DE3211502C2

DE3211502C2 - Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3211502C2
Application number: DE3211502A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Himeji Hyogo Kitamura; Yoshihisa Kitora; Masatoshi Amagasaki Hyogo Koyanagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-03-30
Filing date: 1982-03-29
Publication date: 1987-03-12
Also published as: DE3211502A1; JPS6341817Y2; FR2502860B1; FR2502860A1; US4492885A; JPS57159367U

Abstract

Es wird ein Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug geschaffen. Dieser umfaßt ein erstes Zentrifugalgebläse, welches mit einem Ende eines Rotors verbunden ist. Es hat vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als der Rotor. Eine erste Ventilationsöffnung für die Einspeisung von Kühlluft ist in einem Endbereich (in axialer Richtung) eines Gehäuseteils oder einer Gehäusehälfte ausgebildet, welche auf der gleichen Seite des Rotors liegt wie das erste Zentrifugalgebläse. Eine zweite Ventilationsöffnung für das Ausströmen der Kühlluft ist im zylindrischen Bereich dieses Gehäuseteils, in dem sich auch die erste Ventilationsöffnung befindet, ausgebildet. Ein zweites Zentrifugalgebläse ist mit dem anderen Ende des Rotors verbunden. Es hat einen Durchmesser, welcher größer ist als der Durchmesser des Rotors. Eine dritte Ventilationsöffnung für die Einströmung von Kühlluft ist im Endbereich (in axialer Richtung) der anderen Gehäusehälfte ausgebildet. Eine vierte Ventilationsöffnung für die Ausströmung der Kühlluft befindet sich im zylindrischen Bereich der anderen Gehäusehälfte.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug mit einem vorderen und einem hinteren becherförmigen und zylindrische Wände aufweisenden Gehäusebereich, einem zwischen den Gehäusebereichen gehaltenen Stator und einem Rotor, wobei der Rotor an seinen beiden axialen Seiten jeweils ein Zentrifugalgebläse trägt, das jeweils Kühlluft durch eine axiale Öffnung in den jeweils zugehörigen Gehäusebereichen einsaugt und durch eine Öffnung in der zylindrischen Wand des jeweils zugehörigen Gehäusebereiches ausbläst, wobei der Rotor an seinen beiden axialen Seiten durch die Zentrifugalgebläse abgeschlossen ist.
Ein derartiger Wechselstromgenerator ist in der US-PS 31 98 972 beschrieben. Bei diesem bekannten Wechselstromgenerator herrscht bei idealen Verhältnissen (gleiche Luftwiderstände in den Strömungskanälen) im Bereich des Luftspaltes nur eine verschwindend geringe Luftströmung. Bei der Ausführung nach der US-PS 31 98 972 werden zwar die Wickelköpfe gleichmäßig ausgeströmt und damit gleichmäßig gekühlt, im Bereich des Statoreisens entsteht jedoch eine "tote Zone" der Luftströmung und entsprechend eine unzureichende Kühlung.
Aus der DE-OS 28 47 501 sowie der GB-PS 13 52 814 sind weitere Wechselstromgeneratoren bekannt, bei denen zur Kühlung lediglich ein mit dem Rotor verbundenes Zentrifugalgebläse vorgesehen ist. Die Anordnung von zwei derartigen Gebläsen bei einem Wechselstromgenerator ist aus der DE-GM 18 72 769 zu entnehmen.
Aus der DE-OS 16 13 189 ist es bekannt, mit unterschiedlichen Radien der Lüfter an beiden Rotorseiten einen unterschiedlichen Luftdurchsatz zu erreichen, wobei dadurch die beiden Wickelköpfe unterschiedlich gut gekühlt werden. Hauptproblem bei dieser Druckschrift ist allerdings, durch die erhöhte Luftströmung den Kohlenstaubabrieb vom Kollektor wegzublasen, um Lagerausfälle zu vermeiden. In der DE-OS 16 13 189 ist über eine axiale Luftströmung nichts ausgesagt, die angesprochenen Probleme mit dem Kohlenstaubabrieb legen aber nahe, daß gerade keine derartige axiale Strömung auftreten soll.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei einem Wechselstromgenerator der eingangs genannten Art unterschiedliche Kühlwirkungen im Bereich der Statorwicklung zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zum Erzeugen einer axialen Kühlluftströmung im Luftspalt der Außendurchmesser des einen Zentrifugalgebläses kleiner ist als der Außendurchmesser des anderen Zentrifugalgebläses.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 in einer Schnittansicht einen herkömmlichen Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug,
Fig. 2 in einer Schnittansicht das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wechselstromgenerators, und
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie I-I der Fig. 2.
Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Wechselstromgenerator. Dieser umfaßt ein Kühlgebläse 1, welches durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird, sowie einen Gehäuseteil 2, der neben dem Kühlgebläse liegt und becherförmig mit einer zylindrischen Wand 2 a ausgebildet ist. Eine Ventilationsöffnung 21 ist im Endabschnitt des Gehäuseteiles 2 ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung. Ferner ist ein becherförmiger hinterer Gehäuseteil 300 vorgesehen, welcher dem vorderen Gehäuseteil in axialer Richtung gegenüberliegt. Auch dieser weist eine zylindrische Wand 300 a und einen staubsicheren zylindrischen Abschnitt 300 b auf. Eine Ventilationsöffnung 301 ist im Endbereich in axialer Richtung des hinteren Gehäuseteils ausgebildet. Ein Stator 4 wird zwischen dem hinteren und dem vorderen Gehäuseteil 2, 300 gehalten und umfaßt ein Stator-Blechpaket 4 a. Ein Rotor befindet sich im Inneren des Stators und wird ebenfalls durch die Gehäuseteile 2, 300 drehbar gehalten. Eine Gleichrichtereinrichtung 6 ist am hinteren Gehäuseteil 300 befestigt. Sie umfaßt eine Wärmeabstrahlungsplatte 6 a. Eine Statorwicklung 7 ist um den Stator gewickelt und mit einem isolierenden Substrat, beispielsweise einem gehärteten Lack imprägniert.
Eine Kollektoreinrichtung 8 dient zur Einspeisung des Stromes in den Rotor 5.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wechselstromgenerator tritt Kühlluft von außen durch den hinteren Gehäuseteil 300 aufgrund der Drehung des Kühlgebläses 1 in Richtung des Pfeiles a ein. Dadurch werden die Gleichrichtereinrichtung 6 und die Statorwicklung 7 und anschließend das Statorblechpaket 4 a und der Rotor 5 gekühlt.
Der Verlauf des Kühlluftstromes über die Oberfläche der Statorwicklung 7 und des Statorblechpakets 4 a wird im folgenden anhand von Fig. 1 erläutert. Bei der Statorwicklung 7, die zum hinteren Gehäuseteil 300, und zwar über die Grenzfläche des Statorblechpakets 4 a hinaus vorsteht, ist die Oberfläche der Statorwicklung 7, welche der Innenfläche des hinteren Gehäuseteiles 300 gegenüberliegt, mit 7 a bezeichnet, während die Oberfläche der Statorwicklung 7, welche dem Rotor 5 gegenüberliegt, mit 7 b bezeichnet ist. In ähnlicher Weise ist bei dem Teil der Statorwicklung 7, der zum vorderen Gehäuseteil 2 vorsteht, die Oberfläche der Statorwicklung 7, welche der Innenfläche des vorderen Gehäuseteiles 2 gegenüberliegt, mit 7 c bezeichnet, während die Oberfläche der Statorwicklung 7, die dem Rotor 5 gegenüberliegt, mit 7 d bezeichnet ist. Luftspalte 71, 72 sind zwischen der Statorwicklung 7 und dem Statorblechpaket 4 a vorgesehen, wenn die Statorwicklung im Statorblechpaket 4 a ausgebildet ist.
Bei einem Wechselstromgenerator mit dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau wird die Kühlluft durch die Drehung des Kühlgebläses 1 durch die Ventilationsöffnung 301 im hinteren Gehäuseteil 300 angesaugt. Sie strömt durch den hinteren Gehäuseteil 300 in Richtung des Pfeiles a, so daß die Oberfläche 7 b der Statorwicklung 7, die dem Rotor 5 gegenüberliegt und innerhalb des hinteren Gehäuseteiles angeordnet ist, gekühlt wird. Ferner werden der Rotor 5, das Statorblechpaket 4 aund die Oberfläche der Statorwicklung 7, die dem Rotor innerhalb des vorderen Gehäuseteiles gegenüberliegt, gekühlt. Die Kühlluft strömt jedoch nur in äußerst geringem Maße über die Oberflächen 7 a, 7 c der Statorwicklung 7, die den Innenflächen des vorderen und hinteren Gehäuseteiles 2 bzw. 300 gegenüberliegen sowie durch die Luftspalte 71 und 72, so daß an diesen Stellen heiße Luft angestaut wird. In diesen Bereichen kommt es zu einer unzureichenden Wärmeabführung, wobei eine ausreichende Abkühlung der Statorwicklung verhindert wird. Der hohe Temperaturanstieg in diesen Bereichen führt zu Problemen hinsichtlich der Dynamocharakteristik.
Im folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In einer kreisförmigen Fläche der zylindrischen Wand 2 a des vorderen Gehäuseteiles 2 sind vierte Ventilationsöffnungen 22 ausgebildet. In einem Endabschnitt in axialer Richtung einer Wand 3 ist eine Ventilationsöffnung 31 vorgesehen. Ein kleines Zentrifugalgebläse 10 ist an einer axialen Seite des Rotors 5 in einem Stück damit derart ausgebildet, daß der Rotor an dieser axialen Seite durch das Zentrifugalgebläse abgeschlossen ist. Ein großes Zentrifugalgebläse 11 ist in einem Stück an der anderen axialen Seite des Rotors 5 und neben der Stirnfläche des vorderen Gehäuseteiles 2 vorgesehen. Durch das große Zentrifugalgebläse 11 wird die andere axiale Seite des Rotors abgeschlossen. Das Zentrifugalgebläse 11 hat einen Außendurchmesser, der größer als der des anderen Zentrifugalgebläses 10 ist. Eine Schutzabdeckung 12 dient zum Schutz der Kollektoreinrichtung 8 und der Gleichrichtereinrichtung 6 vor dem Eindringen von Schmutzwasser, Salzwasser, Staub und dgl., was zu Störungen führen würde. Eine Ventilationsöffnung 121 ist in der Stirnfläche in axialer Richtung der Schutzabdeckung 12 ausgebildet. Eine Wärmeabstrahlungsplatte 6 a ist neben der Ventilationsöffnung 31 in der Wand 3 ausgebildet und bildet einen Teil der Stirnfläche in axialer Richtung der Wand 3. Eine Dichtung 9 dient zur Isolierung und Fixierung eines Drahtes, der die Statorwicklung mit der Gleichrichtereinrichtung verbindet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Rotor 5 durch einen nicht dargestellten Motor in Drehung versetzt, so daß Kühlluft von außen durch das kleine Zentrifugalgebläse 10 und das große Zentrifugalgebläse 11 eingesaugt wird, die an den beiden axialen Seiten des Rotors vorgesehen sind.
Wenn das große Zentrifugalgebläse 11 gedreht wird, wird Kühlluft durch die Ventilationsöffnung 21 in Richtung des Pfeiles a eingesaugt, wobei diese Kühlluft in die Richtung des Pfeiles b an den Schaufeln des großen Zentrifugalgebläses 11 vorbei strömt, da der Rotor an seiner axialen Seite durch das Zentrifugalgebläse 11 abgeschlossen ist. Der Druck oberhalb der Oberfläche 7 c der Statorwicklung 7, die der Innenfläche des vorderen Gehäuseteiles 2 gegenüberliegt, erhöht sich auf einen Überdruck, so daß ein Teil der Kühlluft in Richtung des Pfeiles d durch die Ventilationsöffnung 22 nach außen strömt. In ähnlicher Weise wird Kühlluft durch eine Drehung des kleinen Zentrifugalgebläses 10, und zwar durch die Ventilationsöffnung 121 in der Schutzabdeckung 12 in Richtung des Pfeiles k angesaugt. Ein Teil dieser Kühlluft bestreicht die Gleichrichtereinrichtung 6 direkt, so daß diese gekühlt wird. Danach strömt diese Kühlluft durch die Ventilationsöffnung 31 in Richtung des Pfeiles j. Wenn der Druck oberhalb der Fläche 7 c der Statorwicklung 7, die der Innenfläche des vorderen Gehäuseteiles 2 gegenüberliegt, mit dem Druck oberhalb der Oberfläche 7 a der Statorfläche 7 verglichen wird, die der Innenfläche des Gehäuseteiles 3 a gegenüberliegt, so ergibt sich, daß der Überdruck, der an der Oberfläche 7 c der Statorwicklung 7 besteht, größer als der Überdruck ist, der über der Oberfläche 7 a der Statorwicklung besteht, da nämlich der Außendurchmesser des großen Zentrifugalgebläses 11 größer als der Außendurchmesser des kleinen Zentrifugalgebläses 10 ist. Somit ergibt sich ein Druckgradient über der Ventilationsöffnung 51 des Rotors 5, und zwar zwischen den Flächen 7 a und 7 c der Statorwicklung 7. Dadurch wird ein Teil der Kühlluft, die in Richtung des Pfeiles b einströmt, dazu gebracht, durch die Ventilationsöffnung 51 des Rotors 5 in Richtung der Pfeile e, f und g zu strömen. Danach vereinigt sich dieser Kühlungsluftstrom mit dem Kühlungsluftstrom in Richtung des Pfeiles j, wonach die Kühlungsluft über die Ventilationsöffnung 32 in Richtung des Pfeiles h nach außen strömt.
Die in der Richtung des Pfeiles j vom kleinen Zentrifugalgebläse 10 erzeugte Kühlluft hat eine derartige Geschwindigkeit, daß auch die Oberfläche 7 a der Statorwicklung 7 wirksam gekühlt wird. Darüber hinaus befindet sich die Wärmeabstrahlungsplatte 6 a der Gleichrichtereinrichtung 6 neben der ersten Ventilationsöffnung 31, wobei sie einen Teil der Stirnfläche in axialer Richtung der Wand 3 bildet, so daß die Kühlluft in Richtung des Pfeiles j auch eine Geschwindigkeitskomponente in bezug auf die Wärmeabstrahlungsplatte 6 a hat. Somit wird auch die Gleichrichtereinrichtung über die Wärmeabstrahlungsplatte 6 a wirksam gekühlt. Die Innenflächen des vorderen Gehäuseteiles 2 und der Wand 3 sowie die Seitenflächen 41, 42 des Statorblechpakets 4 a werden ebenfalls wirksam gekühlt, da die Kühlluft mit einer Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung strömt. Die Wärmeenergie, die von der Statorwicklung 7 zum Statorblechpaket 4 a oder zum vorderen Gehäuse 2 oder zur Wand 3 geht, kann damit erhöht werden, so daß der Kühlungseffekt in bezug auf die Statorwicklung 2 noch weiter gesteigert wird.
Wie es oben beschrieben wurde, werden die Gesamtflächen der Statorwicklung 7 und die Seitenflächen 41, 42 des Statorblechpakets 4 a wirksam durch die Kühlluft gekühlt. Darüberhinaus wird eine Kühlung der Statorwicklung 7 und des Statorblechpakets 4 a dadurch erreicht, daß ein Unterschied in den Gebläsecharakteristika der beiden Zentrifugalgebläse herbeigeführt wird, die mit den axialen Seiten des Rotors verbunden sind. Das führt dazu, daß eine ausreichende Menge an Kühlluft durch die Luftspalte zwischen dem Rotor und dem Stator strömt. In diesem Bereich liegen große Wärmeabstrahlungsflächen vor. Daher ist hier der Kühlungswirkungsgrad besonders groß. Ein Temperaturanstieg in der Statorwicklung 7 kann somit wirksam verhindert werden. Ein Temperaturanstieg in der Gleichrichtereinrichtung kann dadurch verhindert werden, daß die Kühlluft direkt durch die Ventilationsöffnung 121 einströmt und daß ferner eine indirekte Kühlung über die Wärmeabstrahlungsplatte 6 a aufgrund der Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Kühlluft erfolgt, die durch das kleine Zentrifugalgebläse 10 eingesaugt wird.