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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Fahrzeugwechselstromgenerator, welcher an einem Fahrzeugmotor
angebracht ist, und betrifft einen Kühlkörper, welcher an einem Gleichrichter
darin installiert ist.
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Hintergrund
der Erfindung
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12 ist
ein Querschnitt, welcher ein Beispiel eines herkömmlichen Fahrzeugwechselstromgenerators
darstellt. Der Wechselstromgenerator von 12 umfasst: ein Gehäuse 3, welches aus
einem Aluminiumfronthalter 1 und einem hinteren Aluminiumhalter 2 besteht;
eine Welle 6, welche in dem Gehäuse derart angeordnet ist,
dass diese mittels Lagerungen frei rotiert, wobei an einem Ende
davon eine Rolle 4 befestigt ist; einen Lundell-artigen
Rotor 7, welcher an der Welle 6 befestigt und
im Gehäuse 3 untergebracht
ist; Lüfter 5,
welche an beiden Enden des Rotors 7 befestigt sind; einen
Stator 8, welcher an der inneren Wand des Gehäuses 3 derart
gesichert ist, dass dieser den Rotor 7 umgibt; Schleifringe 9,
welche an dem anderen Ende der Welle 6 zur Aufbringung
eines elektrischen Stromes an dem Rotor 7 gesichert sind;
ein Bürstenpaar 10,
welches in dem Gehäuse
derart angeordnet ist, dass dieses mit den Schleifringen 9 in
Kontakt gleitet bzw. schleift; einen Bürstenhalter 11, in
welchem die Bürsten 10 untergebracht
sind; einen Gleichrichter 12, der mit dem Stator 8 zum
Gleichrichten in Gleichstrom elektrisch verbunden ist, welcher in
dem Stator 8 erzeugt wird; einen Kühlkörper 17, welcher über den
Bürstenhalter 11 eingepasst ist
bzw. anliegt; und einen Regulator 18, welcher an dem Kühlkörper mittels
eines Haftmittels zur Regulierung der Höhe des Wechselstroms angebracht
ist, der in dem Stator 8 erzeugt wird.
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Der Regulator 18 ist durch
Anbringung an keramischen Plattenleistungstransistoren zur Steuerung
des Erregerstroms konstruiert, welcher zu dem Rotor 7 und
anderen Steuerschaltkreisen fließt. Dann wird der Kühlkörper 17,
welcher eine Vielzahl von Rippen aufweist, an der hinteren Seite
der keramischen Platte (die Seite, an welcher die Leistungstransistoren
und die Steuerschaltkreise nicht montiert sind) unter Verwendung
eines Haftmittels fixiert, so dass die Wärme abgestrahlt bzw. abgeleitet
wird, welche von den Leistungstransistoren erzeugt wird.
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Wie in den 13 und 14 gezeigt,
umfasst der Gleichrichter 12 einen Positivseitenkühlkörper 24,
an welchem eine Vielzahl von Positivseitendioden 23 verbunden
sind, welche als unidirektionale Leitungselemente wirken, und einen
Negativseitenkühlkörper 26,
an welchem eine Vielzahl von Negativseitendioden 25 verbunden
sind, die als unidirektionale Leitungselemente wirken, und eine
Leiterplatte bzw. Platine 27. Die Positivseiten- und Negativseitenkühlkörper 24, 26 weisen
jeweils eine Vielzahl von geraden Rippen 24a, 26a auf,
die rechtwinklig zur Welle 6 hervorragen und sich parallel
zur Welle 6 erstrecken. Beispielsweise können 20
von diesen Rippen 24a, 26a vorgesehen sein, welche
eine Durchschnittsdicke von 1,3 mm in Richtung des Vorsprungs, einen
Abstand von 2,5 mm und eine Vorsprungs- bzw. Vorstehhöhe von 14
mm aufweisen. Die Vielzahl der Dioden 23, 25 sind
mit einem vorbestimmten Abstand durch Verlöten an den Oberflächen der
jeweiligen Kühlkörper 24, 26 parallel
zur Welle 6 an der gegenüberliegenden Seite von der Seite
verbunden, an welcher die Rippen 24a, 26a angeordnet
sind. Die Kühlkörper 24, 26 sind
derart zusammengebaut, dass der rückwärtige Teil von jeder der Dioden 23, 25 in
radialer Richtung einander entgegengesetzt positioniert sind. Litzen 23a, 25a der gepaarten
Positivseiten- und Negativseitendioden 23 und 25 sind
an einer Stelle an den Verbindungsanschlüssen 27a der Platine 27 bzw.
der Leiterplatte 27 miteinander verbunden bzw. zusammengestellt,
und wobei diese jeweils mit den Ausgabeanschlüssen 16a der Statorwicklung 16 verbunden
sind, so dass der Dreiphasenwechselstrom in einen Gleichstrom umgewandelt
bzw. gleichgerichtet wird. Ferner wird die Wärme, welche von den Dioden 23, 25 aufgrund der
Leistungserzeugung erzeugt wird, von den Rippen 24a, 26a abgestrahlt
bzw. abgeleitet, welche an den Kühlkörpern 24, 26 angeordnet
sind.
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Der Rotor 7 umfasst: eine
Rotorwicklung 13, zur Erzeugung eines magnetischen Flusses
durch die Hindurchleitung von elektrischem Strom; und einen Polkern 14,
welcher derart angeordnet ist, dass die Rotorwicklung 13 abgedeckt
wird, in welcher die magnetischen Pole durch den magnetischen Fluss ausgebildet
werden, welcher durch die Rotorwicklung 13 erzeugt wird.
Die Polkerne 14 umfassen einen ersten Polkernkörper 21 und
einen zweiten Polkernkörper 22,
welche gegenseitig miteinander verbunden sind.
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Der Stator 8 umfasst: einen
Statorkern 15; und eine Statorwicklung 16, die
aus einem Kabel aufgebaut ist, welches um den Statorkern 15 bzw.
an dem Statorkern 15 gewickelt ist, in welchem der Wechselstrom
durch die Veränderungen
in dem magnetischen Fluss von der Rotorwicklung 13 erzeugt wird,
wenn sich der Rotor 7 dreht.
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Bei einem herkömmlichen Fahrzeugwechselstromgenerator,
welcher in der vorstehend erwähnten
Art und Weise konstruiert ist, wird der Strom von einer nicht gezeigten
Batterie durch die Bürsten 10 und
die Schleifringe 9 zu der Rotorwicklung 13 aufgebracht,
wobei der magnetische Fluss erzeugt wird, und wobei zur selben Zeit
das Drehmoment des Motors auf die Welle mittels der Rolle 4 übertragen wird,
wobei der Rotor 7 derart rotiert, dass ein Drehmagnetfeld
auf die Statorwicklung 16 aufgebracht und die elektromagnetische
Kraft in der Statorwicklung 16 erzeugt wird. Diese wechselnden
elektromagnetischen Kräfte
verlaufen durch den Gleichrichter 12 und werden in Gleichstrom
gleichgerichtet bzw. umgewandelt, wobei dessen Größe durch
den Regulator 18 reguliert und die Batterie erneut geladen wird.
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Nun erzeugt der Rotor 12,
die Statorwicklung 16, der Gleichrichter 12 und
der Regulator 18 konstant Wärme während der Leistungserzeugung.
Bei einem Wechselstromgenerator mit einem veranschlagten Ausgangsstrom
in der 100 A-Klasse ist die in der Rotorwicklung 12, der
Statorwicklung 16, dem Gleichrichter 12 und dem
Regulator 18 erzeugte Wärme
60 W, 500 W, 120 W bzw. 6 W.
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Einlassöffnungen 1a, 2a und
Auslassöffnungen 1b, 2b,
die eine Ventilation ermöglichen,
welche durch die Lüfter 5 erzeugt
wird, die an dem Rotor 7 angeordnet sind, sind in dem vorderen
Halter 1 und dem hinteren Halter 2 gebohrt. Somit
strömt
in das hintere Ende aufgrund der Drehung der Lüfter 5 (Rotor 7)
Luft von außen
in das Gehäuse 3 durch
die Einlassöffnungen 2a,
welche gegenüber
den Kühlkörpern 17, 24, 26 angeordnet
sind, strömt
durch die Kühlkörper 17, 24, 26 und
kühlt den
Gleichrichter 12 und den Regulator 18. Dann wird
die Luft zentrifugal durch die Lüfter 5 zurückgeführt, kühlt die
Statorwicklungsenden in dem hinteren Ende und wird dann nach außen durch
die Auslassöffnungen 2b ausgestoßen. In
dem vorderen Ende strömt
Luft aufgrund der Drehung der Lüfter 5 von
der Außenseite
axial in das Gehäuse 3 durch
die Einlassöffnungen 1a,
wobei dann diese Luft zentrifugal durch die Lüfter 5 zurückgeführt wird,
die Statorwicklungsenden in dem Frontende kühlt und dann nach außen durch
die Auslassöffnungen 1b ausgestoßen wird.
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Die Rippen, welche an den Kühlkörpern 17, 24, 26 angeordnet
sind, sind rechtwinklig zu den Kontaktflächen zwischen der keramischen
Platte und den Dioden sowie den Kühlkörpern 17, 24, 26 ausgebildet,
und wobei die Temperatur in den Dioden 23, 25 des
Gleichrichters 12 ansteigt und die Leistungstransistoren
des Regulators 18 durch den Wärmeaustausch mit der Luft hinsichtlich
ihrer Leistung unterdrückt
bzw. entstört
werden, welche zwischen den Rippen strömt. Wenn die erzeugte Wärmemenge
und die verwendeten Materialien konstant sind, ist der Wert der
Temperaturzunahme dt im Wesentlichen von der Geschwindigkeit v der
Luft abhängig,
welche durch die Kühlkörper und
die Oberfläche
A der Rippen strömt,
und wobei deren Beziehung durch die Gleichung (1) ausgedrückt werden
kann: dt ∝ Q/(A × vα) (1)
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Darüber hinaus wird α durch den
Zustand der Luft bestimmt, welche durch die Kühlkörper strömt, und beträgt 0,5,
wenn der Strom laminar ist und 0,8, wenn der Luftstrom turbulent
ist.
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Aus der Gleichung 1 ist es ersichtlich,
dass die Temperaturzunahme dT durch Zunahme der Oberfläche A der
Rippen unterdrückt
werden kann, und wobei dies bei einem begrenzten Raum bedeutet,
dass die Rippen dünner
zu machen sind und deren Anzahl zu erhöhen ist. Obwohl die Oberfläche der Rippen
durch das Dünnermachen
der Rippen und dessen Zunahme von dessen Anzahl erhöht werden kann,
nimmt jedoch die Ventilationsmenge ab, welche hindurchströmt, wobei
die Geschwindigkeit v der Luft reduziert wird und folglich die Temperaturzunahmen
auf diese Art und Weise nicht unterdrückt werden können.
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15 ist
ein Querschnitt, welcher ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen
Fahrzeugwechselstromgenerators darstellt, beispielsweise den in
der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. HEI 8-182279 beschriebenen, 16 ist eine Draufsicht des
hinteren Halters des Fahrzeugwechselstromgenerators, der in 15 gezeigt ist, und 17 und 18 sind perspektivische bzw. plane Ansichten,
welche einen Gleichrichter darstellen, der in dem in 15 gezeigten Fahrzeugwechselstromgenerator verwendet
wird.
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Abgesehen von der Verwendung eines Gleichrichters 30 ist
die Konstruktion von diesem herkömmlichen
Fahrzeugwechselstromgenerator die gleiche wie bei dem herkömmlichen
Fahrzeugwechselstromgenerator, welcher in 12 gezeigt ist.
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Der Gleichrichter 30, welcher
bei diesem herkömmlichen
Fahrzeugwechselstromgenerator verwendet wird; umfasst einen Positivseitenkühlkörper 31,
an welchem eine Vielzahl von Positivseitendioden 23 verbunden
sind, und einen Negativseitenkühlkörper 32,
an welchem eine Vielzahl von Negativseitendioden 25 verbunden
sind, sowie eine Leiterplatte bzw. Platine 33. Die Kühlkörper 31, 32 und
die Leiterplatte 33 sind jeweils in einer Hufeisenform
ausgebildet. Eine Vielzahl von Rippen bzw. Finnen 31a sind radial
an einer Fläche
des Positivseitenkühlkörpers 31 angeordnet.
Die Vielzahl der Dioden 23 sind mit einem vorbestimmten
Abstand durch Verlöten
an der Oberfläche
des Kühlkörpers 31 an
der gegenüberliegenden
Seite zu derjenigen Seite verbunden, an welcher die Rippen 31a angeordnet
sind. Andererseits sind an dem Negativseitenkühlkörper 32 keine Rippen
angeordnet, und eine Vielzahl von Dioden 25 sind mit einem
vorbestimmten Abstand durch Verlöten
an dessen Hauptfläche
verbunden. Die Kühlkörper 31, 32 sind
koaxial derart zusammengebaut, dass die mit Dioden 23, 25 versehenen
Flächen
auf derselben Ebene liegen, und wobei die Litzen bzw. Leiter bzw.
das Lot 23a, 25a von jedem der Diodenpaare 23, 25 derart
positioniert sind, dass diese in radialer Richtung entgegengesetzt
zueinander sind bzw. sich gegenüberliegen.
Dann werden die Litzen 23a, 25a des Diodenpaars 23, 25 an
einer Stelle an den Verbindungsanschlüssen 33a der Leiterplatte 33 zusammengesetzt
und sind jeweils mit den Ausgangsanschlüssen 16a der Statorwicklung 16 verbunden.
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Bei einem Gleichrichter 30,
der in dieser Art und Weise konstruiert ist, sind die Flächen der
Kühlkörper 31, 32,
welche mit den Dioden 23, 25 versehen sind, rechtwinklig
zur Achse der Welle 6 und an dem hinteren Halter 2 derart
montiert, dass diese koaxial zu der Welle 6 werden. In
diesem Fall ist der negative Seitenkühlkörper 32 direkt an
einer Lagerfläche
in dem hinteren Halter 2 montiert und geerdet. Darüber hinaus
ragen die Rippen 31a parallel zur Achse der Welle 6 in
einem rechten Winkel von einer Fläche des Kühlkörpers 31 hervor und
bilden ein radiales Muster, welches sich in Richtung der Achse der
Welle 6 erstreckt.
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Bei diesem herkömmlichen Fahrzeugwechselstromgenerator,
da die Oberfläche
des Kühlkörpers 31,
welche mit Dioden versehen ist, rechtwinklig zur Achse der Welle
ist, strömt
Luft, welche durch die Einlassöffnungen 2a gegenüber der
Rippen 31a durch die Drehung der Lüfter 5 eingeführt wird,
zwischen den Rippen 31a und verläuft dann zwischen dem Kühlkörper 31 und
der Welle 6 und gelangt daraufhin zu den Lüftern 5.
Da dieser Kühlkörper 31 in einer
Hufeisenform ausgebildet ist, sind die Zwischenräume zwischen den Rippen 31a an
der Seite nahe an der Welle 6 verengt. Wenn die Rippen 31a dünner gemacht
werden und dessen Anzahl erhöht wird,
wird somit der Luftstrom an der Seite nahe der Welle 6 bzw.
am nächsten
zu der Welle 6 gedrosselt, was zu einem Verlust der Kühlperformance
führt.
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Diese Kühlkörper 24, 26, 31, 32 werden üblicherweise
durch ein Druckgussherstellungsverfahren bearbeitet bzw. hergestellt,
und wenn die Rippen zu dünn
hergestellt sind, treten Fehler und Probleme bei der Entfernung
aus der Form auf, was es unmöglich
macht, die Kühlkörper herzustellen
bzw. zu bearbeiten. Wenn im Gegensatz dazu die Dicke der Form entsprechend
des Abstands zwischen den Rippen in Bezug auf die Dicke der Rippen
zu dünn
ist, wird die Lebensdauer der Form signifikant im Vergleich zu einer
normalen Form vermindert, mit welcher es möglich ist, 200.000 Stück auszuformen
bzw. herzustellen.
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Die
US
5,519,938 beschreibt einen Kühlkörper, welcher mittels einer
Multidrahtsäge
bzw. Vieldrahtsäge
bearbeitet wird und Hitzeverteilplatten aufweist, welche jeweils
eine Dicke von nicht mehr als 1 mm aufweisen und durch einen Spalt
von nicht mehr als 1,5 mm voneinander entfernt sind. Jedoch wird hierzu
nichts über
die Vorstehhöhe
H der Wärmeverteilplatten
von der Basis des Kühlkörpers erwähnt.
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Die US-A-5,473,208 offenbart eine
Kühlstruktur
für einen
Wechselstromgleichrichter mit einem hufeisenförmigen Kühlkörper.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen als Massenprodukt herstellbaren Kühlkörper bereitzustellen,
der eine exzellente Kühlperformance
sicherstellt.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung liegt darin, einen Fahrzeugwechselstromgenerator bereitzustellen,
welcher dazu fähig
ist, durch Unterdrückung
von Temperaturerhöhungen
in den Dioden des Gleichrichters und des Stators stabil zu laufen
bzw. stabil betrieben zu werden.
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Ein Kühlkörper gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Druckgusskühlkörper, der
versehen ist mit:
einer flachen Basis mit einer im Wesentlichen
rechtwinkligen planaren Form, wobei eine Oberfläche davon eine Fläche zur
Anbringung von wärmeerzeugenden
Komponenten bildet; und
eine Vielzahl von Rippen bzw. Finnen,
welche an der anderen Oberfläche
der Basis in einem Abstand bzw. in einer Teilung (P) in Längsrichtung
der Basis angeordnet sind, welche jeweils rechtwinklig von der anderen
Fläche
der Basis hervorstehen und sich in Längsrichtung der Basis erstrecken
bzw. in Längsrichtung
von der Basis hervorstehen,
wobei die Vorsprungshöhe (H) der
Rippen von der Basis das Fünffache
oder mehr der Dicke (T) der Rippen ist,
und wobei die Vielzahl
der Rippen derart ausgebildet sind, dass die Dicke (T), die Höhe (H),
der Abstand (P) der Rippen die Gleichungen erfüllt T ≤ 1 mm und
0,35 ≤ T/P ≤ 0,6
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Darüber hinaus ist ein Kühlkörper gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Druckgusskühlkörper, welcher
versehen ist mit:
einer flachen Basis mit einer im Wesentlichen
rechtwinkligen planaren Form, wobei eine Oberfläche davon eine Fläche zur
Anbringung von wärmeerzeugenden
Komponenten bildet; und
wobei die Vorsprungshöhe (H) der
Rippen von der Basis das Fünffache
oder mehr der Dicke (T) der Rippen ist,
und wobei die Vielzahl
der Rippen, welche an der anderen Oberfläche der Basis in einem radialen
Muster mit einer gleichmäßigen ringförmigen Teilung
in Umfangsrichtung der Basis angeordnet sind, wobei diese jeweils
rechtwinklig von der anderen Oberfläche der Basis hervorstehen,
und
wobei die Vielzahl der Rippen derart ausgebildet sind, dass die
Dicke (T), die Höhe
(H) und die Teilung (P) der Rippen an dem inneren Umfangsende die Gleichungen
erfüllt T ≤ 1
mm und 0,35 ≤ T/P ≤ 0,6.
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Darüber hinaus weist ein Fahrzeugwechselstromgenerator
gemäß der vorliegenden
Erfindung auf:
einen Rotor, welcher innerhalb eines Gehäuses untergebracht
und derart gelagert ist, dass dieser mittels einer Rotorwelle frei
drehbar ist;
einen Stator, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet
ist, so dass der äußere Umfang
des Rotors umgeben wird; und
einen Gleichrichter, welcher mit
einem Positivseiten- und einem Negativseitenkühlkörper versehen ist, welche jeweils
Positivseiten und Negativseiten-unidirektionale Leitungselemente
stützen,
um den Wechselstrom gleichzurichten, welcher von dem Rotor erzeugt
wird,
wobei beide Kühlkörper aus
flachen Basen mit planaren Hufeisenformen mit voneinander unterschiedlichen
inneren Durchmessern aufgebaut und derart angeordnet sind, dass
die Ebenen von jeder Hufeisenform im Wesentlichen auf derselben
Ebene rechtwinklig zur Achse der Welle liegt und sich beide Basen
radial überlappen,
wobei
die Positivseiten- und Negativseiten-unidirektionalen Leitungselemente
an einer Fläche
von deren entsprechenden Basen gelagert werden,
und wobei der
Kühlkörper, welcher
radial innerhalb angeordnet ist, aus einem Druckguss hergestellt
ist, welcher versehen ist mit:
einer Vielzahl von Rippen, die
an der anderen Oberfläche
der Basis in einem radialen Muster mit einer gleichmäßigen ringförmigen Teilung
in der Umfangsrichtung der Basis angeordnet sind, welche sich jeweils
rechtwinklig von der anderen Fläche
der Basis erheben, wobei die Vorsprungshöhe (H) der Rippen von der Basis
das Fünffache
oder mehr der Dicke (T) der Rippen beträgt, und wobei die Vielzahl
der Rippen derart ausgeformt sind, dass die Dicke (T), die Höhe (H) und
die Teilung (P) bzw. der Abstand (P) der Rippen an dem inneren Umfangsende
die Gleichungen T ≤ 1
mm und 0,35 ≤ T/P ≤ 0,6 erfüllt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht, welche einen Kühlkörper gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
eine Frontansicht, welche einen Kühlkörper gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 ist
ein Graph, welcher den Temperaturanstieg in einem Stator und in
den Dioden eines Gleichrichters bei einem Fahrzeugwechselstromgenerator
darstellt, welcher einen Kühlkörper gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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4 ist
ein Diagramm, welches ein Widerstandssystem in einem Kontraktionsmodell
darstellt;
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5 ist
ein Graph, welcher das Verhältnis zwischen
T/P und der Kühlung
in dem Kühlkörper gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ist
eine Draufsicht, welche einen Kühlkörper gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ist
eine ebene Ansicht des hinteren Halters eines Fahrzeugwechselstromgenerators, welcher
einen Kühlkörper gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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8 ist
eine ebene Ansicht des hinteren Halters eines Fahrzeugwechselstromgenerators, welcher
einen Kühlkörper eines
vergleichenden Beispiels aufweist;
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9 ist
eine ebene Ansicht des hinteren Halters eines Fahrzeugwechselstromgenerators, welcher
einen Kühlkörper gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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10 ist
eine Draufsicht, welche einen Kühlkörper gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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11 ist
ein Diagramm, welches die Effekte eines Kühlkörpers gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert;
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12 ist
ein Querschnitt, welcher einen herkömmlichen Fahrzeugwechselstromgenerator darstellt;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht, welche einen herkömmlichen Gleichrichter darstellt;
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14 ist
eine perspektivische Ansicht, welche einen herkömmlichen Kühlkörperzusammenbau darstellt;
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15 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen weiteren herkömmlichen
Fahrzeugwechselstromgenerator darstellt;
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16 ist
eine ebene Ansicht des hinteren Halters von. einem weiteren herkömmlichen
Fahrzeugwechselstromgenerator;
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17 ist
eine perspektivische Ansicht, welche einen Gleichrichter darstellt,
der in einem herkömmlichen
Fahrzeugwechselstromgenerator von 15 verwendet
wird; und
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18 ist
eine Draufsicht, welche einen Gleichrichter darstellt, der in einem
herkömmlichen Fahrzeugwechselstromgenerator
von 15 verwendet wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
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Die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen
erläutert.
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Ausführungsform 1
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Die 1 und 2 sind eine Draufsicht bzw. eine
Seitenansicht, welche einen Kühlkörper für einen
Gleichrichter darstellen, welcher in einem Fahrzeugwechselstromgenerator
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Der Kühlkörper 40 von 1 und 2 ist ein Druckguss bzw. Druckgusskühlkörper aus ADC10-Material
und umfasst:
eine flache Basis 41 mit einer im Wesentlichen
rechteckigen ebenen Form, wobei eine Fläche davon eine Oberfläche für die Anbringung
von Dioden bildet, welche wärmeerzeugende
Komponenten sind; und
eine Vielzahl von Rippen bzw. Finnen 42 mit
einer vorbestimmten Dicke (T), welche von der anderen Oberfläche der
Basis 41 bis zu einer vorbestimmten Höhe (H) hervorstehen, so dass
diese rechtwinklig zur Längsrichtung
der Basis 41 verlaufen und in einem vorbestimmten Abstand
(P) zur Längsrichtung der
Basis (41) angeordnet sind.
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Um einen Gleichrichter unter Verwendung der
Kühlkörper 40 zusammenzubauen,
wird ein Kühlkörper 40,
welcher durch Verbindung einer Vielzahl von Positivseitendioden
an eine Oberfläche
einer Basis 41 in Längsrichtung
der Basis 41 aufgebaut bzw. konstruiert ist, und einen
Kühlkörper 40 vorbereitet bzw.
bearbeitet, welcher durch Verbindung einer Vielzahl von negativseitigen
Dioden an einer Oberfläche einer Basis 41 in
Längsrichtung
der Basis 41 konstruiert wird. Dann werden die beiden Kühlkörper 40 derart
zusammen platziert, dass die hinteren Abschnitte der positivseitigen
Dioden und die hinteren Abschnitte der negativseitigen Dioden einander
in radialer Richtung gegenüberliegen,
wobei eine Leiterplatte über
die beiden Kühlkörper 40 platziert
wird und Litzen bzw. Leiter der gepaarten positivseitigen und negativseitigen
Dioden an einer Stelle an den Verbindungsanschlüssen der Leiterplatte zusammengesetzt
werden, wodurch der Zusammenbau des Gleichrichters vervollständigt wird.
Darüber
hinaus können
herkömmliche
Dioden und Leiterplatten bzw. Platinen verwendet werden.
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Ein auf diese Art und Weise zusammengebauter
Gleichrichter wird an einen Fahrzeugwechselstromgenerator anstelle
eines herkömmlichen Gleichrichters 12 angebracht.
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3 zeigt
die Ergebnisse der Messungen der Temperaturerhöhungen in den Dioden und in dem
hinteren Ende der Statorwicklung, wenn ein Gleichrichter unter Verwendung
der Kühlkörper 40 hergestellt
worden ist, welche jeweils mit 39 Rippen 42 ausgeformt
sind, die eine Dicke (T) von 0,8 mm und eine Höhe (H) von 14 mm und einen
Abstand (P) von 1,6 mm aufweisen, und wobei der Gleichrichter in einen
Fahrzeugwechselstromgenerator mit einem Statorkern 15 mit
einem Durchmesser von 128 mm und einer vorgegebenen Ausgabe von
12 V/100 A installiert worden ist. Darüber hinaus wurden in der gleichen
Art und Weise zum Vergleich die Temperaturerhöhungen in den Dioden eines
herkömmlichen Gleichrichters 12 gemessen,
welcher Kühlkörper 23, 25 verwendet,
die mit 20 Rippen 24a, 26a ausgebildet sind, die
eine Durchschnittsdicke (T) von 1,3 mm und eine Höhe (H) von
14 mm bei einem Abstand (P) von 2,5 mm aufweisen.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass die Temperatur der Dioden 87°C und die Standorttemperatur 65°C bei einem
Fahrzeugwechselstromgenerator betrug, welcher einen Gleichrichter
gemäß der ersten Ausführungsform
verwendet, wohingegen die Temperatur der Dioden bei einem Fahrzeugwechselstromgenerator
101°C betrug,
welcher einen herkömmlichen
Gleichrichter verwendet, und wobei die temperaturreduzierenden Effekte
unter Verwendung der Kühlkörper 40 erzielt
worden sind.
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Als nächstes wurden Gleichrichter
bereitgestellt, welche Kühlkörper 40 mit
einer Rippendicke (T) von 0,8 mm und verschiedenen Verhältnissen
(T/P) der Rippendicke (T) zu dem Abstand (P) aufweisen, und wobei
die Ergebnisse der Temperaturmessungen in den Dioden und in dem
hinteren Ende der Statorwicklung zunehmen, wenn diese Gleichrichter
in Fahrzeugwechselstromgeneratoren installiert wurden, wie in 3 gezeigt.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass, wenn T/P zunimmt, der Wert der Temperaturerhöhung in
den Dioden reduziert wird, jedoch die Temperatur des Stators dazu
tendiert, dass diese zunimmt. Dies liegt wohl daran, da, wenn T/P
zunimmt, der Rippenabstand abnimmt, wodurch sich der Druckverlust
erhöht
und die Ventilationsmenge reduziert wird, welche in den Wärmekühlabschnitt
aufgenommen wird. Im Fall für Dioden
scheint es jedoch wichtiger zu sein, dass die Anzahl der Rippen,
welche ausgebildet werden können,
durch die Reduzierung der Teilung zunimmt, wobei sich dadurch die
Rippenfläche
A erhöht,
welche zur Kühlung
beiträgt,
obwohl die Geschwindigkeit der Luft zwischen den Rippen, welche
zur Kühlung
beitragen, durch die Reduktion der Ventilationsaufnahmemenge vermindert
wird. Wie aus 3 ersichtlich, ist
es in Anbetracht der Temperaturen von sowohl der Dioden als auch
des Stators wünschenswert,
dass T/P 0,3 oder mehr und 0,7 oder weniger beträgt.
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Um den Kühleffekt zu verbessern, ist
es notwendig, die Rippen dünner
auszuführen
und dessen Anzahl anzuheben. Normalerweise werden Kühlkörper durch
einen Druckgussherstellungsprozess hergestellt und bei großen Rippen,
bei denen die Rippenhöhe
das Fünffache
oder mehr der Dicke der Rippen ist, wenn die Dicke der Rippen auf
1 mm oder weniger reduziert wird, Fehler und Probleme bei der Gussentfernung
auftreten, und wenn die Rippen beispielsweise dünner als 3,4 mm hergestellt
werden, wird die Herstellung der Kühlkörper unmöglich. Wenn die Dicke der Rippen
0,8 mm und die Höhe
14 mm beträgt,
wie bei der ersten Ausführungsform,
und wenn T/P 0,6 überschreitet,
dann wird die Dicke der Form zwischen den Rippen auf in etwa 0,5
mm im Vergleich zu einer Höhe
von 14 mm reduziert. Als Folge davon wird die Form geschwächt, und
bei in etwa 50.000 Druckgüssen
bilden sich an der Oberfläche
in diesem Abschnitt der Form Risse bzw. Brüche, was zu einem minderwertigen
Guss führt,
und wobei von den Kantenabschnitten der Form Abnutzung auftritt,
was es unmöglich
macht, die Form weiterhin zu verwenden.
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Die vorstehenden Trends werden nun
im Einzelnen genauer diskutiert.
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Die Faktoren, welche die Temperaturzunahme
begrenzen, sind A × vα aus
der vorstehenden ersten Gleichung, so dass sich daraus die Kühlung K
ergibt. Da darüber
hinaus Q in Gleichung (1) vorgegeben ist, um einen einheitlichen
Ausgangsstrom gleichzurichten, kann es angenommen werden, dass dieses
konstant ist. Somit: K = A × vα.
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Da nun der Abstand, welcher durch
die Rippen eingenommen wird, konstant ist, d. h. dass die Fläche der
Oberfläche
konstant ist, auf welcher die Rippen an der Basis des Kühlkörpers ausgebildet sind,
ergibt sich die Rippenoberflächenfläche A folgendermaßen A ∝ (Anzahl
der Rippen) × (Effizienz
der Rippen)
∝ (W/P) × ζwobei W die Länge der
Oberfläche
ist, auf welcher die Rippen an er Basis der Längsrichtung ausgebildet sind,
und ζ die
Effizienz der Rippen ist.
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In ähnlicher Art und Weise wird
der Ventilationspassagenquerschnitt A' ausgedrückt durch A' ∝ (Anteil der Rippen) × (Rippenabstand – Rippendicke)/
(Rippenabstand)
∝ (P – T) × P.
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Darüber hinaus wird für den Fall
einer allgemeinen Kontraktion der Widerstandskoeffizient δ ausdrückt durch δ =
k × {1 – (Ao(Ai)2}wobei Ai die Passagenquerschnittsfläche vor
der Kontraktion ist und Ao die Passagenquerschnittsfläche nach
der Kontraktion ist, wie in 4 gezeigt.
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Darüber hinaus ist k eine Konstante.
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Durch Ersetzen der entsprechenden
Teile für den
vorliegenden Kühlkörper ergibt
sich daraus δ =
k × [1 – {A'/(W × H)}2]
∝ 1 – {A'/(W × H)}2.
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Da das Verhältnis zwischen dem Druckverlust ΔP und der
Geschwindigkeit v ist ΔP = δ × (Luftdichte)/2 × v2
∝ δ × v2 bis
die Geschwindigkeit v vorgegeben durch v = (ΔP/δ)1/2.
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Wenn nun die Kühllüfter einheitlich sind und angenommen
wird, dass Druckverlustvariationen minimal sind und vernachlässigt werden
können,
dann ergibt sich v ∝ δ1/2.
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Somit kann die Kühlung K ausgedrückt werden
durch K = A × vα
∝ (W/P) × ξ × (δ1/2)α.
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5 zeigt
nun das Verhältnis
zwischen T/P und der Kühlung
K in einem Kühlkörper, bei
dem W = 60 mm und H = 15 mm für
die Fälle,
in welchen die Rippendicke 0,4 mm, 0,6 mm, 0,8 mm, 1,0 mm und 1,2
mm beträgt.
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Es ist aus 5 ersichtlich, dass, wenn die Rippendicke
konstant ist, dass dann die Kühlung
K verbessert wird, wenn T/P zunimmt, was den gleichen Trend wie
bei den experimentellen Ergebnissen darstellt. Dies beruht auf der
Tatsache, dass, wenn T/P zunimmt, die Anzahl der Rippen zunimmt,
welche ausgeformt werden können,
wobei die Zunahme der Rippenfläche
A zur Kühlung
beiträgt.
Darüber
hinaus gilt, dass, je dünner
die Rippendicke, umso besser ist die Kühlung K. Daher ist es aus dem
Gesichtspunkt der Kühlung
K wünschenswert,
dass die Rippendicke 1 mm oder weniger beträgt.
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Ferner ist es von 5 ersichtlich, dass Querschnittspunkte
in der Nähe
von T/P = 0,3 zwischen den Kurven für die Kühlung K in dem Fall auftreten,
in welchem der Luftstrom laminar ist, und die Kurven für die Kühlung in
dem Fall schneiden, in welchem der Luftstrom turbulent ist. Die
Kühlperformance
variiert mit dem Zustand des Luftstroms. Dies liegt daran, da der
Wärmeübertragungskoeffizient zwischen
der Wärmeübertragungsfläche und
der Luft von der Geschwindigkeit der Luft hoch 0,5 abhängt, wenn
die Strömung
laminar ist, und hoch 0,8 abhängt,
wenn die Strömung
turbulent ist. Der Zustand der Strömung wird durch die Reynolds-Zahl
der Hauptströmung
bestimmt, wobei jedoch mikroskopisch dazwischenliegende Bereiche
zwischen einer turbulenten und einer laminaren Strömung aufgrund von
Kollisionen mit Hindernissen, Kurven der Strömung usw. auftreten. Gemäß diesen
Ergebnissen, wenn α von
0,5 auf 0,8 verändert
wird, tritt ein Schnittpunkt in der Nähe von T/P gleich 0,3 auf,
und die Inversion bzw. Umkehrung der Kühlung aufgrund der Änderungen
in dem Zustand der Strömung
tritt nur in der Umgebung von T/P gleich 0,3 auf.
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Da folglich der Zustand des Luftstroms
in Abhängigkeit
von der Größe des Wechselstromgenerators
und der Drehfrequenz variiert, ist es bei der Gestaltung von Kühlkörpern möglich, einen
Kühlkörper mit
einer stabilen Kühlperformance
zu erhalten, welcher nicht durch den Zustand der Strömung durch Festlegung
von T/P außerhalb
der Umgebung von 0,3 beeinträchtigt
wird.
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Gemäß der ersten Ausführungsform
kann die Temperatur der Dioden vermindert werden, ohne umgekehrt
die Statortemperatur zu beeinflussen, und ein als Massenprodukt
herstellbarer Kühlkörper kann bereitgestellt
werden, da die Form der Rippen in einem Kühlkörper mit großen Rippen,
wobei H/T ≥ 5
ist, die Gleichungen in dieser Art und Weise erfüllt T ≤ 1 mm und 0,35 ≤ T/P ≤ 0,6. Darüber hinaus
dient das Rippenformverhältnis
als ein Designindex für
die Erlangung eines Kühlkörpers mit
einer stabilen Kühlperformance,
welche nicht durch den Zustand des Luftstroms beeinträchtigt wird.
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Ferner wird bei der ersten Ausführungsform angenommen,
dass die Dicke der Rippen entlang der Länge der Rippen konstant ist,
wenn jedoch diese von einem Druckgussherstellungsverfahren hergestellt
sind, ist es tatsächlich
notwendig, eine zurückgesetzte
konische Form von in etwa 1 Grad bereitzustellen. Da jedoch die
Rippenoberfläche
und die Luftpassagequerschnittsfläche praktisch unverändert bleiben,
selbst wenn die Rippendicke T als eine Durchschnittsdicke zwischen
den Spitzen und dem Fuß der
Rippen angenommen wird, liegt keine Veränderung für die Effekte des vorstehenden
Designindex vor.
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Des weiteren wurde die erste Ausführungsform
für Kühlkörper erläutert, welche
in Gleichrichtern für
Fahrzeugwechselstromgeneratoren verwendet werden, wobei jedoch der
vorliegende Kühlkörper nicht
auf die Verwendung in Gleichrichter für Fahrzeugwechselstromgeneratoren
beschränkt
ist, und wobei die gleichen Effekte erzielt werden, selbst wenn
diese auf jegliche andere Verwendung angewendet werden, wobei eine
erzwungene Luftkühlung involviert
ist.
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Ausführungsform 2
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6 ist
eine Draufsicht, welche einen Kühlkörper gemäß der zweiten
Ausführungsform
darstellt.
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In 6 ist
der Kühlkörper 43 durch
Druckguss aus ADC10-Material
hergestellt und umfasst: eine flache Basis 44 mit einer
planaren Hufeisenform; und eine Vielzahl von Rippen 45,
welche in einem radialen Muster angeordnet sind, das an einem Punkt O
derart zentriert ist, dass sich diese jeweils rechtwinklig von einer
Fläche
der Basis 44 emporheben. An dem inneren Umfangsende der
Vielzahl der Rippen 45 ist die radiale Länge von
jeder zweiten Rippe um 2 mm kürzer
ausgebildet, was einen Abstand von 0,8 mm zwischen angrenzenden
Rippen bzw. Finnen sicherstellt.
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Dieser Kühlkörper 43 wird als Positivseitenkühlkörper verwendet.
Der Gleichrichter, welcher diesen Kühlkörper 43 verwendet,
ist an dem hinteren Halter 2 derart angebracht, dass die
Hauptfläche
der Basis 44 rechtwinklig zur zentralen Achse der Welle 6 und
das Zentrum (Punkt 0) des radialen Musters der Rippen 45 im
Wesentlichen mit der zentralen Achse der Welle 6 ausgerichtet
ist, wie in 7 gezeigt.
Aufgrund der Drehung der Lüfter 5 strömt Luft in
das Gehäuse 3 durch
die Einlassöffnungen 2a, welche
in Abschnitten gegenüber
den Rippen 45 angeordnet sind, und durch die Einlassöffnungen 2a, welche
in Abschnitten radial außerhalb
der Rippen 45 angeordnet sind, wobei die Luft zwischen
den Rippen 45 strömt,
dann zwischen dem Kühlkörper 43 und
der Welle 6 verläuft
und in die Lüfter 5 strömt.
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Wenn die Temperaturanstiege der Dioden
in dem Gleichrichter und in dem Stator bei einem Fahrzeugwechselstromgenerator
gemessen werden, welcher einen Kühlkörper 43 gemäß der zweiten
Ausführungsform
umfasst, ist der Temperaturanstieg in den Dioden auf 88°C vermindert
worden, und der Temperaturanstieg in dem Stator wurde auf 165°C vermindert.
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Nun wurde im Vergleich ein Kühlkörper 35 mit
einer Vielzahl von Rippen 37 hergestellt, welche in einem
radialen Muster an einer Fläche
einer Basis 36 angeordnet sind, wie in 8 gezeigt, und wenn die Temperaturanstiege
der Dioden in dem Gleichrichter und in dem Stator bei einem Fahrzeugwechselstromgenerator
gemessen wurden, welcher einen Gleichrichter umfasst, der diesen
Kühlkörper 35 verwendet,
dann stieg die Temperatur in den Dioden auf 99°C, und die Temperatur des Stators
auf 180°C
an. Darüber
hinaus wurde der Kühlkörper 35 des
vergleichenden Beispiels in der gleichen Form wie der Kühlkörper 43 ausgebildet,
außer
hinsichtlich der Form der inneren Umfangsenden der Rippen, wodurch sich
ein Rippenabstand am inneren Umfangsende von 0,5 mm ergab.
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Auf diese Art und Weise erzielte
der Kühlkörper 43 gemäß der zweiten
Ausführungsform
Ergebnisse, welche eine verbesserte Kühlperformance gegenüber dem
Kühlkörper 35 des
Vergleichsbeispiels darstellten.
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Dies ist aufgrund der Tatsache begründet, dass,
da der Rippenabstand an dem inneren Umfangsende auf 0,8 mm bei der
zweiten Ausführungsform
arbeitet, der Luftstrom zwischen den Rippen nicht an dem inneren
Umfangsende gedrosselt wird, was zu einer Unterdrückung der
Reduktion der Aufnahme der Ventilationsmenge ermöglicht. Mit anderen Worten
wurde der Luftstrom, welcher zwischen den Rippen 37 verläuft, an
dem inneren Umfangsende gedrosselt, wodurch sich der Einlass der
Ventilationsmenge verringerte und ein Verlust der Kühlperformance
auftritt, da der Rippenabstand an dem inneren Umfangsende auf 0,5
mm verengt war.
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Da des weiteren die radiale Länge von
jeder zweiten Rippe kürzer
als das innere Umfangsende der Vielzahl der Rippen 45 bei
der zweiten Ausführungsform
ausgebildet ist, kann der Abstand zwischen angrenzenden Rippen an
dem inneren Umfangsende im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel erweitert
werden. Mit anderen Worten, wenn der Rippenabstand zwischen angrenzenden
Rippen an dem inneren Umfangsende sowohl in der zweiten Ausführungsform
als auch bei dem Vergleichsbeispiel gleich gemacht wird, dann kann
die Anzahl der Rippen bei der zweiten Ausführungsform im Vergleich zu
dem Vergleichsbeispiel erhöht
werden, was zu einer verbesserten Kühlperformance führt.
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Dritte Ausführungsform
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Bei der zweiten Ausführungsform
sind die Einlassöffnungen 2a in
einem Abschnitt des hinteren Halters 2 gegenüber den
Rippen derart angeordnet, dass deren innere Umfangskantenabschnitte
im Wesentlichen mit dem inneren Umfangsende der Rippen 45 ausgerichtet
sind, wobei jedoch bei der dritten Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, die inneren Umfangskantenabschnitte
der Einlassöffnungen 2a in
dem hinteren Halter 2 derart angeordnet sind, dass diese
in Positionen lokalisiert sind, welche um 2 mm radial nach außen von
den inneren Umfangsenden der Rippen 45 versetzt sind, deren
radiale Längen verkürzt worden
sind.
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Bei diesem Fahrzeugwechselstromgenerator
werden die Temperaturanstiege der Dioden, in dem Gleichrichter und
in dem Stator gemessen worden sind, wurde der Temperaturanstieg
in den Dioden auf 79°C
vermindert, und der Temperaturanstieg in dem Stator auf 165°C vermindert.
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Dies liegt an dem Versetzen der inneren
Umfangskantenabschnitte der Einlassöffnungen 2a um 2 mm radial
nach außen
von den inneren Umfangsenden der Rippen 45, dessen radiale
Längen
verkürzt worden
sind, wobei die Luft, welche direkt durch die Einlassöffnungen 2a in
die inneren Umfangsenden der Rippen 45 strömte, dadurch
in radialer Form außerhalb
der Rippen 45 strömt
und zur Kühlung
beiträgt,
was ferner die Temperaturanstiege in den Dioden vermindert.
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Vierte Ausführungsform
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10 ist
eine Draufsicht, welche einen Kühlkörper gemäß einer
vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt. In 10 ist
ein Dickenabschnitt 46 an dem äußeren Umfangsende einer Vielzahl
von Rippen 45 eines Kühlkörpers 43 ausgebildet.
Zusätzlich
ist der Abstand zwischen dem Dickenabschnitt 46 und angrenzenden
Rippen 45 gleich oder größer als der Rippenabstand an
dem inneren Umfangsende. Darüber
hinaus ist der Rest der Konstruktion der gleiche wie bei der zweiten
Ausführungsform.
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Da die Basis 44 des Kühlkörpers 43 in
einer ebenen Hufeisenform ausgebildet ist, ist der Rippenabstand
an dem äußeren Umfang
weit bzw. breit. Nach der Ausbildung der Kühlkörper 43 auf diese
Art und Weise, wenn die Kühlkörper in
Boxen paarweise platziert sind und transportiert werden, wie in 11 gezeigt, greifen die äußeren Umfangskanten
ineinander, wo der Rippenabstand weit ist (Abschnitt B von 11), was zu Beschädigungen
und zu Brüchen der
Rippen 45 führt.
Bei dem Kühlkörper 43 gemäß der vierten
Ausführungsform,
da ein Dickenabschnitt 46 an dem äußeren Umfangsende von einigen
der Rippen 45 angeordnet ist, überlappen die Paare der Kühlkörper nicht
länger
von der äußeren Umfangsseite,
wodurch eine Beschädigung
und eine Brechung der Rippen 45 verhindert wird.
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Da darüber hinaus der Abstand zwischen dem
Dickenabschnitt 46 und angrenzenden Rippen 45 gleich
oder größer als
der Rippenabstand an dem inneren Umfangsende ist, wird der Luftstrom
um den Dickenabschnitt 46 nicht gedrosselt, und es tritt
kein Kühlverlust
auf.
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Fünfte Ausführungsform
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Bei den Ausführungsformen 2 bis 4 und bei dem
Vergleichsbeispiel der Ausführungsform
2 ist die Höhe
H, die Dicke T und die Teilung bzw. der Abstand P der Rippen nicht
erwähnt
worden, jedoch sind bei der fünften
Ausführungsform
die Kühlkörper 43, 35 derart
definiert, dass die Kühlkörper, welche
große Rippen
aufweisen, ein Verhältnis
von H/T ≥ 5
aufweisen, und wobei die Rippenform an dessen innerem Umfangsende
derart definiert ist, um die Gleichungen T ≤ 1 mm und 0,35 ≤ T/P ≤ 0,6 zu erfüllen.
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Da die Rippenform an dem inneren
Umfangsende der Kühlkörper 43, 35,
wo der Rippenabstand aufgrund der ebenen Hufeisenform der Basis 44 verengt
ist, derart ausgebildet ist, dass die Gleichungen T ≤ 1 mm und
0,35 ≤ T/P ≤ 0,6 erfüllt werden,
kann die Diodentemperatur niedrig gehalten werden, ohne dass die
Statortemperatur negativ beeinflusst bzw. andererseits beeinträchtigt wird,
und wobei man Kühlkörper erhält, welche
für die
Massenproduktion geeignet sind.
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Wie vorstehend gemäß der vorliegenden
Erfindung erwähnt,
wird ein Kühlkörper bereitgestellt, welcher
ein Druckgusskühlkörper ist,
der aufweist:
eine flache Basis mit einer im Wesentlichen rechteckigen
ebenen Form, wobei eine Oberfläche
davon eine Fläche
zur Anbringung von wärmeerzeugenden Komponenten
bildet; und
eine Vielzahl von Rippen, welche an der anderen Oberfläche der
Basis mit einem Abstand bzw. einer Teilung (P) in Längsrichtung
der Basis angeordnet sind, wobei jede rechtwinklig von der anderen
Fläche der
Basis emporragt und sich in Längsrichtung
der Basis erstreckt bzw. hervorsteht,
wobei die Vorsprungshöhe H der
Rippen von der Basis das Fünffache
oder mehr der Dicke T der Rippen beträgt, und wobei die Vielzahl
der Rippen derart ausgebildet sind, dass die Dicke T, die Höhe H und die
Teilung bzw. der Abstand P der Rippen die Gleichungen erfüllt T ≤ 1 mm und
0,35 ≤ T/P ≤ 0,6,
wodurch
die Bereitstellung eines Kühlkörpers mit
verbesserter Kühlperformance
ermöglicht
wird, welcher als Massenprodukt herstellbar ist.
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Ferner kann der Kühlkörper gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Druckgusskühlkörper sein, welcher
aufweist:
eine flache Basis mit einer ebenen Hufeisenform,
wobei eine Oberfläche
davon eine Fläche
zur Anbringung von wärmeerzeugten
Komponenten bildet; und
eine Vielzahl von Rippen, welche an
der anderen Oberfläche
der Basis in einem radialen Muster mit einer gleichmäßigen ringförmigen Teilung
in Umfangsrichtung der Basis angeordnet sind, welche jeweils rechtwinklig
von der anderen Oberfläche
der Basis hervorstehen,
wobei die Vorsprungshöhe (H) der
Rippen von der Basis das Fünffache
oder mehr der Dicke (T) der Rippen beträgt,
und wobei die Vielzahl
der Rippen derart ausgebildet sind, dass die Dicke (T), die Höhe (H),
die Teilung (P) bzw. der Abstand (P) der Rippen an dem inneren Umfangsende
die Gleichungen erfüllt
T ≤ 1 mm
und 0,35 ≤ T/P ≤ 0,6,
dass
die Bereitstellung eines Kühlkörpers mit
einer verbesserten Kühlperformance
ermöglicht,
welcher als Massenprodukt herstellbar ist.
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Des weiteren kann die Vielzahl der
Rippen derart ausgebildet sein, dass das innere Umfangsende an jeder
zweiten Rippe radial außerhalb
der inneren Umfangsenden der angrenzenden Rippen positioniert ist,
was die Bereitstellung eines Kühlkörpers mit
verbesserter Kühlperformance
ermöglicht,
welcher als Massenprodukt herstellbar ist.
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Darüber hinaus kann ein Dickenabschnitt
an dem äußeren Umfangsende
von einigen der Rippen angeordnet sein, wobei der Abstand zwischen
dem Dickenabschnitt und angrenzenden Rippen gleich oder größer als
der Rippenabstand an dem inneren Umfangsende ist, was das Ineinandergreifen
von Kühlkörpern verhindert,
und somit wird eine Beschädigung
der Rippen und die Erzeugung von Brüchen in den Rippen während des
Transports verhindert.
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Ferner kann ein Fahrzeugwechselstromgenerator
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfassen:
einen Rotor, welcher innerhalb eines Gehäuses untergebracht
und derart gelagert ist, dass dieser mittels einer Rotorwelle frei
rotieren kann;
einen Stator, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet
ist, so dass dieser von dem äußeren Umfang des
Rotors umgeben wird; und
einen Gleichrichter, welcher mit einem
positivseitigen und einem negativseitigen Kühlkörper bzw. Kühlkörpern versehen ist, welche
jeweils positivseitige und negativseitige unidirektionale Leitungselemente
stützen,
um Wechselstrom gleichzurichten, welcher durch den Rotor erzeugt
wird,
wobei jeder der Kühlkörper aus
Druckguss hergestellt ist, welche aufweisen:
eine flache Basis
mit einer im Wesentlichen rechteckigen ebenen Form, wobei eine Oberfläche davon eine
Fläche
zur Anbringung von unidirektionalen Leitungselementen ausgebildet
ist; und
eine Vielzahl von Rippen, die an der anderen Oberfläche der
Basis mit einer Teilung bzw. einem Abstand (P) in Längsrichtung
der Basis angeordnet sind, die jeweils rechtwinklig von der anderen
Oberfläche
der Basis hervorstehen und sich in Längsrichtung der Basis erstrecken
bzw. hervorstehen,
wobei die Vorsprungshöhe (H) der Rippen von der Basis
das Fünffache
oder mehr der Dicke (T) der Rippen beträgt,
und wobei die Vielzahl
der Rippen derart ausgebildet sind, dass die Dicke (T), die Höhe (H) und
die Teilung bzw. der Abstand (T) der Rippen die Gleichungen erfüllt T ≤ 1 mm und
0,35 ≤ T/P ≤ 0,6,
wobei
dadurch die Unterdrückung
einer Zunahme der Statortemperatur und der Temperatur der unidirektionalen
Leitungselemente ermöglicht
wird, wobei dadurch ein Fahrzeugwechselstromgenerator bereitgestellt
ist, welcher stabil läuft.
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Des weiteren umfasst ein Fahrzeugwechselstromgenerator
gemäß der vorliegenden
Erfindung:
einen Rotor, der innerhalb eines Gehäuses untergebracht
und derart gelagert ist, dass dieser mittels einer Rotorwelle frei
rotiert;
einen Stator, der innerhalb des Gehäuses derart
angeordnet ist, dass der äußere Umfang
des Rotors umgeben wird; und
einen Gleichrichter, welcher mit
Positivseiten- und Negativseitenkühlkörpern versehen ist, welche
jeweils die positivseitigen und negativseitigen unidirektionalen
Leitungselemente lagern, um Wechselstrom gleichzurichten, der durch
den Rotor erzeugt wird,
wobei beide Kühlkörper aus flachen Basen mit
einer ebenen Hufeisenform mit voneinander unterschiedlichen inneren
Durchmessern aufgebaut und derart angeordnet sind, dass die Ebenen
von jeder der Hufeisenformen im Wesentlichen an bzw. auf der gleichen
Ebene rechtwinklig zur Achse der Welle liegen und dass sich beide
Basen radial überlappen,
wobei
die positivseitigen und negativseitigen unidirektionalen Leitungselemente
an einer Oberfläche von
deren entsprechenden Basen gelagert werden,
und wobei der Kühlkörper, welcher
radial innerhalb angeordnet ist, aus Druckguss aufgebaut ist, welcher aufweist:
eine
Vielzahl von Rippen, die an der anderen Oberfläche der Basis in einem radialen
Muster mit gleichmäßiger ringförmiger Teilung
in Umfangsrichtung der Basis angeordnet sind, wobei jede rechtwinklig
von der anderen Oberfläche
der Basis hervorsteht, und wobei die Vorsprungshöhe (H) der Rippen von der Basis
das Fünffache
oder mehr der Dicke (T) der Rippen beträgt, und wobei die Vielzahl
der Rippen derart ausgebildet sind, dass die Dicke (T), die Höhe (H) und
die Teilung (P) bzw. der Abstand (P) der Rippen an dem inneren Umfangsende
die Gleichungen erfüllt
T ≤ 1 mm
und 0,35 ≤ T/P ≤ 0,6,
was
eine Unterdrückung
der Zunahme der Statortemperatur und der Temperatur der unidirektionalen Leitungselemente
ermöglicht,
wodurch ein Fahrzeugwechselstromgenerator bereitgestellt wird, der stabil
läuft.
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Des weiteren kann die Vielzahl der
Rippen derart ausgebildet sein, dass das innere Umfangsende von
jeder zweiten Rippe radial außerhalb
der inneren Umfangsenden von angrenzenden Rippen positioniert ist,
was die Unterdrückung
der Zunahme der Statortemperatur und der Temperatur der unidirektionalen
Leitungselemente ermöglicht,
wobei dadurch ein Fahrzeugwechselstromgenerator bereitgestellt wird,
welcher stabil läuft.
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Darüber hinaus kann eine Einlassöffnung zur Aufnahme
von Luft als eine hufeisenförmige Öffnung entlang
der Richtung des Bereichs der Vielzahl der Rippen in einem Abschnitt
des Gehäuses
angeordnet sein, welcher der Vielzahl der Rippen entspricht, wobei
die innere Umfangskante der Einlassöffnung radial außerhalb
der inneren Umfangsenden von jeder zweiten Rippe positioniert ist,
welche radial außerhalb
der inneren Umfangsenden von angrenzenden Rippen positioniert sind,
was ferner die Unterdrückung
der Zunahme der Temperatur der unidirektionalen Leitungselemente
ermöglicht.