JP2001511999A - 電気的な機械、有利には整流器−構成ユニットを備えた三相交流発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気的な機械、有利にはその軸受シールド（１１）の後方の端面領域内に整流器‐構成ユニット（２６）を備えた三相交流発電機（１０）が提案され、この三相交流発電機において損失熱の排出が改善されなければならない。プラスダイオードもしくはマイナスダイオードを備えたプラス冷却体（２７）およびマイナス冷却体（２８）が絶縁板（２９）の間挿下で、ダイオードと巻線接続部（１７ａ）との間の回路結合のための回路基板（３０）と一緒にサンドイッチ状に軸受シールド（１２）にねじ固定されており、その際、上方の冷却体（２７）が、機械のファンにより発生する冷却空気流のための互いに並んで内周領域に配置された複数の冷却空気開口（３８）を有している。熱排出の改善のために上方の冷却体（２７）の少なくとも若干の冷却空開口（３８）に軸方向の冷却ひれ（３９）が一体成形されている。

Description

【発明の詳細な説明】 電気的な機械、有利には整流器‐構成ユニットを備えた三相交流発電機 背景技術 本発明は請求項１の上位概念にもとづく電気的な機械、特に整流器‐構成ユニ ットを備えた三相交流発電機に関する。 この種の公知の解決手段（アメリカ合衆国特許第５４５１８２３号明細書）で は整流器‐構成ユニットのプラスダイオードもしくはマイナスダイオードがそれ ぞれ冷却体に固定されており、かつ接続部で電気的に冷却体に結合されている。 これらの冷却体は間挿された絶縁板と一緒にサンドイッチ状に三相交流発電機の ための軸受シールドの端面に固定されている。その場合、下方の冷却体は導電的 かつ熱伝導的に軸受シールドの端面に載着されている。上方の冷却体には回路基 板が配置されており、この回路基板は、それぞれ１つのプラスダイオードおよび １つのマイナスダイオードと三相交流発電機のステータ内の三相交流巻線の巻線 端部との接続のために、回路基板のプラスチック内に埋め込まれた若干の電流レ ールを有している。この整流器‐構成ユニットはリベットによりまとめて保持さ れており、かつねじにより三相交流発電機に固定され ている。上方の湾曲状に形成された冷却体の冷却のために、この冷却体はその内 周領域内に互いに並んで配置された多数の冷却スリットを備えており、これらの スリットは電気的な機械の軸に対して軸方向に向けられており、かつこのスリッ トを貫流して軸方向の冷却空気流が端面側で外から、発電機のロータに固定され たファンへ吸い込まれる。冷却空気はファンにより公知形式で軸受シールドの外 周のところのスリットを通って半径方向で外向きに吹き出される。 この公知の解決手段では、冷却空気の貫流のために整流器‐構成ユニットの上 方の冷却体に設けられた開口が熱排出のための比較的小さな冷却面を有しており 、その結果、冷却空気開口のところに十分な冷却面を得るためには比較的厚い上 方の冷却体が必要とされることが欠点である。このように必要とされる材料集積 によりこの場合に使用される上方の冷却体はそれ相応に高価でありかつ重い。そ の上、冷却空気流のための大きな冷却面を得るために冷却体内の開口は半径方向 に延びる狭いスリットとして形成されており、このスリットは他面において冷却 空気流のために比較的高い空気抵抗を生ぜしめる。このことにより、これらのス リットを通して吸い込まれた空気量、ひいては冷却効果は極めて少ない。出力の 大きなファンの使用は比較的高い費用と流れ騒音の増大とにつながる。 本発明の解決手段によれば、整流器‐構成ユニット の改造により冷却能力を改善することが努力される。 発明の利点 主請求項に記載の特徴を有する本発明による電気的な機械は、冷却空気流の上 方の冷却体の開口のところに軸方向に延びる冷却ひれを一体成形することにより 、このことによって流れ抵抗が増大させられることなしに冷却体の著しく大きな 冷却面が得られるという利点を有する。このことから、冷却空気開口がもはやス リット状ではなくてむしろ著しく大きく形成され、その結果、空気装入量がそれ ぞれのファンに依存せずに増大し、ひいては整流器‐構成ユニットからの熱排出 が改善され、かつ流れ騒音が減少するという別の利点が生じる。その上、上方の 冷却体は比較的薄く形成されることができ、このことが著しい材料節約につなが る。 従属請求項に記載した手段により主請求項に記載された特徴の改良形および改 善が得られる。その場合、冷却体の前側のところに上方の冷却体の外周から内周 領域のところの若干のその冷却開口まで半径方向の冷却空気流のための空気隙間 を形成する間隔が上方の冷却体と回路基板との間に設けられていると特に有利で ある。これと代替的に、上方の冷却体の背面側のところに上方の冷却体の外周か ら下方の冷却体の少なくとも内周領域まで別の半径方向の冷却空気流のための空 気隙間を形成する間隔が上方の冷却体と、下方の冷却 体に配置された絶縁板との間に設けられていると同様に有利である。上方の冷却 体とその前に位置する回路基板との間の第１の半径方向の冷却空気流並びに上方 の冷却体とその背後に位置する絶縁板との間の別の半径方向の冷却空気流が外か ら半径方向で内向きにファンへ案内されることによって上方の冷却体が両側で冷 却空気流にさらされると、上方の冷却体の最適な冷却効果が得られる。 図面 本発明の１実施例が図面に示され、以下の記載で詳細に説明される。ここに、 第１図は後方の軸受シールドのところに整流器‐構成ユニットを備えた三相交流 発電機を縦断面で示し、第２図は本発明による整流器‐構成ユニットを立体像的 な図で示し、第３図は第２図からの整流器‐構成ユニットの個々の構成群を組立 前に立体的に示し、第４図は整流器‐構成ユニットの前面を見た図を示し、第５ 図から第７図までは第４図からの整流器‐構成ユニットの断面構成を示す。 実施例の説明 第１図には自動車の三相交流発電機が符号１０で示されている。この三相交流 発電機は２つのシェル半部１１，１２から成るダイカストケーシング１３を備え ており、その場合、前方のシェル半部１１は駆動装置軸受１４のための軸受シー ルドとして、かつ後方のシェル半部１２は弱く形成された玉軸受１５のための軸 受シールドとして形成されている。ケーシング１３の両方のシェル半部１１，１ ２はステータ薄板積層体１６を固定しており、このステータ薄板積層体は公知形 式で三相交流を発生させるための三相のステータ巻線１７を受容している。ステ ータ薄板積層体１６のいわゆるステータ孔内にはクローポール形ロータ１８が配 置されており、このクローポール形ロータはそのロータ軸１９よりケーシング１ ３のシェル半部１１，１２内に支承されている。ロータ軸１９は中央領域内に磁 気伝導性のリングコア２０を支持しており、このリングコア上には励磁巻線２１ が配置されている。その両側にはそれぞれ１つのクローポール基板２２がロータ 軸１９上に固定されており、そのクローポールフィンガが交番磁界の形成のため に間隔をおいて互いに入り込んで係合している。励磁巻線２１の電流供給のため にロータ軸１９の後端にスリップリング装置２３が固定されており、そのそれぞ れのスリップリングが励磁巻線２１のそれぞれ一方の端部に電気的に結合されて いる。スリップリングは公知形式で図示されていない炭素ブラシ装置と協働して おり、炭素ブラシ装置内にはコントローラが組み込まれており、このコントロー ラにより励磁巻線内の電流が自動車の給電網内の要求に応じて調整される。後方 のシェル半部１２の内側にはファン２４がクローポール基板２２の端面に固定さ れており、このファンはシェル半部１２の端面のとこ ろの適当なスリットを通して冷却空気流を軸方向で吸込み、かつ半径方向でステ ータ巻線１７の後方のコイルヘッドを擦過させて後方のシェル半部１２の外側に 位置するスリットを通して半径方向で外向きに吹き出す。第２のファン２４ａが 前方のシェル半部１１の内部で前方のクローポール基板２２の端面に配置されて おり、この場合もこのファンは冷却空気流を軸方向でケーシング半部１１のスリ ットを通して吸い込み、かつステータ巻線１７の前方のコイルヘッドを擦過させ て外側に位置するケーシングスリットを通して半径方向で外向きに吹き出す。後 方のファン２４により軸方向で吸い込まれた冷却空気流２５内には後方のシェル 半部１２の外側の端面のところに整流器‐構成ユニット２６が配置されており、 この整流器‐構成ユニットはステータ巻線１７の巻線出口に、そこで誘導される 三相交流の整流のために公知形式で入口側で結線されている。整流器‐構成ユニ ット２６の出口のところでは公知形式通り自動車給電網への供給のために必要な 直流電圧が取り出される。 整流器‐構成ユニットの詳細が第２図から第７図までに示されている。整流器 ‐構成ユニット２６は熱伝導性の金属有利にはアルミニウムから成る板状のプラ ス冷却体２７とマイナス冷却体２８とから成る。互いに上下に配置された両方の 冷却体２７，２８は絶縁板２９により互いに電気的に絶縁されており、かつ上方 の冷却体２７に配置された回路基板３０と一緒にサンドイッチ状に、機械の後方 のシェル半部１２を形成している軸受シールドの端面領域に固定されている。マ イナス冷却体２８内には複数のマイナスダイオード３１が、その陽極接続部を備 えた有利には刻み目付き孔内にプレスばめされており、その場合、マイナス冷却 体２８はマイナスダイオード３１の損失熱の排出のために後方のシェル半部１２ の端面に面状に固定されていなければならない。同様に、プラス冷却体２７内に は複数のプラスダイオード３２が陰極側でプレスばめされている。それぞれ１つ のマイナスダイオード３１と１つのプラスダイオード３２との直列接続並びにそ れらとステータ巻線１７との結線はリード線３３を介しておこなわれ、このリー ド線は接続端部３３ａを除いて回路基板３０内でプラスチック内に埋め込まれて いる。整流器‐構成ユニット２６は外向きにプラスチック製の保護キャップ３４ により覆われているが、しかしこの保護キャップは冷却空気流２５の流入のため に適当に端面側に配置した開口３５を備えている。回路基板３０、プラス冷却体 ２７、絶縁板２９およびマイナス冷却体２８は互いに上下に位置していて固定用 ねじ３６により後方のシェル半部１２の端面にねじ固定されている。保護キャッ プ３４はさらに接続ねじ３７によりプラス冷却体２７に固定されている。 整流器‐構成ユニット２６の損失熱は一面において は後方のケーシング半部１２の軸受シールドへの下方のマイナス冷却体２８の熱 伝導的な載着を介して、かつ他面においては上方のプラス冷却体２７が内周領域 に互いに並んで配置された冷却空気流２５の軸方向の通流のための複数の冷却空 気開口３８を有していることによってファン２４の冷却空気流２５を介して、上 方の冷却体２７から排出される。プラス冷却体２７から冷却空気流２５への損失 熱のできるだけ良好な排出を得るために、冷却空気開口３８のところには軸方向 に向いた冷却ひれ３９がプラス冷却体に一体成形されている。この冷却ひれによ りプラス冷却体２７の冷却空気流２５にさらされる表面が著しく増大する。この ことにより、冷却空気開口３８をも増大させることができ、その結果、この冷却 空気開口３８を通って流れる冷却空気流２５の成分も増大させることができる。 これにより公知の構成に対比して冷却空気開口の数と空気流騒音とが減少させら れる。 プラス冷却体２７での熱排出の更なる改善のために、上方の冷却体と回路基板 ３０との間には、回路基板の、適当に成形されかつスペーサとして形成された脚 部４０により間隔が設けられており、この間隔は上方の冷却体２７の外周から内 周領域のところの複数の冷却空気開口３８ａまで半径方向の冷却空気流成分２５ ａのための空気隙間４１を形成しており、その場合、この領域内の冷却空気開口 ３８ａは冷却ひれを備えて いない。一面では冷却空気流２５の軸方向に流入する冷却空気のために、かつ他 面では半径方向に流れる冷却空気流成分２５ａのために交互に冷却空気開口３８ のところには環状の冷却ひれ３９を、かつこれらの間に位置する冷却空気開口３ ８ａのところには冷却体２７の内周にだけ軸方向で延びる冷却ひれ３９ａを一体 成形することにより流れ抵抗が低く抑えられ、その結果、半径方向の冷却空気流 成分２５ａがこれらの冷却空気開口３８ａを通って妨げられることなくファン２ ４に達することができる。回路基板３０に一体成形された脚部４０は孔を備えて おり、この孔内にリベットスリーブ４２が挿入されており、このリベットスリー ブにより回路基板３０が上方の冷却体２７および絶縁板２９と一緒に１つのユニ ットを形成するように予め組み立てられ、その際、回路基板３０の絶縁材料から 成形された脚部４０は上方の冷却体２７と回路基板３０との間の間隔のためのス ペーサとして役立てられる。回路基板３０内のリード線３３の、第７図に示され たステータ巻線端部１７ａの接続のための接続端部３３ａは回路基板３０の外縁 から離反するように半径方向で外方へ向けられている。同様にリード線３３の、 マイナスダイオード３１のヘッド線３１ａの接続のための接続端部３３ｂは回路 基板３０の外縁から離反するように半径方向で外方へ向けられている。これらの 接続部の保護のために、−第７図に示すように−保護 キャップ３４は外側に一体成形されたカラー４３によって覆われている。保護キ ャップ３４の凹所４４内には機械の妨害対抗コンデンサ４５が設けられており、 このコンデンサは保護キャップ３４の絶縁材料内に埋め込まれた接続導体４６を 介して一面では接触板４７（第６図）と固定用ねじ３６とを介して後方のシェル 半部１２の軸受シールドにアース結合されており、かつ他面において保護キャッ プ３４内に係止された接触板４８を介して発電機のプラス接続部のための接続ね じ３７に結合されている。 さらに、上方のプラス冷却体２７からの損失熱の改善された排出は、半径方向 で外から内へ向かって流れる別の冷却空気流成分２５ｂのための別の空気隙間４ ９を形成する間隔が上方のプラス冷却体２７と、下方のマイナス冷却体２８に配 置された絶縁板２９との間に設けられていることにより得られる（第７図）。こ の空気隙間４９は上方の冷却体２７の外周から下方の冷却体２８の内周領域まで 延びており、その結果、冷却空気流成分２５ｂはそこを起点として下側のマイナ ス冷却体２８の内周のところの内向きの環状区分５０を擦過してファン２４に達 する。この空気隙間４９の製作のためにプラス冷却体２７の外周には固定用ねじ ３６の領域内にスペーサ５１として役立つ脚部が形成されている。このスペーサ ５１は回路基板３０の脚部４０の下方に位置している。このスペーサ５１の固定 用孔５２は、絶縁板２９のところのそれぞれ１つのカラー状の付加部が固定用孔 に係合してリベットスリーブ４２に対するプラス冷却体２７の電気的な絶縁を保 証するような大きさに寸法決めされている。絶縁板２９の外周には、半径方向の 間隔をおいて上方のプラス冷却体２７へ向けられた別のカラー５３が一体成形さ れている。このカラー５３はプラス冷却体２７とマイナス冷却体２８との間の絶 縁板２９のところで、保護キャップ３４の同じ周上に位置するカラー４３と共に 、軸方向の冷却空気流２５と一緒にファン２４に達する前に上方の冷却体２７を 両側で外から内へ向かって流れつつ掃気する両方の部分‐冷却空気流２５ａ，２ ５ｂの流入のための軸方向で制限された環状隙間５４（第７図）を形成している 。回路基板３０内のリード線３３の接続端部３３ａへのステータ巻線端部１７ａ の良好な案内のために絶縁板２９の外周領域内に適当に配置され軸方向に向けら れた受容‐案内スリーブ５５が一体成形されている。 種々の車種に特有の給電網に接続することができるように、上方のプラス冷却 体２７は２つのプラス接続ねじ３７を回動不能に受容するために、互いに対向し て位置する２つの接続孔５６を備えている（第３図）。 本発明は上述の図示の実施例に制約されない。それというのは、冷却空気流へ の熱排出のために上方の冷 却体に設けた冷却空気開口の構成が、冷却空気への熱排出のための面を増大させ るべくそこに一体成形された縦方向ひれと同様にそのつどの与えられた条件に適 合されているからである。さらに、予め与えられた空間的な条件に応じて、かつ 上方の冷却体から排出されるべき損失出力の大きさに応じて、半径方向の掃気が 多くまたは少なく必要とされ、従って場合によっては上方の冷却体と回路基板３ ０との間の、もしくは上方の冷却体と絶縁板との間の空気隙間４１もしくは４９ のいずれか一方または両方を省くことができる。しかし、この半径方向の冷却空 気流２５ａおよび２５ｂが直接的に、排出すべき損失熱を内部に発生するプラス ダイオードおよびマイナスダイオードの周りを流れるため、このことのために設 けられた空気隙間４１，４９は特別効果的である。冷却空気までの冷却体内の熱 伝導距離は、比較的大きな出力（１５０Ａまで）を有するダイオードが使用可能 であるほどに短い。後方の軸受シールドへのマイナス冷却体２８の直接的な熱的 結合と、後方の空気隙間４９内でマイナスダイオード３１へ直接的に冷却空気を 案内するその構造的な構成は、同様に比較的大きな出力（１５０Ａまで）のダイ オードの使用を可能ならしめる。このことにより、整流器‐構成ユニットの比較 的高い標準化が実現可能である。 十分な絶縁防護および腐食防護がプラス電位とマイ ナス電位とを案内する部分の空間的な間隔により保証される。その上、付加的な 半径方向の冷却空気流成分２５ａにより腐食的な生成物の集積もしくは堆積が防 止される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウヴェ クナッペンベルガー ドイツ連邦共和国 Ｄ―75417 ミュール アッカー カールシュトラーセ 11 (72)発明者 トーマス ビルジング ドイツ連邦共和国 Ｄ―74321 ビィーテ ィッヒハイム―ビッシンゲン ブレスラウ アー シュトラーセ 89

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 電気的な機械、有利には三相交流発電機であって、ケーシングと、このケー シング内に配置された少なくとも１つのファンを備えかつこのケーシング内に回 転可能に支承されたロータと、整流器‐構成ユニットとを備えており、この整流 器‐構成ユニットのプラスダイオードもしくはマイナスダイオードがプラス冷却 体もしくはマイナス冷却体に取り付けられており、これらのプラス冷却体とマイ ナス冷却体とが絶縁板により互いに電気的に絶縁されており、かつダイオード接 続のための回路基板と一緒にサンドイッチ状に機械の軸受シールドの端面領域に 固定されており、その場合、一面においては軸受シールドへの下方の冷却体の熱 伝導的な当接を介して、かつ他面においては上方の冷却体が冷却空気流の軸方向 の通流のための互いに並んで内周領域内に配置された複数の冷却空気開口を有し ていることによって１つのファンの少なくとも１つの吸込‐冷却空気流を介して 、整流器‐構成ユニットの損失熱が上方の冷却体から排出されるようになってい る形式のものにおいて、 上方の冷却体（２７）の少なくとも若干の冷却空気開口（３８）のところに は軸方向の冷却ひれ（３９）が冷却体（２７）に一体成形されていることを 特徴とする、電気的な機械、有利には整流器‐構成ユニットを備えた三相交流発 電機。 2. 整流器‐構成ユニットであって、そのプラスダイオードもしくはマイナスダ イオードがプラス冷却体もしくはマイナス冷却体に取り付けられており、これら のプラス冷却体とマイナス冷却体とが絶縁板により互いに電気的に絶縁されてお り、かつダイオード接続のための回路基板と一緒にサンドイッチ状に三相交流発 電機の軸受シールドの端面領域に固定されており、その場合、一面においては機 械の軸受シールドへの下方の冷却体の熱伝導的な接触を介して、かつ他面におい ては上方の冷却体が冷却空気流の軸方向の通流のための互いに並んで内周に配置 された複数の冷却空気開口を有していることによって機械の１つのファンの少な くとも１つの冷却空気流を介して、整流器‐構成ユニットの損失熱が上方の冷却 体から排出されるようになっている形式のものにおいて、上方の冷却体（２７） の少なくとも若干の冷却空気開口（２８）のところには軸方向の冷却ひれ（３９ ）が冷却体（２７）に一体形成されていることを特徴とする、整流器‐構成ユニ ット。 3. 上方の冷却体（２７）の外周から内周領域のその若干の冷却空気開口（３８ ａ）まで半径方向の冷却空気流（２５ａ）のための空気隙間（４１）を形成する 間隔が上方の冷却体（２７）と回路基板（３０ ）との間に設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の整流器‐ 構成ユニット。 4. 交互に一方の冷却空気開口（３８）のところに環状の冷却ひれ（３９）が、 かつ他方の冷却空気開口（３８ａ）のところに冷却体（２７）の内周にだけ延び る軸方向の冷却ひれ（３９ａ）が一体成形されており、その結果、半径方向の冷 却空気流（２５ａ）がこれらの後者の冷却空気開口（３８ａ）を通ってファン（ ２４）へ達することができるようになっていることを特徴とする請求項３記載の 整流器‐構成ユニット。 5. 上方の冷却体（２７）と回路基板（３０）との間の間隔が、回路基板（３０ ）の絶縁材料に一体成形されていて上方の冷却体（２７）上に載着されたスペー サ（４０）により形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいず れか１項記載の整流器‐構成ユニット。 6. 回路基板（３０）が保護キャップ（３４）により覆われており、この保護キ ャップが、冷却空気流（２５）の流入のための開口（３５）を備えており、かつ 外側に一体成形されたカラー（４３）により、回路基板（３０）の半径方向に向 けられた、マイナスダイオード（３１）のためのおよび機械の巻線端部（１７ａ ）のための接続部（３３ａ．３３ｂ）を覆っていることを特徴とする、請求項１ から５まで のいずれか１項記載の整流器‐構成ユニット。 7. 保護キャップ（３４）が凹所（４４）を備えており、この凹所内に機械の妨 害対抗コンデンサ（４５）が挿入されており、この妨害対抗コンデンサが保護キ ャップ（３４）内に組み込まれた接続導体（４６）を介して、一面では機械の軸 受シールドに電気的に結合されており、かつ他面では整流器‐構成ユニット（２ ６）の主接続部（プラス端子３７）に結合されていることを特徴とする、請求項 ６記載の整流器‐構成ユニット。 8. 上方の冷却体（２７）の外周から下方の冷却体（２８）の少なくとも内周領 域まで別の半径方向の冷却空気流（２５ｂ）のための空気隙間（４９）を形成す る間隔が上方の冷却体（２７）と、下方の冷却体（２８）上に配置された絶縁板 （２９）との間に形成されていることを特徴とする、請求項２または３記載の整 流器‐構成ユニット。 9. 上方の冷却体（２７）に、空気隙間（４９）の形成のために絶縁板（２９） へ向けられたスペーサ（５１）が一体成形されていることを特徴とする、請求項 ７記載の整流器‐構成ユニット。 10. 絶縁板（２９）の外周に、上方の冷却体（２７）へ向けられたカラー（５ ３）が一体成形されていることを特徴とする、請求項９記載の整流器‐構成ユニ ット。 11. 保護キャップ（３４）に外側で一体成形されたカラー（４３）と、絶縁板 （２９）に外側で一体成形されたカラー（５３）との間に、冷却空気流成分（２ ５ａ，２５ｂ）の流入のための軸方向の環状隙間（５４）が形成されていること を特徴とする、請求項１０記載の整流器‐構成ユニット。 12. 上方の冷却体（２７）とその前に位置する回路基板（３０）との間の第１ の半径方向の冷却空気流（２５ａ）並びに上方の冷却体（２７）とこれの背後に 位置する絶縁板（２９）との間の別の半径方向の冷却空気流（２５ｂ）が外から 内向きにファン（２４）まで延びていることにより、上方の冷却体（２７）が両 側で冷却空気流（２５ａ，２５ｂ）にさらされいることを特徴とする、請求項８ 記載の整流器‐構成ユニット。 13. 絶縁板（２９）の外周領域内に、ステータ巻線端部（１７ａ）のための軸 方向に向けられた受容‐案内スリーブ（５５）が一体成形されていることを特徴 とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載の整流器‐構成ユニット。 14. 上方の冷却体（２７）がプラスダイオード（３２）を支持しており、かつ ２つのプラス接続ねじ（３７）の回動不能な受容のための互いに対向して位置す る２つの接続孔（５６）を備えていることを特徴とする、請求項１から１３まで のいずれか１項記 載の整流器‐構成ユニット。