SE519245C2 - Värmegenerator, anordning samt sätt - Google Patents

Description

annu: |||>» 10 15 20 25 30 35 519 245 2 kräver dock en kopplingsanordning, som kan innebära att värmegeneratorn blir komplicerad och/eller oönskat dyr.

I en värmegenerator enligt SE-A-9902321-O är rotorn och statorn rörliga relativt varandra för ändring av avståndet mellan dem och därmed ändring av den i statorn alstrade värmeeffekten. Härvid utnyttjas det förhållandet att en ändring av avståndet mellan rotorn och statorn påverkar storleken av de strömmar som rotorn inducerar i statorn och därmed också storleken av den av dessa ström- mar alstrade värmen. Organen för ändring av avståndet är enligt SE-A-9902321-O inrättade att ändra storleken av ett axiellt gap mellan rotorn och statorn.

I ett föredraget utförande innefattar organen för storleksändringen ställorgan, som är känsliga för tempe- raturen i kylkanalen. Ställorganen kan vara anordnade att, då den av ställorganen avkända temperaturen uppnår ett förutbestämt värde, väsentligen momentant öka avstån- det mellan rotorn och statorn till ett värde, vid vilket den i statorn alstrade värmen är försumbar. Härigenom kan uppvärmning av det i kylkanalen strömmande fluidet över ett förutbestämt temperaturvärde förhindras, t ex kan vatten som kylmedium hindras att uppvärmas över l00°C och därmed hindras att förångas vid normalt tryck. Även om de ovan beskrivna värmegeneratorerna uppfyl- ler erforderliga krav vad gäller kapacitet och reglerbar- het, finns det behov av att deras konstruktion förenklas i syfte att uppnå en hög tillförlitlighet och robust reg- lerbarhet i den relativt krävande miljö som exempelvis ett motorrum i ett motorfordon utgör.

Detta behov kan enligt uppfinningen tillfredsställas genom att en värmegenerator av det inledningsvis angivna slaget ges de särdrag som framgår av efterföljande pa- tentkrav 1. Föredragna utföringsformer av denna värmege- nerator är angivna i de efterföljande osjälvständiga pa- tentkraven. -- >- 10 15 20 25 30 35 519 245 3 Behovet tillfredsställes även medelst en anordning enligt efterföljande patentkrav 9 respektive genom ett sätt enligt efterföljande patentkrav 12.

En värmegenerator för ett motorfordon av det inled- ningsvis angivna slaget har således statorn lagrad sväng- bar relativt rotorn för ändring av deras inbördes avstånd och styrning av den i statorn alstrade värmen. Vidare är statorn lämpligen lagrad svängbar kring en axel, som är belägen på avstånd från rotorns rotationscentrum och är väsentligen parallell med ett plan, som utgör rotorns ro- tationsplan.

Denna lösning är konstruktionsmässigt enkel och ro- bust och är även reglermässigt enkel. Den är dessutom ut- rymmessparande och möjlig att placera i flertalet person- bilars motorrum utan att detta behöver ändras.

I den föredragna utföringsformen är vidare kylkana- len svängbar tillsammans med statorn. Då avståndsändring- en mellan rotorn och statorn närmast statorns svängnings- axel blir relativt liten, så kommer en del av statorn, och därmed kylkanalen, nära denna svängningsaxel att bi- dra endast lite till en ändring av värmeutvecklingen i statorn vid svängning av denna. Statorn kan vara helt ringformig men på grund av ovan beskrivna förhållande är den, liksom kylkanalen, företrädesvis avbrutet ringformig med två ändar, som slutar på avstånd från svängningsaxeln och är avsedda att kunna inkopplas i en kylslinga hos en motor i motorfordonet.

För påverkan av statorns svängningsläge kan ett ställorgan vara anordnat, varvid detta är inrättat att ingripa med statorn på avstånd från dennas svängningsax- el.

Den uppfinningsenliga anordningen för reglering av en vätskekyld förbränningsmotors arbetstemperatur inne- fattar värmegeneratorn och ett ställorgan för statorn för styrning av den i statorn alstrade värmen genom ändring av det inbördes avståndet mellan statorn och rotorn, samt kännetecknas av att statorn är lagrad svängbar relativt 10 15 20 25 30 35 519 245 4 rotorn för ändringen av deras inbördes avstånd och därmed styrningen av den i statorn alstrade värmen samt regler- ingen av förbränningsmotorns arbetstemperatur.

Ett sätt att styra den avgivna värmeeffekten från en värmegenerator enligt ovan för ett motorfordon känneteck- nas enligt uppfinningen av att statorn lagras svängbar relativt rotorn för ändring av deras inbördes avstånd och därigenom styrning av den i statorn alstrade värmen.

En utföringsform av anordningen för reglering av en vätskekyld förbränningsmotors arbetstemperatur, vilken anordning innefattar en värmegenerator enligt uppfinning- en, skall beskrivas närmare i det följande under hänvis- ning till medföljande ritningar.

Fig 1 är en perspektivbild och visar en möjlig pla- cering av en utföringsform av en värmegenerator enligt föreliggande uppfinning på en förbränningsmotor.

Fig 2 är en sprängvy och visar i perspektiv delar till en utföringsform av en värmegenerator enligt före- liggande uppfinning.

Fig 3 är en längdsnittsvy av den i fig 2 visade ut- föringsformen av en värmegenerator enligt föreliggande uppfinning.

Den i fig 1-3 visade utföringsformen av en värmege- nerator enligt föreliggande uppfinning innefattar en ro- tor 1, som är fast monterad pá en drivande axel 2, vilken kan utgöra vevaxeln eller en förlängning av denna på en förbränningsmotor 3. På samma axel 2 kan då en remskiva 4 vara fast anordnad på konventionellt sätt. Rotorn 1 inne- fattar närmare bestämt ett nav 5, som är fixerat på axeln 2 medelst en bult 6. Navet 5 uppbär en ringformad rotor- skiva 7, på vars från motorn 3 vända sida ett flertal permanentmagneter 8 är fästa. Permanentmagneterna 8 är monterade med axiellt riktade poler och med från magnet till magnet alternerande polaritet i rotorns l omkrets- riktning.

Förbindningen mellan navet 5 och rotorskivan 7 är ej visad i fig 2. Alternativt och såsom visat i fig 3 kan v»|n| null: 10 15 20 25 30 35 519 245 " I v u ø .u 5 rotorskivan 7 vara fast förbunden med navet 5 genom att vara fast monterad på remskivan 4.

En statorkåpa 9 är fast förbunden med en statorhàl- lare 10, som i sin tur är uppburen på navet 5 via ett la- ger 11. Statorkåpan 9 och därmed statorhållaren 10 hind- ras att rotera eller vrida sig kring navet 5 genom att statorkàpan 9 även är fast förbunden med en arm 12, som i sin tur är fixerad relativt förbränningsmotorn 3.

En stator 13 är lagrad vridbar kring en av stator- hållaren 10 uppburen axel 14, som sträcker sig väsentli- gen parallellt med ett plan, som utgör rotorns 1 rota- tionsplan. Statorn 13 är hästskoformig eller avbrutet ringformig. Den innefattar en platta 15, av vilken ett parti utgör en begränsningsvägg till ett likaledes avbru- tet ringformigt kylutrymme 16. Plattan 15 har också ans- lutningsstosar 17, 18 till kylutrymmet 16. På avstånd från axeln 14 är statorns 13 platta 15 kopplad till ett ställdon 19, som i sin tur är monterat på armen 12. En axiell ställrörelse hos ställdonet 19 resulterar således i att statorn 13 vrides kring axeln 14, så att det inbör- des läget mellan rotorn 1 och statorn 13 ändras.

Kylutrymmet 16 är bildat av plattan 15 och ett tråg 20, som följer en cirkelbàge mellan anslutningsstosarna 17, 18. Dessa utgör således de enda öppningarna till det i övrigt helt slutna kylutrymmet 16. Tràget 20 eller ät- minstone dess botten består av ett elektriskt ledande, företrädesvis omagnetiskt material, såsom koppar eller aluminium. Kylutrymmet 16 innehåller en skiljevägg 21, som är anordnad på litet avstånd från trågets 20 botten och har samma utsträckning som denna, så att en smal spalt bildas mellan skiljeväggen 21 och trågets 20 bot- ten. Skiljeväggen 21 har dock små utskärningar 22 utmed sina långsidokanter. Vidare består skiljeväggen lämpligen av ett mjukt magnetiskt material, t ex järn.

Kylutrymmet 16 inrymmer vidare en ytterligare skil- jevägg 23, som delar upp utrymmet mellan skiljeväggen 21 och plattan 15 i en inloppskanal 24 och en utloppskanal :annu 10 15 20 25 30 35 519 245 v o o n »q 6 25. Inloppskanalen 24 sträcker sig från anslutningsstosen 17 och smalnar av i riktning mot anslutningsstosen 18, som den ej är direkt förbunden med. Utloppskanalen 25 sträcker sig utmed inloppskanalen 24 och ökar i bredd fràn anslutningsstosen 17, som den ej är direkt förbunden med, i riktning mot anslutningsstosen 18, som den mynnar i.

Som följd av ovan beskrivna konstruktion av kylut- rymmet 16 kommer ett kylfluidum, som matas in genom ans- lutningsstosen 17, att strömma genom inloppskanalen 24 för att successivt passera genom utskärningarna 22 utmed den làngsidokant av skiljeväggen 21 som befinner sig in- till inloppskanalen 24. Kylfluidumet strömmar sedan vä- sentligen tvärs genom den smala spalten mellan skiljeväg- gen 21 och tràgets 20 botten till och genom utskärningar- na 22 vid den làngsidokant av skiljeväggen 24 som befin- ner sig intill utloppskanalen 25. Kylfluidumet kommer därmed in i utloppskanalen 25 och strömmar sedan genom denna och ut genom anslutningsstosen 18.

I det föredragna utförandet av värmegeneratorn en- ligt uppfinningen är kylutrymmet 16 inkopplat medelst anslutningsstosarna 17, 18 i serie i motorns 3 kylsystem.

Funktionssättet för den ovan beskrivna värmegenera- torn är följande: Vid start av förbränningsmotorn 3 i kallt tillstànd är statorn 13 belägen i en position omedelbart invid ro- torn 1 och närmare bestämt är statorns 13 kylutrymme 16 beläget omedelbart intill rotorns 1 permanentmagneter 8.

Som följd härav alstrar permanentmagneterna 8 virvel- strömmar i tràgets 20 botten, vilket resulterar i en kraftig värmealstring. Den genererade värmen tas upp av det kylmedium som strömmar genom inlopps- och utloppska- nalerna 24, 25 och höjer därmed motorns arbetstemperatur.

Allt eftersom motorns arbetstemperatur ökar till följd av uppvärmningen av kylmediumet i statorn 13 kan denna uppvärmning behöva minskas. Detta sker mycket en- kelt genom att statorn svänges bort från rotorn 1 kring 10 15 20 25 30 35 519 245 7 axeln 14, varvid permanentmagneternas 8 magnetfält alst- rar allt mindre virvelströmmar i statorn 13. Därmed mins- kar naturligtvis den alstrade värmeeffekten.

Ställorganet 19 kan således vara avsett att anslutas till ett reglersystem i motorfordonet, vilket reglersy- stem är anordnat att styra statorns 13 vridningsläge re- lativt rotorn 1 åtminstone i beroende av en parameter för ett värmeavledningsbehov.

Statorns 13 svängningsläge kan vidare vara styrt av en styrelektronik för förbränningsmotorn 3 för begräns- ning av den i statorn 13 alstrade värmeeffekten genom svängning av statorn 13 till ett förutbestämt läge, där den i statorn 13 alstrade värmen är försumbar.

Värmegeneratorn kan vidare utgöra en mekaniskt, termiskt och styrmässigt integrerad del av ett system för temperatur- och emissionsstyrning av förbrännningsmotorn 3.

Sammanfattningsvis, möjliggör värmegeneratorn enligt uppfinningen en snabbuppvärmning av såväl motorn som kupén i ett motorfordon. Den är användbar i motorfordon, som utnyttjar en förbränningsmotor för sin framdrivning, men värmegeneratorn kan naturligtvis även användas för uppvärmning av enbart kupén i ett motorfordon, som använ- der en annan drivkälla än en förbränningsmotor.

Värmegeneratorn är högeffektiv genom att den med lämpligt permanentmagnetmaterial kan omvandla uppemot 90 kW per kg magnetmaterial, fast den praktiska gränsen bestäms av den möjlig värmeöverföringen till kylvätskan, som svarar mot en maximal yteffekt av storleksordningen 100W/cm1. I ett praktiskt utförande kan värmegeneratorn utformas att avge en reglerad effekt i intervallet från noll upp till exempelvis 15 kW.

Härvid kan strömningsutrymmet för kylvätskan, dvs spalten mellan botten av tràget 20, som företrädesvis be- stàr av koppar, och skiljeväggen 21, som företrädesvis består av järn, utformas pà andra sätt än vad som beskri- vits ovan. Som exempel skulle tràgets 20 botten och/eller ;»»:| no oo n 519 245 8 skiljeväggen kunna utformas med spår eller flänsar, som skulle kunna förbättra värmeöverföringen till kylvätskan. Även andra modifieringar av ovan beskrivna utfö- ringsexempel är möjliga inom uppfinningens ram, sàsom de- finierad i de efterföljande patentkraven.

Claims (15)

ßn-.n 10 15 20 25 30 35 519 245 v o n u .n 9 PATENTKRAV

1. Värmegenerator för ett motorfordon, vilken innefattar en rotor (1), en stator (13), i vilken rotorn (1) vid rotation inducerar elektriska strömmar som alstrar värme i statorn (13), samt en till statorn (13) angränsande kylkanal (16) för ett strömmande fluidum för avledning av den i statorn (13) alstrade värmen, k ä n - n e t e c k n a d av att statorn (13) är lagrad svängbar relativt rotorn (1) för ändring av deras inbördes avstånd och styrning av den i statorn (13) alstrade värmen.

2. Värmegenerator enligt krav 1, varvid statorn (13) är lagrad svängbar kring en axel (14), som är väsentligen parallell med ett plan, som utgör rotorns (1) rotations- plan.

3. Värmegenerator enligt krav 2, varvid statorns (13) svängningsaxel (14) är belägen på avstånd från ro- torns (1) rotationscentrum.

4. Värmegenerator enligt något av krav 1-3, varvid kylkanalen (16) är svängbar tillsammans med statorn (13) och är i huvudsak ringformig.

5. Värmegenerator enligt krav 4, varvid kylkanalen (16) är avbrutet ringformig med två ändar (17, 18), som är avsedda att vara inkopplingsbara i en kylslinga hos en motor (3) i motorfordonet.

6. Värmegenerator enigt något av krav 1-5, innefat- tande ett ställorgan (19), som är anordnat att påverka statorns (13) svängningsläge.

7. Värmegenerator enligt krav 6, varvid ställorganet (19) är anordnat att ingripa med statorn (13) på avstånd från dess svängningsaxel (14).

8. Värmegenerator enligt krav 6 eller 7, varvid ställorganet (19) är avsett att anslutas till ett regler- system i motorfordonet, vilket reglersystem är anordnat att styra statorns (13) vridningsläge relativt rotorn (1) åtminstone i beroende av en parameter för ett värmeavled- ningsbehov. lO 15 20 25 30 35 519 245 10

9. Anordning för reglering av en vätskekyld förbrän- ningsmotors arbetstemperatur, vilken anordning innefattar en värmegenerator, som är inkopplad i en kylslinga hos förbränningsmotorn (3) samt innefattar en rotor (1), (13), inducerar elektriska strömmar som alstrar värme i statorn (13), (13) (16), som är inkopplad i kylslingan för avledning av den (13) ett ställorgan (13) inbördes avståndet mellan statorn en stator i vilken rotorn (1) vid rotation samt en till statorn angränsande kylkanal alstrade värmen, och (19) (13) alstrade värmen genom ändring av det (13) (1), i statorn för statorn för styrning av den i statorn och rotorn k ä n n e t e c k n a d av att statorn (13) är lagrad svängbar relativt rotorn (1) för ändringen av deras inbördes avstånd och därmed styrningen av den i statorn (13) alstrade värmen samt regleringen av förbränningsmotorns (3) arbetstemperatur.

10. Anordning enligt krav 9, varvid statorns (13) svängningsläge är styrt av en styrelektronik för förbränningsmotorn (3) för begränsning av den i statorn (13) (13) alstrade värmen är försumbar. alstrade värmeeffekten genom svängning av statorn till ett förutbestämt läge, där den i statorn (13)

11. ll. Anordning enligt krav 9 eller 10, varvid värmegeneratorn utgör en mekaniskt, termiskt och styrmässigt integrerad del av ett system för temperatur- och emissionsstyrning av förbrännningsmotorn (3).

12. Sätt att styra den avgivna värmeeffekten fràn en värmegenerator för ett motorfordon (3), vilken innefattar en rotor (1), en stator (13), i vilken rotorn (1) vid rotation inducerar elektriska strömmar som alstrar värme i statorn (13), samt en till statorn (13) angränsande kylkanal (16) den i statorn för ett strömmande fluidum för avledning av (13) alstrade värmen, (13) för ändring av deras k ä n n e t e c k n a t av att statorn lagras svängbar relativt rotorn (1) Anßn» 10 519 245 u ø n . .. ll inbördes avstånd och därigenom styrning av den i statorn (13) alstrade värmen.

13. Sätt enligt krav 12, varvid statorns (13) sväng- ningsläge pâverkas medelst ett ställorgan (19).

14. Sätt enligt krav 12 eller 13, varvid statorns (13) svängningsläge relativt rotorn (1) styres i beroende av åtminstone en parameter för ett värmeavledningsbehov.

15. Sätt enligt krav 14, varvid statorns (13) sväng- ningsläge relativt rotorn (1) styres i beroende av även andra parametrar än parametern för ett värmeavledningsbe- hov.