DE102004012640B4

DE102004012640B4 - Rotorbaugruppe mit Lüftungsventilator

Info

Publication number: DE102004012640B4
Application number: DE102004012640A
Authority: DE
Inventors: Michael T. York
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2024-03-13
Also published as: GB0322780D0; GB2399457B; US20040178697A1; DE102004012640A1; GB2399457A; US6812602B2

Abstract

Rotorbaugruppe (10) für ein dynamoelektrisches Gerät umfassend: – eine Welle (12) mit einem ersten Durchmesser, wobei sich die Welle (12) axial erstreckt und drehbar in dem Gerät angeordnet ist, und wobei die Welle (12) einen Ansatzbereich (32) aufweist, der ein Widerlager bildet und einen Querschnitt besitzt, der größer als der erste Durchmesser ist, – eine auf der Welle (12) befestigte Polkernbaugruppe (14) mit einem Paar Polklauen (18, 20), die eine Feldspule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes einschließen, und – einen Ventilator (24) zur Rotation mit der Welle (12), mit einer Montagebohrung, die kleiner als der Ansatzbereich (32) ist, wobei der Ventilator (24) zwischen dem Ansatzbereich (32) und dem entsprechenden Endstück (15) der Polkernbaugruppe (14) arretiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ansatzbereich (32) integral an der Welle (12) ausgebildet ist, – der Ventilator (24) einen abgesenkten Mittelbereich (34) benachbart zur Montagebohrung aufweist, der sich...

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorbaugruppe für ein dynamoelektrisches Gerät.
Eine für die Erfindung geeignete elektromechanische Maschine ist beispiels weise ein Generator, der ein Generatorgehäuse, einen Stator, eine Rotorwelle, zwei eiserne Polstücke, einen oder mehrere Ventilatoren, Elektroden und eine Rotorspule umfasst. Eine große Mehrzahl aller heute betriebenen Kraftfahrzeuge verwendet Front-End-Drehstromgeneratoren die Lundell-Rotoren verwenden. Der Lundell-Rotor wird zur Erzeugung des magnetischen Feldes im Generator verwendet. Das magnetische Feld des Rotors wird erzeugt, wenn sich die aus isoliertem Kupferdraht hergestellte Feldspule des Rotors, der um einen elektrisch isolierten Spulenkörper, der einen Stahlspulenkern umgibt, gewickelt ist, unter Spannung gesetzt wird und ein Strom durch den Draht fließt. Der Rotor generiert in Verbindung mit dem Stator elektrische Energie für die verschiedenen in einem Kraftfahrzeug verwendeten Bauteile. Da der Generator vom Motor angetrieben wird, hat er einen wesentlichen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch. Es ist daher entscheidend und von strategischer Bedeutung für Generator- und Kraftfahrzeughersteller die Generator-Effizienz zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs zu verbessern. Um den Wirkungsgrad eines jeden elektrischen Gerätes zu verbessern, ist es erforderlich die Verluste im Gerät zu reduzieren. Die Verluste können allgemein als mechanische, elektrische oder Kernverluste kategorisiert werden.
Es ist für den Generator von entscheidender Bedeutung, die Wärmeabfuhr zu verbessern, um so eine geringe Betriebstemperatur und eine hohe Effizienz zu gewährleisten. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Wärmeabfuhr besteht darin, einen oder mehrere. Ventilatoren im Generator zur Verfügung zu stellen, um einen kühlenden Luftstrom entlang dem Rotor, Stator und/oder Gleichrichter zu erzeugen.
Ventilatoren sind üblicherweise an einem Ende (z. B. Vorder- oder Rückseite) des Rotor-Polkerns angeschweißt. Es ist in der Industrie wohlbekannt, dass eine robuste Befestigung der Ventilatoren am Polkern unter Berücksichtigung der Erhöhung der Betriebs- bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Rotors zunehmend schwieriger wird. Die maximalen Motordrehzahlen steigen weiterhin und auch die Forderung nach höherer elektrischer Leistung führt zu kleineren Riemenscheibengrößen an Generatoren, um die Rotation des Rotors bei höheren Motordrehzahlen am Motor zu erleichtern.
Gegenwärtig sind interne Generatorventilatoren im Allgemeinen auf eine Endfläche des Polkerns widerstands- oder lasergeschweißt, der aus einem Weichstahl besteht. Dieses traditionelle Verfahren zur Befestigung des Ventilators führt zu einer Reihe von Nachteilen, insbesondere, wenn der Prozeß durch Maschinenschweißen durchgeführt wird. Diese Nachteile umfassen kostenaufwendiges Herstellungsgerät, kosten- und arbeitsintensive Instandhaltung, signifikante Ausfallzeiten und Schwierigkeiten bei der Überwachung der Schweißqualität in einer Produktionsumgebung. Widerstandsschweißgeräte erfordern eine häufige Wartung zum Austausch der Kupferelektroden und Wiedereinstellung der Ausrichtungsvorrichtungen. Laserschweißgeräte erfordern oft den Austausch von Linse und Abschirmung zusammen mit Ausfallzeiten durch den Austausch von Laserlampen im Rahmen der regelmäßigen Wartung. Weiterhin können Schweißarbeiten eine signifikante Menge Ausschuss infolge fehlerhaften Schweißens oder als Resultat der Fertigungs-Prozessvalidierungs-Prüfung der Schweißfestigkeit, die im Allgemeinen eine zerstörende Prüfung ist, erzeugen.
Die gattungsbildende DE 40 28 464 A1 beschreibt einen Drehstromgenerator aufweisend Lagerschilde zur Aufnahme und zum Halten des Rotorwellenlagers und des Stators und eine zweigeteilte Kunststoffummantelung, die ein Muster von Lüftungsschlitzen aufweist.
Die DE 41 29 411 C2 beschreibt einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator zur Senkung der Geräuschentwicklung, der eine ringförmige Vertiefung aufweist, so dass ein axialer Abstand in der Innenkantenfläche einer Halterung, die axial den Ventilatorschaufeln zugewandt ist, im äußeren radialen Abschnitt einer Ansaugöffnung groß ist und an den beiden Seiten desselben allmählich klein wird.
Die oben genannten Nachteile zu vermeiden und den Generator möglichst kompakt zu gestalten, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Rotorbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung besitzt den Vorteil der Aufnahme eines Ventilators auf einer Welle eines dynamo-elektrischen Geräts ohne die Notwendigkeit des Aufschweißens des Ventilators auf ein Ende des Polkerns.
Weiterhin wird ein vorteilhaftes Verfahren zur Befestigung eines Ventilators an einer Rotorbaugruppe eines dynamoelektrischen Gerätes vorgestellt. Eine Welle zur Anordnung im Gehäuse des dynamoelektrischen Gerätes wird zur Verfügung gestellt. Die Welle weist einen integralen Ansatzbereich bzw. Schalter zur Schaffung einer Widerlagerfläche auf. Der Ventilator weist eine Ventilatorbasis und eine Mehrzahl von Ventilatorschaufeln auf, die sich von der auf der Welle angeordneten Ventilatorbasis aus erstrecken. Die Ventilatorbasis besitzt eine Mittelbohrung, wobei der Innenumfang der Ventilatorbasis der Widerlagerfläche gegenübersteht. Ein Paar Polkerne ist axial entlang der Welle zum Ansatzbereich angeordnet, um den Ventilator zwischen dem entsprechenden Ende des Polkerns und der Widerlagerfläche zu arretieren. Es zeigen:
1: zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung einer Generatorbaugruppe, die die auf der Welle angeordneten Bauteile darstellt;
2: zeigt eine perspektivische Ansicht eines zwischen Welle und Polkern der Generatorbaugruppe arretierten Ventilators;
3: zeigt eine Seitenansicht eines auf einer Rotorbaugruppe montierten Ventilators gemäß 2;
4a: zeigt ein Seitenschnittbild einer Rotorbaugruppe in Übereinstimmung mit einer ersten bevorzugten Ausführung;
4b: zeigt ein Seitenschnittbild einer Rotorbaugruppe in Übereinstimmung mit einer zweiten bevorzugten Ausführung;
5: zeigt ein Fließschema, das ein Verfahren zur Befestigung des Ventilators auf der Welle der Generatorbaugruppe darstellt.
Die 1 bis 3 zeigen den grundsätzlichen Aufbau der vorliegenden Erfindung, geben jedoch nicht alle Merkmale der. Erfindung wieder. Bezugnehmend auf die Zeichnungen und im Besonderen auf 1 beinhaltet eine Rotorbaugruppe 10 einer Generatorbaugruppe eine an einer Welle 12 befestigte Polkernbaugruppe 14. Die Polkernbaugruppe 14 schließt ein Paar Polklauen 18, 20 ein, die eine Rotorspulen-Baugruppe 16 (eine Feldspule), umschließen, die zur Erzeugung eines magnetischen Flusses, wenn diese von einem elektrischen Strom durchflossen wird, verwendet wird. Eine Spulenanschluss-Aufnahme 22 ist an der Polkernbaugruppe 14 angeordnet, um einen Spulenanfangsanschluss und einen Spulenendsanschluss aufzunehmen, die sich von der Rotorspulen-Baugruppe 16 erstrecken. Die Spulenanschluß-Aufnahme 22 ist unter die Oberfläche des entsprechenden Endstücks 15 der Polkernbaugruppe 14 versenkt. Ein erster Ventilator 24 (zum Beispiel ein hinterer Ventilator) und ein zweiter Ventilator 26 (zum Beispiel ein vorderer Ventilator) sind an jeder Seite der Polkernbaugruppe 14 zur Erzeugung eines kühlenden Luftstroms in der Generatorbaugruppe befestigt. Ein paar Schleifringe 30, die Kontakt-Bürsten-Ring-Elektroden sind, werden an einem ersten Bereich der Welle 12 zur Stromversorgung der Polkernbaugruppe 14 mittels des Spulenanfangsanschlusses und des Spulenendanschlusses befestigt. Ein Rotoranschlag 28 ist in einem zweiten Bereich, auf der Welle 12 angeordnet, um die Rückhaltung (Arretierung) der Polkernbaugruppe 14 und des ersten und zweiten Ventilators 24, 26 zwischen dem Ansatzbereich 32 und dem Rotoranschlag 28 zu unterstützen.
Die Welle 12 besitzt im allgemeinen einen ersten Durchmesser zur Aufnahme der Polkernbaugruppe 14, sie erstreckt sich axial und ist in der Generatorbaugruppe drehbar. Die Welle 12 schließt einen Ansatzbereich 32, der als fester Bestandteil der Welle 12 ausgeformt ist, ein. Die Welle 12 und der Ansatzbereich 32 werden durch Kaltstauchen geformt, jedoch können auch Drehen und Formen (Formgießen) verwendet werden. Der Ansatzbereich 32 besitzt einen Querschnitt oder zweiten Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser der Welle 12 ist. Der Ansatzbereich 32 beinhaltet eine Widerlagerfläche 33, die als Widerlager für Rotorbaugruppen-Komponenten dient, wenn diese Komponenten auf der Welle 12 angeordnet werden. Die Welle 12 kann sich axial entlang der Welle 12 bis zum Ansatzbereich 32 erstreckende Rändelungen aufweisen, um die Rückhaltung bzw. Arretierung der auf der Welle 12 angeordneten Rotorbaugruppen-Komponenten zu unterstützen. Der hintere Ventilator 24 umfasst eine Montagebohrung mit einem Innendurchmesser, der vorzugsweise größer als der erste Durchmesser der Welle 12 aber kleiner als der zweite Durchmesser des Ansatzbereichs 32 ist. Alternativ kann der Innendurchmesser der Montagebohrung geringfügig kleiner als der erste Durchmesser der Welle 12 sein, um den hinteren Ventilator 24 auf die Welle 12 schrumpfen zu können. Beim Zusammenbau wird der hintere Ventilator 24 axial entlang der Welle 12 vorgeschoben, bis eine erste Seitenfläche 23 des hinteren Ventilators 24 mit dem Widerlager bzw. Widerlagerfläche 33 des Ansatzbereichs 32 Kontakt hat. Die Polkernbaugruppe 14 wird dann axial entlang der Welle 12 aufgeschoben, bis das entsprechende Endstück 15 in Kontakt mit einer zweiten Seitenfläche 25 des hinteren Ventilators 24 steht. Steht das entsprechende Endstück 15 mit dem hinteren Ventilator 24 in Kontakt, wird auf die Polkernbaugruppe 14 eine Kraft in Richtung des Ansatzbereiches 32 ausgeübt, um den hinteren Ventilator 24 zwischen dem Ansatzbereich 32 und der Polkernbaugruppe 14 zu arretieren. Entlang der Welle 12 angeordnete Rändelungen Presspassen die Polkernbaugruppe 14 auf die Welle 12 und unterstützen das Verhindern des Zurückrutschens der Polkernbaugruppe 14, wenn die Polkernbaugruppe 14 einmal mit dem hinteren Ventilator 24 arretiert ist. Der in einem zweiten Bereich der Welle 12 angeordnete Rotoranschlag 28 unterstützt weiterhin die Rückhaltung (Arretierung) der Polkernbaugruppe 14 auf der Welle 12.
2 zeigt den hinteren Ventilator 24 in einer arretierten Position in der. Rotorbaugruppe 10. Die Ventilatorbasis 19 des hinteren Ventilators 24 wird zwischen der Polkernbaugruppe 14 und dem Ansatzbereich 32 der Welle 12 arretiert, wobei die Ventilatorschaufeln 44 ebenfalls gegen das entsprechende Endstück 15 gesetzt sind. Weiterhin sind Aufnahmevertiefungen 38 im Ansatzbereich 32 gezeigt, die ein Durchführen des Spulenanfangsanschlusses und des Spulenendsanschlusses von der Polkernbaugruppe 14 zu den Schleifringen 30 ermöglichen.
3 zeigt die Befestigung des hinteren Ventilators 24 an einer Rotorbaugruppe 10 vor der Ausübung einer Klemmkraft. Der hintere Ventilator 24 besitzt zunächst eine konische Form. Die konische Form erstreckt sich von der Montagebohrung zu einem äußeren Umfang des hinteren Ventilators 24. Der Ventilator 24 wird axial entlang der Welle 12 vorgeschoben, bis die erste Seitenfläche 23 über der Montagebohrung in Kontakt mit dem Ansatzbereich 32 ist. Die Polkernbaugruppe 14 wird dann axial entlang der Welle 12 vorgeschoben, bis das entsprechende Endstück 15 in Kontakt mit dem Außenumfang der zweiten Seitenfläche 25 ist. Das entsprechende Endstück 15 der Polkernbaugruppe 14 wird dann gegen die zweite Seitenfläche 25 gepresst, um die Rotation des hinteren Ventilators 24 relativ zur Welle 12 zu vermindern. Während das entsprechende Endstück 15 gegen die zweite Seitenfläche 25 gepresst bzw. oder Kraft auf dieses angewandt wird, flacht sich der hintere Ventilator 24 teilweise gegen das entsprechende Endstück 15 ab, wobei ein signifikanter Teil der zweiten Seitenfläche 25 in Kontakt mit dem entsprechenden Endstück 15 gebracht wird. Der hintere Ventilator 24 wird zwischen Polkernbaugruppe 14 und dem Ansatzbereich 32 arretiert. Die vergrößerte Kontaktfläche zwischen dem entsprechenden Endstück 15 und dem hinteren Ventilator 24 erhöht den Wärmetransport zwischen dem hinteren Ventilator 24 und der Polkernbaugruppe 14. Infolgedessen ist die Wärmeabfuhr in der Polkernbaugruppe erhöht. Sich axial entlang der Welle 12 erstreckende Rändelungen verhindern ein zurückrutschen der Polkernbaugruppe 14. Da der Ansatzbereich 32 ein integraler Bestandteil der Welle 12 ist, kann eine Verschiebung des Ansatzbereiches 32 beim Ausüben von Kraft zum Abflachen oder Anpressen des hinteren Ventilators 24 nicht auftreten. Die Zuverlässigkeit der entlang der Welle 12 angeordneten Komponenten wird engere Toleranzen aufweisen, da der Ansatzbereich 32 maßhaltig mit einer Soll-Distanz entlang der Welle 12 angeordnet ist. Weiterhin ist die Anzahl der Bauteile der Rotorbaugruppe 10 verringert und dadurch die Komplexität des Produktionsprozesses herabgesetzt (Einsparung eines Verfahrens zur Befestigung des Ansatzes an einer Welle).
4a illustriert ein Schnittbild einer Rotorbaugruppe 10 in Übereinstimmung mit einer ersten bevorzugten Ausführung. Der hintere Ventilator 24 beinhaltet einen abgesenkten Mittelbereich 34, benachbart zur Montagebohrung des hinteren Ventilators 24. Die Polkernbaugruppe 14 schließt eine Aussparung 36 ein, die in der inneren Öffnung des entsprechenden Endstücks 15 angeordnet ist. Die Aussparung 36 besitzt ein Stufenprofil zur Aufnahme sowohl des abgesenkten Mittelbereichs 34 als auch des Ansatzbereiches 32. Der hintere Ventilator 24 ist axial entlang der Welle 12 montiert, so dass die erste Seitenfläche 23 gegenüber dem Ansatzbereich 32 ist. Wenn die Polkernbaugruppe 14 entlang der Welle 12 axial montiert und in Kontakt mit der zweiten Seitenfläche 25 gebracht wird, nimmt die Aussparung 36 den abgesenkten Mittelbereich 34 und den Ansatzbereich 32 auf. Der Ansatzbereich 32 grenzt an und presst den abgesenkten Mittelbereich 34 in die Aussparung 36, bis die zweite Seitenfläche 25 gegen das entsprechende Endstück 15 arretiert ist. In der bevorzugten Ausführung steht der abgesenkte Mittelbereich 34 ebenfalls mit der Oberfläche der Aussparung 36 in Kontakt. Alternativ kann der abgesenkte Mittelbereich 34 nicht in Kontakt mit der Oberfläche der Aussparung 36 stehen, während die zweite Seitenfläche 25 gegen das entsprechende Endstück 15 arretiert ist.
Die Spulenanschluss-Aufnahme 22, angeordnet unterhalb der Oberfläche des entsprechenden Endstücks 15, besitzt einen Innendurchmesser, der größer als ein Außendurchmesser des abgesenkten. Mittelbereichs 34 ist, was dem abgesenkten Mittelbereich 34 und dem Ansatzbereich 32 Zugang zur Aussparung 36 gestattet. Da das Hinzufügen des Ansatzbereiches 32 eine Verlängerung der Welle 12 erfordern würde, um den Ansatzbereich 32 aufzunehmen, müsste die Gehäusebaugruppe ebenfalls verlängert werden, um die zusätzliche Länge der Welle 12 aufzunehmen. Da jedoch die Aussparung 36 einem Teil des Ansatzbereichs 32 gestattet, unter die Oberfläche des entsprechenden Endstücks 15 abgesenkt zu werden, wird dadurch die erforderliche zusätzliche Länge zur Unterbringung des Ansatzbereichs 32 minimiert und die Baugröße reduziert.
4b illustriert ein Schnittbild einer Rotorbaugruppe 10 in Übereinstimmung mit einer zweiten bevorzugten Ausführung. Der abgesenkte Mittelbereich 34 wird von der Widerlagerfläche 33 aufgenommen und gegen die Oberfläche der Aussparung 36 arretiert. In dieser Ausführung steht lediglich der abgesenkte Mittelbereich 34 in Kontakt mit der Polkernbaugruppe 14, wobei ein Raum 39 zwischen der zweiten Seitenfläche 25 und einem Bereich des entsprechenden Endstücks 15 verbleibt.
5 illustriert ein Verfahren zur Arretierung eines Ventilators (24, 26) an einer Rotorbaugruppe 10.
Schritt 60: Eine Welle 12 zur Montage der Komponenten der Rotorbaugruppe 10 wird zur Verfügung gestellt. Die Welle 12 erstreckt sich axial und schließt als festen Bestandteil der Welle 12 einen. ausgeformten Ansatzbereich 32 in einem ersten Bereich ein. Der Ansatzbereich 32 fungiert als Widerlager für die entlang der Welle 12 angeordneten Komponenten der Rotorbaugruppe 10. Die Welle 12 weist Rändelungen auf, um die Komponenten der Rotorbaugruppe 10 zurückzuhalten (zu arretieren), so dass die Komponenten gleichförmig mit der Welle 12 rotieren.
Schritt 62: Der Ventilator 24, 26 wird axial entlang der Welle 12 montiert, bis eine Ventilatorbasis 19 auf einer ersten Seite des Ventilators 24 gegenüber einer Widerlagerfläche 33 des Ansatzbereichs 32 steht. Die Ventilatorbasis 19 beinhaltet eine Montagebohrung mit einem Innenumfang, wobei der Innenumfang kleiner als der Außendurchmesser des Ansatzbereiches 32 ist.
Schritt 64: Eine Polkernbaugruppe 14 wird axial entlang der Welle 12 zum Ansatzbereich 32 montiert, um die Ventilatorbasis 19 zwischen dem entsprechenden Endstück 15 der Polkernbaugruppe 14 und dem Ansatzbereich 32 zu arretieren.

Claims

Rotorbaugruppe (10) für ein dynamoelektrisches Gerät umfassend: – eine Welle (12) mit einem ersten Durchmesser, wobei sich die Welle (12) axial erstreckt und drehbar in dem Gerät angeordnet ist, und wobei die Welle (12) einen Ansatzbereich (32) aufweist, der ein Widerlager bildet und einen Querschnitt besitzt, der größer als der erste Durchmesser ist, – eine auf der Welle (12) befestigte Polkernbaugruppe (14) mit einem Paar Polklauen (18, 20), die eine Feldspule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes einschließen, und – einen Ventilator (24) zur Rotation mit der Welle (12), mit einer Montagebohrung, die kleiner als der Ansatzbereich (32) ist, wobei der Ventilator (24) zwischen dem Ansatzbereich (32) und dem entsprechenden Endstück (15) der Polkernbaugruppe (14) arretiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Ansatzbereich (32) integral an der Welle (12) ausgebildet ist, – der Ventilator (24) einen abgesenkten Mittelbereich (34) benachbart zur Montagebohrung aufweist, der sich entlang der Welle (12) zum entsprechenden Endstück (15) hin erstreckt, – das entsprechende Endstück (15) eine Aussparung (36) in einem entsprechenden Polstück zur Aufnahme des abgesenkten Mittelbereichs (34) und des entsprechenden Ansatzbereichs (32) aufweist, und – eine Spulenanschluss-Aufnahme (22) in der Aussparung (36) aufgenommen ist.
Rotorbaugruppe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (24) zunächst eine konische Form, die sich über der Montagebohrung relativ zum Außenumfang des Ventilators (24) erhebt, aufweist, wobei eine erste Seitenfläche (23) des Ventilators (24) in Kontakt mit dem Ansatzbereich (32) und eine zweite Seitenfläche (25) des Ventilators (24) in Kontakt mit dem entsprechenden Endstück (15) steht, wobei die zweite Seitenfläche (25) des Außenumfangs gegen das entsprechende Endstück (15) gepresst ist, um die Rotation relativ zur Welle (12) zu vermindern und den Wärmetransport zwischen Ventilator (24) und entsprechendem Endstück (15) zu erhöhen.
Rotorbaugruppe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) axiale Rändelungen aufweist, die sich in Richtung des Ansatzbereichs (32) erstrecken, um den Ventilator (24) auf die Welle (12) presszupassen.
Rotorbaugruppe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) mindestens eine Aussparungsvertiefung (38) aufweist, um die Durchführung mindestens eines Spulen-Anschlusses von einer Elektrode zur Rotorbaugruppe (10) zu ermöglichen.