ES2268757T3 - Alternador con medios de refrigeracion perfeccionados, preferiblemente para un vehiculo automovil. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN ALTERNADOR QUE CONSTA DE UNA CARCASA (10, 20) EQUIPADA CON UN ESTATOR (50) EN LA CUAL VA MONTADO EN ROTACION UN ROTOR (30) DE GARRAS IMBRICADAS (31A, 32A). LA CARCASA LLEVA EN UN PRIMER LADO UNAS ABERTURAS DE ENTRADA (25) DE AIRE REFRIGERADO Y EN EL LADO OPUESTO UNAS ABERTURAS DE SALIDA (15) DEL AIRE REFRIGERADO. SEGUN LA INVENCION, LAS ABERTURAS DE ENTRADA (25) DE AIRE ESTAN SITUADAS MAS CERCA DEL EJE DE ROTACION DEL ROTOR QUE LAS ABERTURAS DE SALIDA (15). DE ESTE MODO, SE GENERA UNA CIRCULACION DE AIRE POR EFECTO CENTRIFUGO POR LA ROTACION DEL ROTOR (30). EL ALTERNADOR PUEDE IR DESPROVISTO DE VENTILADOR. APLICACION A LOS VEHICULOS AUTOMOVILES.

Description

Alternador con medios de refrigeración perfeccionados, preferiblemente para un vehículo automóvil.

La presente invención se refiere de una manera general a la refrigeración de los alternadores de vehículos automóviles.

Clásicamente, la refrigeración de los distintos elementos mecánicos y electrónicos de un alternador (en particular, rodamientos, bobinados componentes de regulación y rectificación, etc.) se realiza con la ayuda de uno o varios ventiladores que giran con el rotor y que cooperan con unos orificios de entrada o salida de aire previstos en la caja del alternador, generalmente formados alrededor de una caja de cojinetes llamada delantera (lado de la polea) y de una caja de cojinetes llamada trasera (lado del rectificador y regulador).

Así, se conocen desde hace muchos años diferentes modelos de ventiladores, internos o externos, axiales o centrífugos, así como distintas combinaciones de éstos. Se hará referencia, en particular, al documento US 4.584.496 A que describe un alternador según el preámbulo de la reivindicación 1.

Pero queda claro que estos ventiladores contribuyen de una manera significativa a su coste y al volumen axial del alternador, y que generan, en funcionamiento, un nivel de ruido relativamente elevado.

Por otra parte ya se intentó, en particular, dando al rotor una forma particular, aplicarle el papel de un ventilador creando un flujo de aire entre los orificios de entrada y orificios de salida formados en la caja, así como para obtener un alternador más económico y más compacto, y de funcionamiento más silencioso.

Esta solución, que consiste, en particular, en darle al rotor una forma particular (véase, en particular, la patente EP-A-0 104 450), es sin embargo no ventajosa por el hecho de que induce un coste excesivo importante en la concepción y en la fabricación del rotor, y que el efecto de ventilación sigue siendo, a pesar de ello, muy limitado.

La presente invención tiene por objeto atenuar las limitaciones del estado de la técnica y realizar un alternador en el cual un rotor simétrico también contribuya, mediante su rotación, a un efecto de ventilación satisfactorio.

Más concretamente, la presente invención se basa en el descubrimiento del hecho de que, al jugar en particular sobre la geometría de los orificios de entrada y salida de aire, se puede prever que un rotor con uñas, que comprende un rotor simétrico ordinario, genere por sí mismo, en rotación, un flujo de aire interno significativo.

En un primer caso, este flujo de aire puede venir a reforzar el flujo de aire producido en otra parte por uno o varios ventiladores.

En un segundo caso, este flujo de aire puede bastar por sí mismo para garantizar la refrigeración del conjunto de los componentes del alternador, en cuyo caso el alternador puede ser desprovisto de ventilador específico.

Así, la presente invención propone un alternador, en particular, para vehículo automóvil, que se define en la reivindicación 1.

Se definen algunos aspectos preferidos, pero no restrictivos, del alternador según la invención en las reivindicaciones dependientes.

Otros aspectos, objetivos y ventajas de la presente invención aparecerán mejor a partir de la lectura de la descripción detallada siguiente de una forma de realización preferida de ésta, dada a título de ejemplo y hecha con referencia al dibujo adjunto, en que la única figura es una vista en corte axial de un alternador según la presente invención.

En referencia al dibujo, se representó un alternador de vehículo automóvil que comprende, de manera clásica, un caja de cojinetes delantera 10, una caja de cojinetes posterior 20, un rotor 30 montado sobre un árbol 40, estando éste montado de manera rotatoria en las dos cajas de cojinetes 10, 20 mediante dos rodamientos 11, 21, una polea 41 fijada en el exterior de la caja de cojinetes delantera 10 al extremo delantero del árbol 40, un estator 50 fijado en el caja de cojinetes posterior para colocarse alrededor del rotor, y un conjunto 60 de escobillas y componentes de rectificación y regulación montado en el exterior del caja de cojinetes posterior 20 y protegida por una tapa 70.

En el presente ejemplo, este alternador está desprovisto de todo ventilador, tanto interno como externo, pero la invención que se describe a continuación se aplica también se aplica en el caso que estén previstos medios de ventilación de palas rotatorias.

Se observará aquí que el alternador representado en la figura es del tipo que tiene medios de refrigeración auxiliares por circulación de líquido. A este efecto, la caja de cojinetes posterior 20 comprende, al nivel de su pared generalmente cilíndrica 22 que incorpora la caja de cojinetes delantera 10, un paso anular 23 para líquido de refrigeración, adyacente al estator, comunicándose este paso 23 con una conexión 24 de entrada de líquido y una conexión de salida de líquido, no representada.

La invención no obstante no se limita de ninguna manera a este tipo de alternador de refrigeración auxiliar por líquido.

El rotor 30 comprende, de manera clásica, dos conjuntos de uñas, respectivamente 31, 32, comprendiendo cada uno una serie de uñas, respectivamente 31a, 32a, imbricadas las unas con las otras y encerrando un bobinado de rotor 33.

El estator 50 se acopla sobre la cara interna de la pared generalmente cilíndrica 22 de la caja de cojinetes posterior 20.

Las uñas 31a, 32a presentan sobre sus caras exteriores estrías orientadas circunferencialmente, destinadas a reducir las corrientes de Foucault, para disminuir la subida de temperatura del rotor y para aumentar el rendimiento del alternador.

La caja de cojinetes posterior 20 y la caja de cojinetes delantera 10 comprenden respectivamente aberturas 25 de entrada de aire de refrigeración y aberturas 15 de salida de aire de refrigeración, estas aberturas, de una manera clásica, están distribuidas regularmente en dos coronas centradas en el eje de rotación
A.

Según un aspecto esencial de la invención, para garantizar la circulación de un flujo de aire de refrigeración en el espacio interior del alternador, y esto por el único hecho de la rotación del rotor citada anteriormente, las aberturas de entrada de aire 25 se encuentran a una distancia media R2 del eje de rotación A que es más corta que la distancia media R1 de las aberturas de salida de aire 15 respecto a este mismo eje, mientras que las aberturas de entrada 25 y de salida 15 presentan sensiblemente la misma dimensión en el sentido radial. Se pone en juego de esta manera una acción centrífuga del rotor sobre el aire, que así penetra por las aberturas más próximas al eje para salir por las aberturas más distantes.

Ventajosamente, el valor de R2 es aproximadamente igual a la mitad del radio medio del estator, mientras que el valor de R1 es próximo al radio medio del estator, y preferiblemente igual aproximadamente al radio externo del rotor.

Además, es ventajoso prever un determinado número de disposiciones que permiten limitar la resistencia opuesta al flujo de aire de refrigeración, en particular, canalizando este flujo de aire en regiones críticas.

La primera de estas disposiciones consiste en dar a las aberturas 15 de salida de aire una orientación oblicua en el grosor de pared de la caja de cojinetes delantera 10. Así, la figura pone de manifiesto que estas aperturas tienen paredes interiores 15a (en dirección radial) y paredes exteriores 15b (en dirección radial) que son sensiblemente troncocónicas, con un mismo ángulo alrededor de 45° respecto al eje, para facilitar así la circulación de aire por efecto centrífugo. Los bordes de estas paredes 15a y 15b, al nivel de su transición con las caras internas y externas de la caja de cojinetes delantera 10, se redondean para limitar también la resistencia a la circulación de aire.

Una segunda disposición, complementaria con la anteriormente mencionada, consiste en prolongar la pared radialmente interior 15a de las aberturas 15 hasta la proximidad del lado correspondiente del rotor 30.

Se utiliza ventajosamente para ello el anillo 80 de retención del rodamiento delantero 11, cuya configuración se adapta en consecuencia.

Así, este anillo de retención 80 comprende una cara exterior 81 destinada a bloquear el rodamiento 11 en dirección axial, de manera clásica, y una cara exterior 82 que se extiende longitudinalmente y en proximidad del lado del rotor 30.

El anillo 80 comprende radialmente además una cara exterior 83 de forma troncocónica, de manera que se extiende esencialmente en la prolongación interior de las paredes 15a de las aberturas 15, entre estas últimas y el rotor 30.

El anillo comprende también una pluralidad de aberturas 84 para pernos destinados a su fijación a la caja de cojinetes delantera 10 inmediatamente en el exterior del rodamiento 11 en dirección radial.

Una tercera disposición, complementaria a las dos primeras, consiste que adaptar la forma del estator cuando las aberturas de salida de aire se extienden, en dirección radial, en proximidad a éste. Esta adaptación consiste en redondear el borde circular del estator adyacente a las paredes exteriores 15b de las aberturas 15, de tal manera que haya una determinada continuidad entre este redondeo y las paredes 15b. Tal redondeo se designa mediante la referencia numérica 51. Esta característica es especialmente fácil de obtener cuando, como en el presente ejemplo, el estator se realiza por moldeado de material plástico 54 sobre la carcasa 52 y los bobinados de fases 53 del estator.

Según una otra disposición ventajosa de la invención, se prevén, al nivel de las aberturas de entrada de aire 25, unos medios para facilitar el flujo de aire a su entrada en la cavidad del alternador.

Estos medios consisten en una pared troncocónica 26 que se extiende entre las paredes exteriores 25b, cilíndricas, las aberturas de entrada de aire 25 y del estator, incorporándose esta pared troncocónica al estator sensiblemente en el plano del lado opuesto trasero del rotor, como se representa.

Esta pared 26 es ventajosamente de una disposición en saliente 27 formada sobre la caja de cojinetes posterior 20, para no aumentar el número de partes necesarias para el montaje.

Se observará aquí que la pared troncocónica 26 es generalmente maciza, con la excepción de un número limitado de sitios, por los que pasa la sección de la figura, en los cuales se prevén algunos orificios 28 para tornillos 100 de montaje del circuito de recuperación y del casquillo 70 del alternador.

Se entiende que la pared troncocónica 26 tiene como efecto evitar la acumulación de remolinos de aire, ineficaces para la refrigeración, en la zona tranquila que, de otro modo, se definiría en la zona de esquina anular formada por el estator 50 y la pared radial de la caja de cojinetes posterior.

La adaptación 27 permite además, en la configuración representada, sellar otros pasos de aire 29, situados radialmente en el exterior de las aberturas 25 y destinados, en particular, al paso de las conexiones eléctricas del estator hacia el rectificador, pasos que de otra manera serían entradas de aire adicionales y reducirían la producción del flujo de aire vinculado a la acción centrífuga citada anteriormente.

Se realiza así, gracias a la presente invención, un alternador sin ventiladores, en el cual está garantizada una ventilación eficaz por la única acción del rotor, gracias a las disposiciones descritas.

Se tendrá en cuenta aquí que el rotor propuesto bien puede adaptarse de manera que deba reforzarse el flujo de aire, jugando por ejemplo con la forma de las uniones entre las uñas adyacentes.

Bien entendida, la presente invención no se limita de ninguna manera a la forma de realización citada anteriormente.

Claims (15)

1. Alternador, en particular, para vehículo automóvil, del tipo que comprende una caja (10, 20) que lleva un estator (50) y en la cual está montado de manera giratoria un rotor (30) de uñas de enclavamiento (31a, 32a), y comprendiendo la caja unas aberturas de entrada y salida de aire de refrigeración, consistiendo estas aberturas en aberturas (25) de entrada de aire de refrigeración situadas sobre un primer lado axial de la caja y en aberturas (15) de salida de aire de refrigeración situadas sobre un lado axial opuesto de la caja, estando estas aberturas distribuidas regularmente en dos anillos centrados sobre el eje de rotación (A) del rotor, estando situadas las aberturas de entrada de aire (25) más cerca del eje de rotación del rotor que las aberturas de salida de aire (15), caracterizándose el alternador por el hecho de que las aberturas de salida de aire (15) tienen paredes radialmente internas (15a) que están orientadas oblicuamente, alejándose del eje de rotación (A) desde el interior de la caja hacia el exterior, de manera que se promueve una circulación de aire por efecto centrífugo mediante la rotación del rotor (30).

2. Alternador según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las aberturas de salida de aire (15) tienen paredes radialmente externas (15b) que están orientadas oblicuamente, alejándose del eje de rotación (A) del interior de la caja hacia el exterior.

3. Alternador según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que la orientación de dichas paredes radialmente internas es de 45° aproximadamente respecto al eje del alternador.

4. Alternador según la reivindicación 2 o la reivindicación 3 tomada cuando depende de la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que las paredes radialmente internas (15a) y las paredes radialmente externas (15b) tienen substancialmente la misma orientación.

5. Alternador según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que también comprende una pared orientada de manera oblicua (83) situada substancialmente en línea con las paredes radialmente internas (15a) de las aberturas (15) de salida de aire y extendiéndose entre una pared (10) de la caja en la cual están formadas dichas aberturas de salida de aire y un lado adyacente del rotor (30).

6. Alternador según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que dicha pared orientada de manera oblicua (83) está definida por un anillo de retención (80) de un rodamiento (11) previsto entre un árbol (40) de rotor y la pared de caja (10) en la cual se forman las aberturas de salida de aire (15).

7. Alternador según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que las paredes radialmente internas (15a) y radialmente externas (15b) de las aberturas de salida de aire (15) se extienden respectivamente a una distancia más corta y a una distancia mayor del eje de rotación (A) que una cara interna del estator (50), y por el hecho de que el estator tiene, adyacente a dichas aberturas de salida de aire, una pared (51) que se extiende generalmente en línea con las paredes radialmente externas (15b) de dichas aberturas.

8. Alternador según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que dicha pared del estator consiste en una parte redondeada (51) formada con un borde generalmente circular de dicho estator (50).

9. Alternador según una de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado por el hecho de que el estator está realizado por moldeado de material plástico (54) sobre bobinados de fase (53) y una carcasa (52), y por el hecho de que dicha pared (51) del estator está moldeada.

10. Alternador según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que también comprende una pared orientada de manera oblicua (26) que se extiende entre las paredes radialmente externas (25b) de las aberturas de entrada de aire (25) y un lado adyacente del rotor (30).

11. Alternador según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que dicha pared orientada de manera oblicua (26) está formada sobre una parte saliente (27) producida de una sola pieza con la parte de caja (20) en la que están formadas las aberturas de entrada de aire (25).

12. Alternador según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que dicha parte saliente (27) sella otros pasos de aire (29) previstos radialmente fuera de las aberturas de entrada de aire (25).

13. Alternador según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho de que, al accionarse el alternador por una polea, las aberturas de entrada de aire (25) están previstas en un lado del alternador opuesto a la polea y las aberturas de salida de aire (15) están previstas en un lado del alternador adyacente a la polea.

14. Alternador según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que las aberturas de entrada de aire (25) están situadas a una distancia media (R2) del eje de rotación (A) igual aproximadamente a la mitad del radio medio del estator (50), y por el hecho de que las aberturas de salida de aire (15) están situadas a una distancia media (R1) del eje de rotación próxima al radio medio del estator (50).

15. Alternador según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por el hecho de que no tiene ningún ventilador.