JP4102754B2 - 電気的な機械、特に自動車のためのゼネレータ - Google Patents

Description

【０００１】
［従来技術］
本発明は請求項１の上位概念として記載した電気的な機械、特に自動車のためのゼネレータに関する。
【０００２】
自動車のための公知の、水冷されたゼネレータ（ＦＲ２７１７６３８Ａ１号）においては、ステータとロータは鉢形のケーシングに受容されている。ケーシングは鉢形の被覆体内に挿入され、鉢形の被覆体の外套とケーシングの外面との間にリング室が形成されている。このリング室は一方では前記被覆体の底により制限され、他方では被覆体の鉢縁に被せ嵌められた蓋とにより液密に閉鎖されている。リング室は互いに対抗する側に供給開口と排出開口とを有し、この供給開口及び排出開口はそれぞれ前記被覆体から半径方向に突出する水導管のための接続管部で取囲まれている。ポンプを用いて回路を循環させられた水は供給開口を通ってリング室内に達し、ケーシングを巡り、排出開口を通って再びリング室から流出する。ゼネレータから放出された熱は冷却された水によって吸収されかつ導出される。
【０００３】
［発明の利点］
本発明による電気的な機械は、冷媒が案内ウェブで強制されて案内されることに基づき、電気的な機械のケーシングの周囲を冷媒が一様に流れることが保証され、公知技術とは異なって、例えばリサイクル気泡の発生による冷媒の局部的に不十分な流速に基づくいわゆるホット−スポットの形成が回避されるという利点を有している。同時に冷却リブとして作用する多数の案内ウェブによって、冷媒に熱伝達するために役立つケーシングの表面は拡大され、同じ冷媒効率のために、冷媒の容積流を、ケーシング表面が拡大されたファクタだけ減少させることができる。それぞれ端部側にて変向される冷媒の広幅帯状の軸方向の流れによって、機械のステータが金属製のケーシングを通して大きな熱量を発生する個所にて、熱伝達のための表面と冷媒の流速とも大きくなり、局所的な冷却力が局部的な熱発生量に良好に適合させられるようになる。このためには場合によっては案内ウェブの間隔も適当に設定されることもできる。案内ウェブを越える洩れ流による短絡損失はわずかである。何故ならば流体学的に好ましい配置に基づき、外套と案内ウェブの外面との間に存在する小さなギャップを介して大きな圧力差が与えられることはないからである。
【０００４】
総じて本発明による機械においてはすべての室セグメントにて熱を導出するために十分に大きい冷却が、しかも冷媒のために限られた容積流しか提供されていなくても、達成される。
【０００５】
他の請求項に記載されている処置によっては請求項１に記載した電気的な機械の有利な構成と改良が可能である。
【０００６】
本発明の有利な１実施例によれば各室セグメントにおける案内ウェブはそれぞれ流入及び流出端部を有する多数の平行な流れ通路を有している。リング室においては、流れ通路の各端部には周方向に延びる冷媒集合区分が構成されている。この冷媒集合区分からはそれぞれ流入集合区分が各室セグメントの流入端部を介して延びかつ流出集合区分が各室セグメントの流出端部を介して延びている。流れ通路の各端部においては周方向で１つの室セグメントの流出集合区分に、次の室セグメントの流入集合区分が接続している。この場合、各流入集合区分は流れ方向で次の室セグメントの流出集合区分から分離されている。ケーシングの外周に亘って分配された若干の、例えば５つの室セグメントにおける前記案内ウェブの前記平行配置によって、冷却通路の長さと流動抵抗とが減じられる。
【０００７】
本発明の別の実施例によれば、冷媒集合区分は、流入集合区分の横断面が流れ方向で減少し、流出集合区分の横断面が流れ方向に増大するように構成されている。構造的な構成によって冷媒流の変向領域における流れ速度が低下させられかつ流れ通路における流れ速度が同じである場合に、平行な流れ通路に対し、冷却媒体が一様に分配されるようになる。
【０００８】
本発明の有利な実施例によれば流れ通路の端部における冷媒集合区分は、案内ウェブが同じ長さを有し、１つの室セグメント内で周方向に連続する案内ウェブが軸方向で、有利には同じ値だけ、同じ方向へ互いに相対的にずらされていることで構成される。この場合、室セグメントにおいて最後の案内ウェブは、該案内ウェブが一方のウェブ端部で、リング室を端面側で閉鎖する２つのリングウェブの１つに近づけられるまでずらされている。この構造的な構成により、冷媒集合区分における所望の横断面の減少もしくは横断面の増大と次の室セグメントにおける流出集合区分からの流入集合区分の分離が製作技術的に有利な形式で実現される。
【０００９】
本発明の有利な実施例によれば、流れ方向で第１の室セグメントの第１の案内ウェブと最後の室セグメントの最後の案内ウェブとの間には、冷媒供給部に接続された、軸方向に延びる供給通路と、冷却媒体流出部に接続された、周方向に延びる排出通路とが構成されている。供給及び排出通路は、最後の室セグメントにおける最後の案内ウェブの前方の端部から第１の室セグメントにおける第１の案内ウェブまで周方向に延びる分離ウェブによって互いに分離されている。この場合、外套の上に取付けられた冷媒供給用の供給接続部はその軸線で、該軸線と供給通路内の冷媒の軸方向の流れ方向とが鈍角を成すように配置され、外套に取付けられた冷媒排出用の排出接続部がその軸線で、排出通路における冷媒のほぼ接線方向の流れ方向と鈍角を成すように構成されている。冷媒の供給及び排出がこのように案内されることによって高圧側に分離ウェブから遠ざけられた容積流によって分離ウェブにおける圧力が減少させられる。低圧側では分離ウェブにおける圧力は上方へ流れる冷媒のせき止め圧によって高められる。これにより全体として一方では分離ウエブを越える全体圧が低減させられて、きわめてわずかな洩れ損失しか発生させられなくなり、他方では流動学的に好ましい冷媒の供給及び排出が生じ、流動抵抗が減じられる。
【００１０】
本発明の有利な実施例によれば案内ウェブ、リングウェブ及び分離ウェブが加圧又はダイカスト鋳造技術で製造されるケーシングに一体成形されている。加圧鋳造又はダイカスト鋳造型は製作技術的に好適に選ばれたウエブ構造によって軸方向で離型可能である。一体成形されたリングウェブを有する別個に製作された外套は前述の如く製作されたケーシングに被せ嵌められ、リング室はリングウェブの領域にてケーシングと外套との間の２つのＯリングによってシールされる。
【００１１】
［実施例］
図１にて縦断面図で部分的に示されている、一般的な電気的な機械の実施例としての自動車用のゼネレータは、公知の形式でケーシング１０内に受容されたステータ巻線１２を備えたステータ１１と、ステータ１１により空隙１３を残して同心的に取囲まれたロータ１４とを有している。ロータ１４はケーシング１０に回転可能に支承されたロータ軸１５に相対回動不能に取付けられている。ケーシング１０は鉢形に、底部分１０１と円筒部分１０２とから構成されている。円筒部分１０２には底部分１０１とは反対の側の端部にて半径方向のフランジ１０３が一体に構成されている。フランジ１０３の上にはケーシング１０を端面側で閉鎖する軸受蓋体１６が固定されている。ロータ軸１５は−図１には示されていないように−それぞれ底部分１０１と軸受蓋体１６とに統合された回転軸受に受容されている。
【００１２】
フランジ１０３にすぐ隣り合って、円筒部分１０２の表面から半径方向に突出するリングウェブ１０４が一体成形されている。円筒部分１０２の他方の端部からは、別個に製作された、中空円筒状の外套１７がケーシング１０に被せ嵌められている。この外套１７は押込み方向で前方の端部で一方ではリングウェブ１０４を上から掴み、かつ他方ではフランジ１０３に当接している。外套１７の後方端部においては半径方向内方へ突出するリングウェブ１７１が一体に構成されている。このリングウェブ１７１はこの半径方向の高さはケーシング１０におけるリングウェブ１０４の高さに相応している。このような形式で外套１７とケーシング１０の円筒部分１０２との間にはリング室１８が制限される。このリング室１８は端面側にて両方のリングウェブ１７１とによって閉鎖されている。リングウェブ１０４と１７１との間の領域で外套１７とケーシング１０の円筒部分１０２との間にはＯリングの形をしたリングシール１９が配置されている。この場合、有利にはそれぞれ１つのリングシール１９はケーシング１０の円筒部分１０２に突切られたリング溝２０に配置されている。リング室１８は冷媒供給部２１と冷媒排出部２２とに接続されており、冷媒供給部２１と冷媒排出部２２にはそれぞれ１つの、外套１７の外に配置された供給接続部２３もしくは排出接続部２４が配属されている（図２）。
【００１３】
冷媒がケーシングの周囲を一様に流れることを保証するためには、リング室１８内にて冷媒は冷媒供給部２１から冷媒排出部２２へ強制案内させられている。この場合、多数の軸方向の案内ウェブ２５によって冷媒は強制案内され、冷媒は周方向で並べられたリング室１８のセグメント（以下室セグメント２６と呼ぶ）内にて広幅帯状に軸方向で、相前後する室セグメント２６にて逆向きの流れ方向でリング室１８を流過する。案内ウェブ２５はリング室１８の半径方向の幅に相当する半径方向のウェブ高さを有し、実施例では同じ横断面と同じ軸方向の長さで互いに等間隔で、図３と４とに示されているように配置されている。ここで記述している実施例では案内ウェブ２５は全部で５つの室セグメント２６に分割されている。しかし、室セグメント２６の数は任意に選択することができる。各室セグメント２６において案内ウェブ２５はその間に多数の平行な流れ通路２７を形成する。流れ通路は流入端部２７１と流出端部２７２とを有しかつ同じ流れ横断面を有している。択一的に案内ウエブは、異なる大きさの間隔を相互において構成されかつ配置され、案内ウェブにより閉成された流れ通路２７に異なる流れ横断面が与えられることもできる。この場合、異なる流れ横断面の位置的な関係はケーシング１０における局部的に異なる熱の発生に適合させられて与えられる。各室セグメント内では流入端部２７１は流入集合２８に開口しかつ流出端部２７２は流出集合区分２９に開口するので流れ通路２７の各端部においては周方向で見てそれぞれ１つの室セグメント２６の流出集合区分２９に、後ろの又は前の室セグメント２６の流入集合区分２８が接続されている。全体として冷媒集合区分と名付けられている流入集合区分２８と流出集合区分２９においては冷媒は室セグメント２６における個々の流れ通路２７に分配されるかもしくは流れ通路２７から流出する冷媒が纏められかつ流れ方向が逆転させられる。１つの室セグメント２６の流入集合区分２８から流れ方向で見てつぎの室セグメント２６の流出集合区分２９への短絡流又は漏洩流を回避するためには１つの室セグメント２６の流入集合区分２８は、流れ方向で見てつぎの室セグメント２６の流出集合区分２９から分離されている。図３と４が示すように、冷媒集合区分２８，２９は、流入集合区分２８の各横断面が流れ方向に減少しかつ流出集合区分２９の各横断面が流れ方向に拡大するように構成されている。流れ方向で変化する横断面を有する冷媒集合区分は、１つの室セグメント２６内で周方向に相前後して配置された平行な案内ウェブ２５が軸方向で所定の値だけ、有利にはそれぞれ同じ値だけ、同じ方向に相互にずらされていることで実現されている。この場合、各室セグメント２６における最後の案内ウェブ２５はその両方のウェブ端がリングウェブ１０４もしくは１７１に当接し、ひいては流入集合区分２８を、流れ方向で見てつぎの室セグメント２６の流出集合区分２９から分離するようにずらされている。
【００１４】
図３と図４に示されているように流れ方向で見て第１の室セグメント２６１の案内ウェブ２５１と、流れ方向で見て最後の室セグメント２６２の案内ウェブ２５２との間には、冷媒供給部２１に接続され、軸方向に延びる供給通路３０と、冷媒排出部２２に接続され、周方向に延びる排出通路３１とが構成されている。供給通路３０と排出通路３１とは、周方向で見て最後の室セグメント２６２における最後の案内ウェブ２５２の前方の端部から第１の室セグメント２６１における第１の案内ウェブ２５１まで延びる分離ウェブ３２によって互いに分離されている。分離ウェブ３２において支配する総圧を減少させ、ひいては分離ウェブ３２のウェブ面と外套１７の内面との間に形成される小さなギャップを介する洩れを回避するためもしくは該洩れをきわめて小さく保つためには、供給接続部２３はその軸線が共通通路３０における冷媒の軸方向の流れ方向と鈍角αを成すように構成されている。これは図３において供給流矢印３３で示されている（図２をも参照）。これに対し排出通路３１は排出通路３１の軸線がケーシング１０に対しほぼ接線方向にもしくはケーシング１０の周方向に延びかつ排出通路３１における冷却流れ方向と同様に鈍角βを成すように構成されている。これは図３にて排出流矢印３４で示されている（図２をも参照）。
【００１５】
案内ウェブ２５と、案内ウェブ２５の間に形成された流れ通路２７との配置は、図４に示されたケーシング１０の展開図にきわめて明瞭に示されている。個々の流れ通路２７と流れ通路２７の流れ端部２７１，２７２の冷媒集合区分とにおける冷媒の流れは図４に記入した流れ矢印で示されている。
【００１６】
平行な案内ウェブ２５、分離ウェブ３２とリングウェブ１０４を有するケーシング１０は、有利には加圧鋳造又はダイカスト鋳造方法で製作される。この場合、ケーシングの構造的な構成により、加圧又はダイカスト鋳造品は軸方向に離型可能であり、別個に製作された外套１７はゼネレータを組立てたあとで、外套１７の押し込み方向で先方の端面がケーシング１０の円筒部分１０２に構成されたフランジ１０３に当接するまでケーシング１０の上へ被せ嵌められる。フランジ１０３を貫通し、外套１７の端面にねじ込まれる固定ねじ３５でケーシング１０と外套１７は纏めて保持される。ねじ３５は同時に軸受蓋体１６をフランジ１０３に不動に固定することも行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自動車のゼネレータの１部を示した縦断面図。
【図２】 図１の矢印ＩＩの方向から見てゼネレータの１部を示した斜視図。
【図３】 図１の外套を除いてゼネレータを上から見た斜視図。
【図４】 図１から３までの機械のケーシングの展開図。
【符号の説明】
１０ ケーシング
１１ ステータ
１２ ステータコイル
１３ 空隙、 １４ ロータ
１５ ロータ軸
１６ 軸受蓋体
１７ 外套
１８ リング室
１９ リングシール
２０リング溝
２１ 冷媒供給部
２２ 冷媒排出部
２３ 供給接続部
２４ 排出接続部
２５ 案内ウェブ
２６ 室セグメント
２７ 流れ通路
２８ 流入集合区分
２９ 流出集合区分
３０供給通路
３１ 排出通路
３２ 分離ウェブ

Claims (12)

1. 電気的な機械、特に自動車のためのゼネレータであって、ケーシング（１０）と該ケーシング（１０）を同心的に取囲む外套（１７）とを有し、該外套（１７）と前記ケーシング（１０）とが一緒に、冷媒供給部（２１）と冷媒排出部（２２）とに接続された、液密に閉鎖されたリング室（１８）を形成している形式のものにおいて、前記リング室（１８）内に軸方向の案内ウェブ（２５）が多数配置されており、周方向に並んだ室セグメント（２６）の内部で、冷媒が前記リング室（１８）を広幅状態で、軸方向に連続する前記室セグメント（２６）にて逆向きの流動方向で強制流過させられるように構成され、各室セグメント（２６）において、前記案内ウェブ（２５）が、それぞれ流入及び流出端部（２７１，２７２）を有する多数の平行な流れ通路（２７）を形成しており、前記リング室（１８）内で前記流れ通路（２７）の各端部にて周方向に延びる冷媒集合区分が構成されており、該冷媒集合区分からそれぞれ１つの流入集合区分（２８）が各室セグメント（２６）の流れ通路（２７）の流入端部（２７１）を介して延びかつ流出集合区分（２９）が各室セグメント（２６）の流れ通路（２７）の流出端部を介して延びており、前記流れ通路（２７）の各端にて周方向で１つの室セグメント（２６）の流出集合区分（２９）に、次の室セグメント（２６）の流入集合区分（２８）が接続しており、各流入集合区分（２８）が、流れ方向に続く室セグメント（２６）の流出集合区分（２９）から分離させられており、前記流入集合区分（２８）の横断面が流れ方向に先細になりかつ前記流出集合区分（２９）の横断面が流れ方向で増大するように前記冷媒集合区分が構成されていることを特徴とする、電気的な機械。
2. 前記案内ウェブ（２５）が前記リング室（１８）の半径方向の幅に相応する、半径方向のウェブ高さを有している、請求項１記載の電気的な機械。
3. 前記案内ウェブ（２５）の間に形成された流れ通路（２７）の横断面が同じ大きさである、請求項１記載の電気的な機械。
4. 前記案内ウェブ（２５）の間に形成された流れ通路（２７）の横断面が局所的に異なって行おうとする熱の導出に適合させられて異なった大きさに設定されている、請求項１記載の電気的な機械。
5. 前記案内ウェブ（２５）が同じ長さを有し、１つの室セグメント（２６）の内部で周方向に連続する前記案内ウェブ（２５）が軸方向に、有利には同じ値だけ、同じ方向へ相互にずらされていることで、前記冷媒集合区分が前記流れ通路（２７）の端部にて形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気的な機械。
6. 前記室セグメント（２６）において最後の前記案内ウェブ（２５）が一方のウェブ端部で、前記リング室（１８）を端面側にて閉鎖する２つのリングウェブ（１０４，１７１）の１つに、近づけられている、請求項５記載の電気的な機械。
7. 流れ方向で第１の前記室セグメント（２６１）の第１の前記案内ウェブ（２５１）と最後の前記室セグメントの最後の前記案内ウェブ（２５２）との間に、冷媒供給部（２１）に接続された、軸方向に延びる供給通路（３０）と、冷媒排出部（２２）に接続された、周方向に延びる排出通路（３１）とが構成されており、前記供給及び排出通路（３０，３１）が周方向に、最後の前記室セグメント（２６２）における最後の前記案内ウェブ（２５２）から第１の前記室セグメント（２６１）における第１の前記案内ウェブ（２５１）まで延びる分離ウェブ（３２）によって互いに分離させられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気的な機械。
8. 前記冷媒供給部（２１）が前記外套（１７）に載置された供給接続部（２３）を有し、該供給接続部（２３）の軸線が前記供給通路（３０）における冷媒の軸方向の流れ方向との間に鈍角（α）を成している、請求項７記載の電気的な機械。
9. 冷媒排出部（２２）が前記外套（１７）に載置された排出接続部（３１）を有し、該排出接続部（３１）の軸線が前記ケーシング（１０）の周方向に向いた前記排出通路における流れ方向との間に鈍角（β）を成している、請求項７又は８記載の電気的な機械。
10. 前記案内ウェブ、分離ウェブ及びリングウェブ（１０４）の１つが前記ケーシング（１０）に一体に成形されている、請求項６から９までのいずれか１項記載の電気的な機械。
11. 前記外套（１７）が別個の構成部分として製作され、この構成部分に他方のリングウェブ（１７１）が一体に成形され、前記ケーシング（１０）が前記外套（１７）内へ押込まれており、前記ケーシング（１０）と前記外套（１７）との間に前記リングウェブ（１０４，１７１）の領域にてリングシール（１９）が配置されている、請求項６から１０までのいずれか１項記載の電気的な機械。
12. 前記リングシール（１９）が前記ケーシング（１０）内に形成されたリング溝（２０）内に配置されている、請求項１１記載の電気的な機械。

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