicht,
die die in Eingriff miteinander stehenden Abschnitte der in 1 gezeigten
Scheiben zeigt.
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2B ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IIA-IIA in 2A.
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3A ist
eine vergrößerte Ansicht,
die die miteinander in Eingriff stehenden Abschnitte der in 1 gezeigten
Scheiben zeigt, die zur Berechnung des thermischen Widerstands verwendet
werden.
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3B ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IIIA-IIA in 3A.
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4 stellt
ein Diagramm der Kühlleistung dar,
das den Einfluss des thermischen Widerstands der miteinander in
Eingriff stehenden Abschnitte der in 1 gezeigten
Scheiben zeigt.
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5A ist
eine vergrößerte Ansicht,
die ein anderes Beispiel von in Eingriff stehenden Abschnitten von
denen in 1 gezeigten Scheiben zeigt und ist ähnlich zu 2A.
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5B ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie VA-VA in 5A.
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6A ist
eine vergrößerte Ansicht,
die ein weiteres Beispiel von miteinander in Eingriff stehenden
Abschnitten von in 1 gezeigten Scheiben zeigt und
ist ähnlich
zu 2A.
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6B ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie VIA-VIA in 6A.
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7 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Längsachse eines Fahrzeuggenerators
entsprechend einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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8 ist
eine Schnittansicht und eine Seitenansicht, die eine Konstruktion
eines vorderen Trägers
in der Ausführungsform,
wie in 7 gezeigt, darstellt.
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9 ist
eine Schnittansicht und eine Seitenansicht, die eine Konstruktion
eines Rotors in der in 7 dargestellte Ausführungsformen
darstellen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. 1 zeigt
einen Längsquerschnitt
eines flüssigkeitsgekühlten Fahrzeuggenerators
entsprechend einer ersten Ausführungsform der
Erfindung.
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Während die
Erfindung eines von mehreren Kühlmitteln,
inklusive Wasser, Öl,
usw. verwenden kann, verwendet die nachfolgend beschriebene Ausführungsform
ein Motorkühlwasser
als Kühlmittel. Bezug
nehmend auf 1 sind an einer Welle 1 eine Riemenscheibe 2,
ein Magnetpolkern 3 (ein Abschnitt einer Klaue, die eine
Erregerspule des Rotors wie in der Figur gezeigt umfasst), ein Rotorkern 4 und Schleifringe 5a und 5b fixiert.
Zusätzlich
sind der Motorpolkern 3 und der Rotorkern aus dem gleichen
Material gebildet. Um den Rotorkern 4 herum ist eine Erregerwicklung 6 gewickelt.
Ein Rotor 21 besteht aus dem Rotormagnetpol 3,
dem Rotorkern 4 und der Erregerspule 6. Die Erregerspule 6 ist
elektrisch mit einer externen elektrischen Leistungsquelle über die Schleifringe 5a und 5b verbunden.
Bürsten 13a und 13b werden
drehbar in Kontakt mit den entsprechenden Schleifringen 5a und 5b gebracht.
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Um
den äußeren Umfang
des Rotors 21 ist ein Statorkern 7 mit einem bestimmten
Luftspalt dazwischen angeordnet. Um den Statorkern 7 ist
eine Statorwicklung 8 mit den Teilen 8a und 8b (nachfolgend
als Spulenenden bezeichnet) gewickelt, die sich über den Statorkern 7 hinaus
erstrecken.
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Um
den äußeren Umfang
des Statorkerns 7 ist ein Gehäuse 10 angeordnet,
in dem Kühlwasserkanäle 17 bereitgestellt
sind. Der Statorkern 7 wird in das Gehäuse 10 eingeführt und
der äußere Umfang des
Statorkerns 7 kommt mit einem inneren Umfang des Gehäuses 10 in
Kontakt.
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Ein
vorderer Träger 9 und
ein hinterer Träger 18 werden
an das Gehäuse 10,
das den Statorkern 7 unterstützt, angepasst, um denselben
zu unterstützen.
Die Welle 1 ist drehbar durch ein vorderes Lager 11,
das auf dem vorderen Träger 9 bereitgestellt
wird, und durch ein hinteres Lager 12, das auf dem hinteren
Träger 18 bereitgestellt
wird, gelagert. Daher ist der Rotor 21 so ausgestaltet,
um in einem geschlossenen Raum, der durch den vorderen Träger 9,
den hinteren Träger 18 und
das Gehäuse
definiert ist, eingepasst zu werden.
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An
dem Rotor 21 werden auf beiden axialen Seiten eine Mehrzahl
von Ringen 19a und 19b (nachfolgend als drehbare
Scheiben bezeichnet) bereitgestellt, die eine bestimmte Höhe aufweisen
und konzentrisch zu einer Achse der Welle 1 sind. An einer inneren
Oberfläche
des vorderen Trägers 9 und
des hinteren Trägers 18,
gegenüber
den drehbaren Scheiben 19a und 19b, sind eine
Mehrzahl von Ringen 20a und 20b (nachfolgend als
stationäre
Scheiben bezeichnet) fixiert, die eine bestimmte Höhe aufweisen
und konzentrisch zu der Achse der Welle 1 sind, ähnlich den
drehbaren Scheiben 19a und 19b, um so mit den
drehbaren Scheiben 19a und 19b mit Luftspalten
(Luftschichten 23) dazwischen in Eingriff zu stehen.
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Mit
einer solchen Anordnung, wenn sich die Welle 1 dreht, dreht
sich der Rotor 21 mit und die drehbaren Scheiben 19a und 19b drehen
sich auch. Wenn sich die drehbaren Scheiben 19a und 19b mit ein
paar Luftspalten zwischen ihnen und den stationären Scheiben 20a und 20b drehen,
können
sie es tun, ohne in Kontakt mit den stationären Scheiben 20a und 20b zu
kommen.
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2A ist
eine vergrößerte Ansicht,
die die drehbaren Scheiben 19a und 19b und die
stationären Scheiben 20a und 20b zeigt,
und 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie
A-A.
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Vorsprünge 22 sind
auf den Wärmeübertragungsoberflächen der
stationären
Scheiben 20a und 20b gegenüberliegend den drehbaren Scheiben 19a und 19b vorgesehen.
Diese Vorsprünge 22 dienen als Bauteile
zur Erzeugung einer turbulenten Strömung, um turbulente Strömungen in
dem Luftstrom der durch die Rotation der drehbaren Scheiben 19a und 19b in
den Abständen,
die durch die drehbaren Scheiben 19a und 19b und
die stationären
Scheiben 20a und 20b bestimmt wurden, zu erzeugen.
Ein Kühlwasserkanal
ist in dem hinteren Träger 18 bereitgestellt
und liegt zwischen einem Gleichrichter 14 und der stationären Scheibe 20b,
so dass die durch den Gleichrichter 14 erzeugte Wärme nicht
die stationäre
Scheibe 20b betrifft. Während
die Bauteile zur Erzeugung einer turbulenten Strömung aus den Vorsprüngen 22,
wie in 2 gezeigt, bestehen, können auch
Aussparungen auf den Scheibenoberflächen vorgesehen sein, um die
Vorsprünge 22 zu
ersetzen. Es ist essentiell, dass die Luftströmung von der Scheibenoberfläche abgeschält wird
und dass dann die abgeschälten
Luftströmungen
sich wieder an den Scheibenoberflächen festlegen. Andere Ausführungen
als Vorsprünge
und Aussparungen können
verwendet werden, so lange sie den oben erwähnten Effekt erzielen. Die
Materialien, aus denen die Bauteile zur Erzeugung einer turbulenten
Strömung
gebildet sind, sind optional. Metall ist jedoch zu bevorzugen, da
Vorsprünge
und Aussparungen als Kühlungsabschnitte
dienen können.
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Ein
Beispiel der vorliegenden Ausführungsform
wird nachfolgend beschrieben. Wenn ein Motor (nicht gezeigt) startet,
wird Kühlwasser
von einem Fahrzeug bereitgestellt und die drehbare Welle 1 rotiert.
Falls eine elektrische Ladung in einer Batterie (nicht gezeigt)
knapp wird, beginnt die Leistungserzeugung, so dass eine Erregerspannung
an die Erregerspule 6 über
die Bürsten 13a und 13b und
die Schleifringe 5a und 5b bereitgestellt wird,
so dass der Magnetpolkern 3 erregt wird. Da eine Antriebskraft von
dem Motor über
eine Riemenscheibe 2 an die drehbare Welle 1 übertragen
wurde, dreht sich der Magnetpolkern 3 innerhalb der Ständerwicklung 8. Dann,
da ein magnetischer Fluss, der die Ständerwicklung 8 quert,
variiert, wird in der Ständerwicklung 8 eine
induzierte elektromotorische Kraft generiert. Da der so erzeugte
Strom ein Wechselstrom ist, wird er in Gleichstrom durch den Gleichrichter 14 umgewandelt
und an das Fahrzeug abgegeben.
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Abhängig von
der Größe der elektrischen Last
des Fahrzeuges wird ein Spannungsregler 15 betrieben, um
die Erregerspannung, die an die Erregerspule 6 abgegeben
wird, so einzustellen, dass eine angemessene Menge an erzeugter
Leistung beibehalten wird. Da die Erregerspule 6, die Ständerwicklung 8,
der Gleichrichter 14 und der Spannungsregulator 15 in
ihrem Betrieb Wärme
erzeugen, müssen
sie auf bzw. unter bestimmten Temperaturen gehalten werden, um so
ihre Leistungsfähigkeit
beizubehalten. Um eine angemessene Ausgangsleistung während der
Leistungserzeugung zu erreichen, sollte ein ausreichender Erregerstrom
fließen.
Falls jedoch Strom durch die Erregerspule 6 fließt, generiert
die Erregerspule 6 selbst Wärme aufgrund ihres eigenen inneren
Widerstandes. Falls die Erregerspule 6 Wärme erzeugt
und dadurch die Temperatur ansteigt, würde der innere Widerstand der
Erregerspule weiter zunehmen, und dadurch ein magnetisches Feld
erzeugen, das nicht ausreicht eine notwendige Ausgangsleistung bereitzustellen,
daher ist es wichtig die Erregerspule 6 zu kühlen.
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Daher
kann die oben beschriebene Anordnung einen Wärmepfad bestimmen, entlang
dem Wärme,
die durch die Erregerspule 6 erzeugt wurde, der Reihe nach
an den Rotor 21, die drehbaren Scheiben 19a und 19b,
die Luftschichten 23, die stationären Scheiben 20a und 20b,
den vorderen Träger 9,
den hinteren Träger 18 und
das Kühlwasser übertragen
werden, so dass Wärme
in der Erregerspule 6 an das Kühlwasser abgegeben wird. Zu
diesem Zeitpunkt führt
die Drehung der drehbaren Scheiben 19a und 19b,
aufgrund der Viskosität
der Luft, zu Konvektion in den Luftschichten 23 zwischen
den stationären Scheiben 20a und 20b und
den drehbaren Scheiben 19a und 19b, wobei das
Vorhandensein von Vorsprüngen 22 auf
der Wärmeübertragungsoberfläche der
stationären
Scheiben 20a und 20b eine turbulente Strömung auf
der stromabwärts
gelegenen Seite der Vorsprünge 22 erzeugt,
um so die Wärmeübertragungsrate
zu erhöhen.
Zusätzlich
würde ohne
diese Vorsprünge 22 der
Luftstrom laminar sein, und die Luft in der Umgebung der Schieben
würde im
Wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Scheibenoberflächen rotieren
und so einen Wärmeübertragung
behindern. Demnach kann die Wärmeübertragungsleistung
von den rotierenden Scheiben 19a und 19b auf die
stationären
Scheiben 20a und 20b durch eine Erhöhung der
Drehzahl der rotierenden Scheiben 19a und 19b weiter
erhöht
werden, so dass die Erregerspule 6 stärker gekühlt werden kann.
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Ein
Vergleich der Kühlleistung
zwischen dem Fall ohne Vorsprünge 22 (Stand
der Technik) und der vorliegenden Ausführungsform werden mit Bezug
auf die 3A, 3B und 4 beschrieben.
Die 3A zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen in Eingriff
stehenden Zustand zwischen den drehbaren Scheiben 19a und 19b und
den stationären
Scheiben 20a und 20b zeigt, wobei diese Scheiben
paarweise bereitgestellt werden, und 3B stellt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 3A dar.
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Die
Vorsprünge 22 (2
mm hoch) werden auf den Wärmeübertragungsoberflächen der
stationären Scheiben 20a und 20b gegenüber den
drehbaren Scheiben 19a und 19b bereitgestellt. 4 zeigt
das Berechnungsergebnis des thermischen Widerstands R, der. ein
Indikator der Kühlleistung
zwischen den drehbaren Scheiben und den stationären Scheiben in dem Fall ist,
in dem die drehbaren Scheiben 19a und 19b einen
Außendurchmesser
vom 80 mm aufweisen, 1,2 mm dick, 10 mm hoch und aus Aluminium gefertigt
sind.
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Mit
einer herkömmlichen
Anordnung (ohne die Vorsprünge 22)
wird Wärme
von den drehbaren Scheiben auf die stationären Scheiben über die
Luftschichten 23 hauptsächlich
durch Leitung übertragen.
Demnach, wie in 4 gezeigt, je schmaler die Spalten
G, umso kleiner ist der Widerstand R und demnach variiert der thermische
Widerstand nur wenig, selbst wenn die Drehzahl der drehbaren Scheiben
erhöht
wird. Zieht man ebenso die Verarbeitungsgenauigkeit und die Qualität des Zusammenbaus
in Betracht, so sind die Spalten G praktisch ca. 1 mm breit und,
um hier den thermischen Widerstand zu verringern, wäre es notwendig
eine Anordnung von mehreren Ringen zu verwenden, um so die Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen, was
wiederum zu einer Erhöhung
Kosten in der Herstellung und bei den Teile führt.
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Mit
der Anordnung dieser Ausführungsform ist
es durch das Bereitstelle der Vorsprünge 22 auf der Wärmeübertragungsoberfläche der
Scheiben möglich,
Turbulenzen in den Lücken
zwischen der Oberfläche
des Rotors und denen der Wärmeübertragungsoberfläche, auf
die die Wärme
des Rotors übertragen
wird, zu erzeugen, selbst wenn die Lücken groß und stromab der Vorsprünge 22 sind,
wodurch eine Erhöhung
der Wärmeübertragungsrate ermöglicht wird.
Da die Wärme
von den drehbaren Scheiben auf die stationären Scheiben hauptsächlich über Wärmeübertragung übertragen
wird, hängt
der thermische Widerstand R von der Drehzahl des Rotors ab, unabhängig von
der Größe der Lücken G. Daher
gilt, umso mehr die Drehzahl des Rotors erhöht wird um eine Ausgangsleistung
des Fahrzeuggenerators zu erhalten, umso kleiner ist der thermische
Widerstand R.
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Daher
wird die Kühlleistung
auffallend gegenüber
dem Stand der Technik verbessert.
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Zusätzlich wird
in dieser Ausführungsform gewünscht, dass
die Vorsprünge 22 zwischen
0,5 und 3 mm hoch sind, die drehbaren Scheiben zwischen 0,5 und
2 mm dick und 5 bis 20 mm hoch sind, und dass die Spalten G zwischen
0,5 und 3 mm breit sind. Wie oben beschrieben, sind die Vorsprünge auf den
Wärmeübertragungsflächen, durch
welche die Wärme
von dem Rotor an die Träger übertragen
wird, in einem Zwischenraum, der durch die Oberfläche des
Rotors und die Wärmeübertragungsoberflächen der
Träger,
auf die die Wärme
von dem Rotor übertragen
wird, gebildet wir angeordnet, wobei durch die Rotation des Rotors
Konvektion verursacht wird, um in der Luft Schichten auf der Wärmeübertragungsoberfläche des
Rotors und auf der Wärmeübertragungsoberfläche der
Träger
zu erzeugen, die zusammen mit der turbulenten Strömung, die
stromab der Vorsprünge
erzeugt wird, zu einer Erhöhung
der Wärmeübertragungsrate
bei der Erhöhung
der Drehzahl des Rotors führt.
Daher kann die Oberfläche
des Rotors und die Wärmeübertragungsoberfläche der
Träger,
auf die die Wärme
von dem Rotor übertragen wird,
in ihrer Fläche
verkleinert werden und eine Spalte zwischen der Oberfläche des
Rotors und der Wärmeübertragungsoberflächen der
Träger,
auf die die Wärme
des Rotors übertragen
wird, kann vergrößert werden.
Dadurch kann eine Verringerung der Kosten für Verarbeitung, Teile und Zusammenbau
erreicht werden. Des Weiteren wird die Kühlleistung der Erregerspule
durch eine Erhöhung
der Drehzahl des Rotors erhöht,
so dass eine hohe Ausgangsleistung und hohe Effizienz erreicht werden
können.
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Ferner
kann die Kühlleistung
der Erregerspule durch einen Zwischenraum, der durch die Oberfläche des
Rotors und die Wärme übertragungsoberflächen der
Träger,
an die die Wärme
des Rotors übertragen
wird, gebildet wird weiter erhöht
werden, d.h. in dem Zustand, in dem der Rotor im Wesentlichen durch
die Träger,
das Gehäuse
und die Dichtungen umfasst wird. Daher ist es im Vergleich mit einem luftgekühlten Fahrzeuggenerator,
der mit einem Lüfter
versehen ist, möglich,
die Geräuschentwicklung zu
reduzieren und dem Eindringen von fremder Materie vorzubeugen, wodurch
eine Erhöhung
der Zuverlässigkeit
erreicht werden kann.
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Die 5A und 5B beschreiben
ein weiteres Beispiel der in 1 gezeigten,
miteinander in Eingriff stehenden, Scheiben und zeigen eine Ansicht ähnlich der 2A und 2B.
Die in den 5A und 5B gezeigte
Anordnung unterscheidet sich von der in den 2A und 2B gezeigten dadurch,
dass die Vorsprünge 22 (Bauteile
zur Erzeugung einer turbulenten Strömung) auf den Wärmeübertragungsoberflächen beiden,
den drehbaren Scheiben 19a und 19b und den ihnen
gegenüberliegen
stationären
Scheiben 20a und 20b, angeordnet sind. Mit einer
solchen Anordnung erzeugt die Drehung der drehbaren Scheiben 19a und 19b eine
Konvektion in den Luftschichten 23 zwischen den stationären Scheiben 20a und 20b und
den drehbaren Scheiben 19a und 19b aufgrund der
Viskosität
der Luft und eine turbulente Strömung
auf der stromabwärts
gelegenen Seite der Vorsprünge 22,
um so die Wärmeübertragungsrate
auf beiden Transferoberflächen,
der drehbaren Scheiben und der stationären Scheiben, zu erhöhen. Somit
wird die Wärmeübertragungsleistung
von den rotierenden Scheiben 19a und 19b auf die
stationären
Scheiben 20a und 20b weiter erhöht. Mit
einer solchen Anordnung wird der gleiche Kühleffekt wie in der ersten
Ausführungsform erreicht,
aber dadurch, dass zusätzliche
Arbeit bei der Bildung der Vorsprünge geleistet wird, wird aber, verglichen
mit der ersten Ausführungsform,
an eine Erhöhung
des Kühleffekts
geglaubt.
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Die 6A und 6B beschreiben
ein weiteres Beispiel eines miteinander in Eingriff Stehen der in 1 gezeigten
Scheiben und ist eine den 2A und 2B ähnliche
Ansicht. Die in den 6A und 6B gezeigte
Anordnung unterscheidet sich von der in den 2A und 2B und 5A und 5B gezeigten
darin, dass die Umfänge
der drehbaren Scheiben 19a und 19b teilweise ausgeschnitten
sind, um so Einkerbungen 24 bereitzustellen. Mit einer
solchen Anordnung wird zusätzlich
zu der durch die Vorsprünge 22,
die auf den stationären
Scheiben 20a und 20b bereitgestellt sind, erzeugten
Turbulenz eine weitere Turbulenz in der Luft, die die Einkerbungen 24 umfließt, erzeugt,
um so eine Erhöhung
der Wärmeübertragungsrate
zu herbeizuführen,
so dass der Kühleffekt
auf den Rotor, verglichen mit der ersten Ausführungsform, erhöht wird.
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Des
Weiteren wird in den 7 bis 9 eine weitere
Ausführung
eines Generators beschrieben. 7 zeigt
einen Querschnitt der Länge
nach durch einen flüssigkeitsgekühlten Fahrzeuggenerators ähnlich 1,
in der die erste Ausführungsform gezeigt
ist. Diese Ausbildung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform
darin, dass anstelle der rotierenden Scheiben 19a und 19b und
den stationären
Scheiben 20a und 20b eine Mehrzahl von Flügeln (Vorsprünge oder
Teile zur Erzeugung einer turbulenten Strömung) 22 an beiden
Endoberflächen
eines Rotors 21 derart vorgesehen sind, um die Strömungen,
die in einer Umdrehungsrichtung erzeugt werden, zu unterbrechen,
wie in den 8 und 9 gezeigt,
sowie Flügel
(Vorsprünge
oder Teile zur Erzeugung einer turbulenten Strömung) 22 an einem vorderen
Träger 9 und
an einem hinteren Träger 18, die
den Endoberflächen
des Rotors gegenüberliegen,
vorgesehen sind. Da solche Vorsprünge in einem Winkel, der im
Wesentlichen senkrecht zu einer Umdrehungsrichtung ist, angeordnet
sind, kann in dieser Ausfüh rung
der Winkel so gewählt
werden, dass Luftströmungen,
die durch die Rotation erzeugt werden, unterbrochen werden können und
Turbulenzen auf der stromabwärts
gelegenen Seite der Flügel (Vorsprünge) 22 erzeugt
werden können.
Ferner sind auch Aussparungen 25 auf der Oberfläche eines
Magnetpolkerns 3 in dieser Ausführung vorgesehen, um Turbulenzen
stromab davon zu erzeugen, wobei die Kühleffizienz gesteigert wird.
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Bei
einer solchen Anordnung führt
die Drehung des Rotors 21, aufgrund der Viskosität der Luft, zur
Konvektion in den Luftschichten 23 zwischen den Seitenoberflächen des
Rotors 21 und den Trägern 9, 18 sowie
in einer Luftschicht 26 zwischen dem Rotormagnetpolkern 3 und
dem Ständerkern 7 und
erzeugt dementsprechend Turbulenzen auf der stromabwärts gelegenen
Seite der Vorsprünge 22 und
der Aussparungen 25, so dass die Wärmeübertragungsrate an den Seitenoberflächen des
Rotors 21, Wärmeübertragungsoberflächen der
Träger 9 und 18,
einer Oberfläche
des Rotormagnetpolkerns 3 und einer Wärmeübertragungsoberfläche des
Ständerkerns 7 erhöht wird,
um dadurch die Wärmeübertragungsleistung
von den Seitenoberflächen
des Rotors 21 auf die Träger 9, 18 und
die von den Oberflächen
des Rotormagnetpolkerns 3 auf den Statorkern 7 zu
erhöhen.
Dadurch ist die Kühleffizienz
des Rotors, verglichen mit der in 1 gezeigten
Ausführungsform verbessert
und der Rotor 21 kann in axialer Richtung verkleinert werden,
da keine rotierenden Scheiben oder stationären Scheiben vorgesehen sind.
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Zusätzlich können in
der obigen Ausführung das
Gehäuse 10 und
der vordere Träger 9 ineinander integriert
ausgebildet sein. Ebenso kann das Gehäuse 10 und der hintere
Träger 18 miteinander
integriert ausgebildet sein. Ebenso kann der vordere Träger und
die stationäre
Scheibe 20a miteinander integriert ausgebildet sein und
der hintere Träger 18 und
die stationäre
Scheibe 20b können
miteinander integriert ausgebildet sein. Ebenso können der
Rotor 21 und die drehbaren Scheiben 19a und 19b miteinander
integriert ausgebildet sein. Wenn der vordere Träger 9 von der stationären Scheibe 20a getrennt
ist und der hintere Träger 18 von
der stationären
Scheibe 20b getrennt ist, können die stationären Scheiben 20a und 20b aus
einem Metall, wie zum Beispiel Eisen oder Aluminium, gesintertem
Metall oder Harz ausgebildet sein. Des Weiteren, falls der vordere
Träger 9 integriert
mit der stationären
Scheibe 20a und der hintere Träger 18 mit der stationären Scheibe 20b integriert
ausgebildet ist, können
sie durch Aluminiumdruckguss hergestellt werden.
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Der
Kühlwasserkanal 17 kann
innerhalb des vorderen Trägers 9 oder
innerhalb des hinteren Trägers 18 angeordnet
sein. Anstelle der Vorsprünge 22 können Aussparungen
auf der Wärmeübertragungsoberfläche vorgesehen
sein. Die rotierenden Scheiben, stationären Scheiben und Vorsprünge können auf
einer Seite des Rotors 21 vorgesehen sein. Zusätzlich kann
die Kombination von Vorsprüngen
auf den rotierenden Scheiben, stationären Scheiben und den Wärmeübertragungsoberflächen ebenso
bei einem luftgekühlten
oder kombinierten luftgekühlten und
flüssigkeitsgekühlten Fahrzeuggenerator
sowie bei bürstenlosen
Fahrzeuggeneratoren angewendet werden.
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Wie
oben beschrieben, wird in einem Fahrzeuggenerator entsprechend der
Erfindung eine Oberfläche
des Rotors und Wärmeübertragungsoberflächen der
Träger,
auf die die Wärme
des Rotors übertragen
wird, in einem geschlossenen Raum angeordnet und ferner sind Teile
zur Erzeugung einer turbulenten Strömung vorgesehen, wobei die
Wärmeübertragungsrate
mit der Drehzahl des Rotors verbessert wird. Daher wird es möglich, eine
Wärmeübertragungsoberfläche auf
der Seite des Rotors zu reduzieren, und Oberflächen, auf die die Wär me des Rotors übertragen
wird und Lücken
zwischen den Wärmeübertragungsoberflächen und
der Seite des Rotors und den Oberflächen, auf die die Wärme des Rotors übertragen
wird, zu vergrößern. Daher
ist es möglich,
eine Reduzierung bei den Kosten für Herstellung, Teile und Zusammenbau
zu erreichen. Ebenso wird die Kühlleistung
der Erregerspule entsprechend der Drehzahl des Rotors erhöht, so dass es
möglich
ist, eine hohe Ausgangsleistung und einen hohen Wirkungsgrad zu
erreichen.