DE3910451A1 - Verfahren zur kuehlung einer drehstromlichtmaschine sowie oelgekuehlte drehstromlichtmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Drehstromlichtma­ schine sowie eine gemäß diesem Verfahren ölgekühlte Dreh­ stromlichtmaschine.

Drehstromlichtmaschinen, die von einer Brennkraftmaschine etwa eines Kraftfahrzeugs oder eines kleinen Wasserfahr­ zeugs angetrieben werden, werden üblicherweise von einem mit einem Kühlgebläse erzeugten Luftstrom gekühlt. Ferner ist eine flüssigkeitsgekühlte Drehstromlichtmaschine bekannt, die mit in einer Brennkraftmaschine zirkulierendem Wasser gekühlt wird (z.B. die nichtgeprüfte JP-Patentver­ öffentlichung Nr. 62-2 25 146).

Die Kühlung mittels Luft ist aber insofern nachteilig, als die zu kühlende Drehstromlichtmaschine groß sein muß und durch den Luftstrom Lärm erzeugt wird. Die Kühlung mittels Kühlwasser ist ebenfalls nachteilig, weil der umlaufende Teil der Drehstromlichtmaschine einen größeren Widerstand überwinden muß und das Gewicht des Gesamtsystems nachteilig erhöht wird.

Vor einiger Zeit wurde ein Kühlsystem vorgeschlagen, bei dem in der Läuferwelle ein Kühlflüssigkeitskanal gebildet ist, so daß eine Kühlflüssigkeit mittels der Fliehkraft so verteilt wird, daß sie z.B. das Ständereisen einer Dreh­ stromlichtmaschine kühlt. Dieses Verfahren verlangt jedoch eine komplizierte maschinelle Bearbeitung für die Bildung des Flüssigkeitskanals, und außerdem wird die Kühlwirkung eventuell etwa durch ein Verstopfen des Flüssigkeitskanals beeinträchtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Kühlung einer Drehstromlichtmaschine, wobei erwärmte Teile der Maschine, z.B. die Ständerwick­ lung, die Erregerwicklung etc., wirksam und direkt von Öl gekühlt werden, das durch einen Ölkanal verteilt wird, der durch maschinelle Bearbeitung leicht herstellbar ist, so daß eine erhöhte Ausgangsleistung der Drehstromlichtma­ schine erzielbar ist und gleichzeitig Größe und Gewicht derselben vermindert werden.

Das Verfahren nach der Erfindung zum Kühlen einer von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Drehstromlichtmaschine, die aufweist eine Rotorwelle, die über Lager drehbar in Lagerschilden gelagert und von einer Brennkraftmaschine antreibbar ist, eine auf der Rotorwelle befestigte umlau­ fende Erregerwicklung, die von einer Polspule erregbar ist, und ein ortsfest an den Innenumfangsflächen der Lager­ schilde befestigtes Ständereisen, das eine Ständerwicklung trägt, ist gekennzeichnet durch Aufbauen der umlaufenden Erregerwicklung aus Klauenmagnetpolen und einem zylindri­ schen Kern, so daß in den Zonen, in denen der zylindrische Kern und die Rotorwelle einander gegenüberstehen, sowie in den Zonen, in denen der zylindrische Kern und die Klauen­ magnetpole einander gegenüberstehen, Öldurchgänge gebildet sind, durch In-Verbindung-Bringen des einen Endes der Öl­ durchgänge mit einer außerhalb der Drehstromlichtmaschine befindlichen Ölversorgung, so daß beim Betrieb der Dreh­ stromlichtmaschine Öl in die Öldurchgänge einleitbar ist derart, daß das Öl durch die Rotation der Erregerwicklung mit einer Fliehkraft beaufschlagt wird, wodurch es in Form von Dampf oder Nebel auf die Ständerwicklung aufgesprüht wird, durch Sammeln des versprühten Öls am Boden der Lager­ schilde und Rückführung des gesammelten Öls zu dem Ölre­ servoir durch einen in dem Lagerschild gebildeten Ölauslaß, und durch Kreislaufführung des Öls in dem genannten Kreis­ lauf unter Kühlung der Drehstromlichtmaschine.

Die ölgekühlte Drehstromlichtmaschine nach der Erfindung, die von einer Brennkraftmaschine antreibbar ist und auf­ weist eine Rotorwelle, die über Lager in Lagerschilden drehbar gelagert und von einer Brennkraftmaschine antreib­ bar ist, eine auf der Rotorwelle befestigte umlaufende Erregerwicklung, die von einer Polspule erregbar ist, und ein ortsfest an den Innenumfangsflächen der Lagerschilde befestigtes Ständereisen, das eine Ständerwicklung trägt, ist gekennzeichnet durch einen in den Lagerschilden vorge­ sehenen Öleinlaß, durch den Öl von einer außerhalb der Drehstromlichtmaschine befindlichen Ölversorgung in das Innere der Lagerschilde gelangt, durch Öldurchgänge, die in oder an der umlaufenden Erregerwicklung ausgebildet sind und deren Einlaßende mit dem Öleinlaß durch einen Ölkanal im Inneren der Lagerschilde in Verbindung steht, während das Auslaßende der Öldurchgänge zur Ständerwicklung offen ist, und durch einen im Boden der Lagerschilde vorgesehenen Ölauslaß, so daß in den Lagerschilden gesammeltes Öl zu dem Ölvorrat rückführbar ist.

Gemäß diesem Kühlverfahren unter Anwendung von Öl wird das Öl auf das Ständereisen und dessen umliegende Teile direkt aufgesprüht und zerstäubt, und zwar durch die von dem Öl­ druck erzeugte Kraft sowie durch die infolge der Rotation der Erregerwicklung erzeugte Fliehkraft, so daß die Stän­ derwicklung gekühlt wird. Ein Teil des versprühten Öls, das die Ständerwicklung entweder nicht erreicht hat oder von ihr abtropft, gelangt auf die umlaufende Erregerwicklung, so daß dadurch das Ständereisen gekühlt wird. Das Öl fließt dann zum Boden der Lagerschilde und wird zum Ölvorrat durch die Ölaustrittsöffnung zurückgeleitet.

Somit wird das Öl erneut kreislaufgeführt, um die Wärme von der Ständerwicklung und der Erregerwicklung während des Betriebs der Drehstromlichtmaschine unmittelbar zu absor­ bieren, wodurch die Drehstromlichtmaschine wirksam gekühlt wird. Es ist ersichtlich, daß dieses direkte Kühlsystem hinsichtlich Isolation und Korrosion unproblematisch ist, da das Öl ein elektrischer Isolator und nichtkorrosiv ist. Die Kühlung des Gleichrichters kann z. B. dadurch erfolgen, daß dieser an der Außenseite des Lagerschilds montiert und ein Teil des Ölkanals im Lagerschild vorgesehen wird.

Da die Ständerwicklung und die Erregerwicklung durch den Ölsprühnebel gekühlt werden, ergibt sich für den Antrieb der umlaufenden Magnetpole ein verringerter Widerstand gegenüber dem Fall, in dem die Kühlung durch dünnflüssiges Öl erfolgt. Außerdem wird eine wirksame Kühlung mit ver­ minderter Strömungsgeschwindigkeit des Öls erzielt. Der Kühlölkanal in der umlaufenden Erregerwicklung ist einfach und führt zu keiner wesentlichen Vergrößerung des Füll­ faktors der Drehstromlichtmaschine, so daß deren Größe und Gewicht in vorteilhafter Weise verringerbar sind.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Drehstromlichtmaschine gemäß der Erfin­ dung; und

Fig. 2 und 3 Perspektivansichten von Bauteilen einer bei der Ausführungsform von Fig. 1 verwendeten umlaufenden Erregerwicklung.

Fig. 1 zeigt eine von einem Fahrzeugmotor angetriebene bürstenlose Drehstromlichtmaschine, die ein Ausführungs­ beispiel der ölgekühlten Drehstromlichtmaschine darstellt.

Die Drehstromlichtmaschine hat einen vorderen Lagerschild 1, einen hinteren Lagerschild 2 und eine Rotorwelle 3. Die Rotorwelle 3 ist in Lagern 4 und 5 drehbar gelagert, die in den Lagerschilden 1 und 2 angeordnet sind. Ein Ende der Rotorwelle 3 verläuft durch den vorderen Lagerschild 1 nach außen. Eine Riemenscheibe, auf die vom Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) Kraft übertragen wird, ist an dem nach außen ver­ laufenden Ende der Rotorwelle befestigt. Die Drehstrom­ lichtmaschine hat ferner eine auf der Rotorwelle 3 befe­ stigte umlaufende Erregerwicklung vom Induktionstyp. Die Erregerwicklung 7 hat einen zylindrischen Kern 8, Klauen­ magnetpole 9 und einen Bund 10.

Die Klauenmagnetpole umfassen zwei Magnetpole 9 a und 9 b, die miteinander über ein nichtmagnetisches Befestigungs­ organ gekoppelt sind. Die Pole 9 sind an der vorderen End­ fläche des zylindrischen Kerns 8 befestigt. Der Bund 10 ist an der hinteren Endfläche des zylindrischen Kerns 8 befe­ stigt.

Nach Fig. 2, die eine Perspektivansicht des zylindrischen Kerns 8 ist, sind sechs Nuten 12 in der vorderen Endfläche 8 a des zylindrischen Kerns 8 radialverlaufend und gleich­ beabstandet ausgebildet. Diese Nuten 12 liegen an Positio­ nen, die den Abschnitten zwischen den Klauenpolen, d. h. der jeweiligen Basis der Klauen, entsprechen. In der Innen­ umfangsfläche des zylindrischen Kerns 8 sind mit den Nuten 12 verbundene Axialnuten 13 gebildet.

Nach Fig. 3, die eine Perspektivansicht des Bundes 10 ist, sind sechs Radialnuten 14 in derjenigen Endfläche 10 a des Bunds 10, wo dieser mit dem zylindrischen Kern 8 verbunden ist, ausgebildet. Der Bund 10 hat eine Nabe 10 b zur Auf­ nahme der Rotorwelle 3. In der Innenumfangsfläche der Nabe 10 b sind mit den Nuten 14 verbundene Axialnuten 15 ausge­ bildet. Somit bilden die Nuten 15 und 13 Ölkanäle, die längs dem Außenumfang der Rotorwelle 3 verlaufen. Die Schlitze 12 bilden Ölkanäle zwischen der vorderen Endfläche des zylindrischen Kerns 8 und der Innenseite des Magnetpols 9 a, während die Schlitze 14 Ölkanäle zwischen der hinteren Endfläche des zylindrischen Kerns 8 und dem Bund 10 bilden. Das Lager 5 umgibt die Nabe 10 b des Bundes 10 und haltert ein Ende der umlaufenden Erregerwicklung 7 und der Rotor­ welle 3.

Zwischen dem Innenumfang der Klauenpole 9 und dem Außen­ umfang des zylindrischen Kerns 8 ist ein Poljoch 16 mit einer darauf gewickelten Polspule 17 angeordnet, wobei das eine Jochende an der Innenfläche des Lagerschilds 2 mittels Schrauben 18 befestigt ist. Ein zwischen dem Innenumfang des Poljochs 16 und dem Außenumfang des zylindrischen Kerns 8 gebildeter sehr schmaler Spalt 19 steht an seinem einen Ende mit den Nuten 14 und am anderen Ende mit den Nuten 12 in Verbindung. Ferner ist zwischen der vorderen Endfläche des Poljochs 16 und der Innenseite des Klauenpols 9 a ein schmaler Spalt 20 gebildet. Der Spalt 20 bildet zusammen mit dem sehr schmalen Spalt 19 und den Nuten 12 einen ununterbrochenen Ölkanal, dessen eines offenes Ende auf eine Ständerwicklung 23 gerichtet ist, wie noch erläutert wird.

Ferner ist zwischen der hinteren Endfläche des Poljochs 16 und der Innenfläche des hinteren Lagerschilds 2 ein sehr schmaler Spalt 21 gebildet. Dieser steht mit den Nuten 14 in Verbindung und hat eine Endöffnung, die auf die Ständer­ wicklung 23 gerichtet ist.

Die Ständerwicklung 23 ist auf ein Ständereisen 22 ge­ wickelt, das an der Innenseite der Lagerschilde 1 und 2 derart angeordnet ist, daß es den umlaufenden Erregerwick­ lungskern 8 umgibt.

Ein Öleinlaß 24 in Form eines Nippels ist an einem Teil des hinteren Lagerschilds 2 nahe dem Lager 5 vorgesehen. Der Öleinlaß 24 steht am einen Ende mit einem Ölkanal 25 zwi­ schen dem Lager 5 und der Innenseite des hinteren Lager­ schilds 2 in Verbindung. Der Ölkanal 25 ist mit den Nuten 15 verbunden. Das andere Ende des Öleinlasses 24 ist mit einem Schmierölvorrat (Ölreservoir) des Kraftfahrzeugmotors durch einen Schlauch und eine Ölpumpe (nicht gezeigt) verbunden.

Ölauslässe in Form von Nippeln sind an den Unterseiten der Lagerschilde 1 und 2 befestigt. Diese Ölauslässe 26 stehen mit dem Ölreservoir über nicht gezeigte Schläuche in Ver­ bindung.

Die Drehstromlichtmaschine hat einen Vollweggleichrichter 27, der an der Außenseite des Lagerschilds 2 in Kontakt damit an einer Stelle befestigt ist, die dem vorgenannten sehr schmalen Spalt 21 entspricht. Ein Spannungsregler 28 ist an einem Deckel 29 befestigt. Ferner ist ein Öldicht­ ring 30 vorgesehen.

Die so aufgebaute Drehstromlichtmaschine wird durch die Ausgangsleistung des Kraftfahrzeugmotors betrieben. Wenn die Rotorwelle 3 von dem Motor angetrieben wird, läuft die Induktions-Erregerwicklung 7 um. Da in dieser Phase die Polspule 17 erregt ist, wird im Ständereisen 22 ein Wech­ selspannungsausgang erzeugt. Dieser wird im Gleichrichter 27 gleichgerichtet und nach Spannungsregelung durch den Spannungsregler 28 einer Batterie und elektrischen Ver­ brauchern zugeführt.

Während des Betriebs der Drehstromlichtmaschine fördert die Ölpumpe das Motorschmieröl zum Öleinlaß 24. Das Öl strömt dann durch den Ölkanal 25 und die Nuten in die umlaufende Erregerwicklung 7. Das Öl verzweigt sich dann in zwei Teile, und zwar wird ein Teil in die Nuten 13 und dann die Schlitze 12 eingeleitet, während der andere Teil in den sehr schmalen Spalt 19 durch die Schlitze 14 eingeleitet wird. Diese zwei Ölmengen münden dann bei Erreichen des sehr schmalen Spalts 20 ineinander. Ein Teil des die Schlitze 14 erreichenden Öls strömt in den sehr engen Spalt 21. Die Ölströme sind mit Pfeilen bezeichnet.

Das die Ölkanäle durchströmende Öl wird in Form von Dampf oder Nebel auf vordere und hintere Teile der Ständerwick­ lung 23 durch die Fliehkraft gesprüht, die infolge der Rotation der Erregerwicklung 7 erzeugt wird, so daß die Ständerwicklung 23 durch den Ölsprühnebel gekühlt wird. Ein Teil des Öls, das die Ständerwicklung 23 nicht erreichen konnte, und ein Teil des Öls, das von der Ständerwicklung 23 abgetropft ist, haftet an der Polspule 17 und kühlt diese. Die Polspule 17 wird ferner indirekt durch das Öl gekühlt, das durch den schmalen Spalt 19 zwischen der Innenumfangsfläche des Poljochs 16 und der Außenumfangs­ fläche des Kerns 8 strömt. Der Gleichrichter 27 wird eben­ falls indirekt über die Lagerschildwandung durch das den sehr schmalen Spalt 21 durchströmende Öl gekühlt. Dann strömt das Öl an der Innenfläche des Lagerschilds und anderen Teilen entlang und gelangt durch die Schwerkraft in den Boden des Lagerschilds. Dann kehrt das Öl durch den Ölauslaß 26 zum Schmierölreservoir zurück. Es ist ersicht­ lich, daß das Öl auch die Lager 4 und 5 schmiert.

Bei dieser Ausführungsform wird das Öl in dem erläuterten Kreislauf kreislaufgeführt, so daß die wärmeerzeugenden Teile wie Ständerwicklung 23, Polspule 17, Gleichrichter 27 etc. wirksam gekühlt werden. Insbesondere werden die Stän­ derwicklung 23 und die Polspule 17 durch das direkte Auf­ sprühen des Öldampfs hochwirksam gekühlt, so daß die Lei­ stungskennlinie der Drehstromlichtmaschine wesentlich ver­ bessert wird. Die Nutzung des Motorschmieröls als Kühl­ medium ist sehr rationell. Ferner können die Kühlmittel in einfacher Weise durch Schlitze, Nuten und schmale Spalte in oder an dem Erregerwicklungskern gebildet sein, so daß Größe und Gewicht der Drehstromlichtmaschine vermindert werden. Da ferner die beschriebene Drehstromlichtmaschine hermetisch dicht gebaut sein kann, so daß Fremdstoffe wie Staub und Wasser nicht in sie eindringen können, kann sie vorteilhaft als Drehstromlichtmaschine für Kraftfahrzeuge, kleine Wasserfahrzeuge etc. eingesetzt werden.

Es wurde zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, diese soll jedoch nur als Beispiel dienen. Z. B. können die Nuten 13 und 135 in der Mantelfläche der Rotorwelle gebildet sein, auch wenn sie im vorliegenden Fall in der stationären Seite der Drehstromlichtmaschine vorgesehen sind. Ferner ist zu beachten, daß die durch die Schlitze 12, 14, Nuten 13, 15 und schmalen Spalte 19, 20 und 21 gebildeten Kühlmittel nicht nur bei Drehstromlicht­ maschinen für Fahrzeuge anwendbar sind, sondern auch bei verschiedenen weiteren Drehstromlichtmaschinen Anwendung finden können.

Claims (5)

1. Verfahren zum Kühlen einer von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Drehstromlichtmaschine, die aufweist eine Rotorwelle (3), die über Lager (4, 5) drehbar in Lager­ schilden (1, 2) gelagert und von einer Brennkraftmaschine antreibbar ist, eine auf der Rotorwelle (3) befestigte umlaufende Erregerwicklung (7), die von einer Polspule (17) erregbar ist, und ein ortsfest an den Innenumfangsflächen der Lagerschilde (1, 2) befestigtes Ständereisen (22), das eine Ständerwicklung (23) trägt,
gekennzeichnet durch
Aufbauen der umlaufenden Erregerwicklung (7) aus Klauen­ magnetpolen (9) und einem zylindrischen Kern (8), so daß in den Zonen, in denen der zylindrische Kern und die Rotor­ welle einander gegenüberstehen, sowie in den Zonen, in denen der zylindrische Kern (8) und die Klauenmagnetpole einander gegenüberstehen, Öldurchgänge (12, 13) gebildet sind;
In-Verbindung-Bringen des einen Endes der Öldurchgänge (12, 13) mit einer außerhalb der Drehstromlichtmaschine befind­ lichen Ölversorgung, so daß beim Betrieb der Drehstrom­ lichtmaschine Öl in die Öldurchgänge einleitbar ist derart, daß das Öl durch die Rotation der Erregerwicklung mit einer Fliehkraft beaufschlagt wird, wodurch es in Form von Dampf oder Nebel auf die Ständerwicklung aufgesprüht wird;
Sammeln des versprühten Öls am Boden der Lagerschilde und Rückführung des gesammelten Öls zu dem Ölreservoir durch einen in dem Lagerschild gebildeten Ölauslaß (26); und
Kreislaufführung des Öls in dem genannten Kreislauf unter Kühlung der Drehstromlichtmaschine.

2. Ölgekühlte Drehstromlichtmaschine, die von einer Brenn­ kraftmaschine antreibbar ist und aufweist eine Rotorwelle (3), die über Lager (4, 5) in Lagerschilden drehbar gela­ gert und von einer Brennkraftmaschine antreibbar ist, eine auf der Rotorwelle (3) befestigte umlaufende Erregerwick­ lung (7), die von einer Polspule (17) erregbar ist, und ein ortsfest an den Innenumfangsflächen der Lagerschilde (1, 2) befestigtes Ständereisen (22), das eine Ständerwicklung (23) trägt,
gekennzeichnet durch
einen in den Lagerschilden vorgesehenen Öleinlaß (24), durch den Öl von einer außerhalb der Drehstromlichtmaschine befindlichen Ölversorgung in das Innere der Lagerschilde gelangt;
Öldurchgänge (14, 15), die in oder an der umlaufenden Erregerwicklung ausgebildet sind und deren Einlaßende mit dem Öleinlaß durch einen Ölkanal (25) im Inneren der Lager­ schilde in Verbindung steht, während das Auslaßende der Öldurchgänge zur Ständerwicklung (23) offen ist; und
einen im Boden der Lagerschilde vorgesehenen Ölauslaß (26), so daß in den Lagerschilden gesammeltes Öl zu dem Ölvorrat rückführbar ist.

3. Drehstromlichtmaschine nach Anspruch 2 mit einem an der Außenseite eines Endabschnitts der Lagerschilde in innigem Kontakt damit befestigten Gleichrichter (27) , dadurch gekennzeichnet, daß die Öldurchgänge einen zwischen der Innenfläche der Lagerschilde und einer Endfläche der umlaufenden Erreger­ wicklung in einer der Befestigungsstellung des Gleichrich­ ters entsprechenden Position gebildeten Abschnitt (21) aufweisen.

4. Drehstromlichtmaschine nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstromlichtmaschine eine bürstenlose Maschine ist, wobei ein die Polspule (17) tragendes Poljoch (16) ortsfest zwischen Klauenmagnetpolen (9) und einem zylindri­ schen Kern (8) befestigt ist, und daß die Öldurchgänge einen entlang der Innenumfangsfläche des zylindrischen Kerns (8) verlaufenden Abschnitt sowie einen entlang dem Spalt zwischen der Außenumfangsfläche des zylindrischen Kerns und der Innenumfangsfläche der Erregerwicklung (7) verlaufenden Abschnitt umfassen, wobei diese Abschnitte der Öldurchgänge dann ineinandermünden und die Öldurchgänge einen sich zu einem Vorderabschnitt der Ständerwicklung (23) öffnenden Auslaß sowie einen sich zu einem Hinterab­ schnitt der Ständerwicklung (23) öffnenden Auslaß auf­ weisen.

5. Drehstromlichtmaschine nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine ein Kraftfahrzeugmotor oder ein Motor eines kleinen Wasserfahrzeugs ist und daß das Öl das Schmieröl des Motors ist.