DE69207565T2

DE69207565T2 - Anlasservorrichtung für Verbrennungsmotor und Generator

Info

Publication number: DE69207565T2
Application number: DE69207565T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Odahara; Takeshi Sugiyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2012-10-17
Also published as: DE69207565D1; EP0544092A1; JPH05153758A; US5237230A; EP0544092B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und zum Erzeugen von Leistung, welche mit einen Verbrennungsmotor verbunden ist, um den Motor als Anlasser anzulassen und nach dem Anlassen als Generator zu dienen.
In einer allgemeinen, herkömmlichen Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung mit einem Planetengetriebe, wie beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 81563/1991 gezeigt ist, ist für eine Feldspule und eine Läuferspule keine spezielle Kühlvorrichtung vorgesehen. Fig. 4 ist ein Querschnitt, welcher eine herkömmliche Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung zeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Vorrichtung aus einem rotierenden Körper 103 konstruiert, der mit einem ersten Rotor 101a und einem zweiten Rotor 101b mittels eines Ringes 102 integriert ist, einer Feldspule 105, die mit einem Feldkern 104 gewickelt ist, und einer Läuferspule 106 als Hauptkomponenten. Die Vorrichtung ist nicht mit einer Einrichtung zum Kühlen der Läuferspule und der Feldspule versehen.
Es gibt Vorrichtungen dieser Art, von denen jede eine Läuferspule und eine Feldspule kühlt, beispielsweise offenbart in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 198556/1988 und in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 202257/1988. In beiden Vorrichtungen zum Anlassen eines Motors und Laden von Elektrizität sind rotierende Feldpole an einer Kurbelwelle eines Motors angebracht, und die Feldpole werden durch Erregerspulen erregt. Statorkerne, die mit Statorspulen versehen sind, sind an Hauptkörpern der Motoren angebracht.
Beim Anlassen wird Strom an die Erregerspule geliefert, und eine Wechselspannung mit niedriger Frequenz wird an die Statorspule geliefert, wodurch die rotierenden Feldpole synchronisierend gedreht werden und die Vorrichtung die Rotation an den Motor als Anlassermotor überträgt. Durch Vergrößern der Frequenz der zugeführten Wechselspannung wird die Rotation der sich drehenden Feldpole vergrößert, wodurch der Motor angelassen wird. Wenn der Motor angelassen ist, wird die Zuführung der Wechselspannung an die Statorspule gestoppt. Weil die rotierenden Feldpole von einer Kurbelwelle gedreht werden, wird eine Wechseispannung in der Statorspule erzeugt und die Vorrichtung lädt Elektrizität durch einen Gleichrichter als Generator.
In der früheren Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Aufladen von Elektrizität fließt eine Kühllösung des Motors per se in einer Kühlwasserpassage, welche umgebend an einem Rückabschnitt einer Anordnung des Statorkerns und der Statorspule vorgesehen ist, wodurch die Vorrichtung gekühlt wird.
Ferner ist in der letzteren Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Aufladen von Elektrizität ein thermisch leitfähiger Ring zwischen einem Zylinderblock oder einer Klammer und einem Übertragungsgehäuse durch eine thermisch leitfähige Dichtabdeckung vorgesehen. Ein thermisch leitfähiges Gel wird zwischen dem Zylinderblock oder der Klammer, einem inneren peripheren Abschnitt des Ringes und einem äußeren peripheren Abschnitt der Statorspule gedichtet. Die Wärme der Statorspule wird an den Zylinderblock oder die Klammer und durch das thermisch leitfähige Gel an den Ring übertragen, wodurch die Vorrichtung gekühlt wird.
In solch einer herkömmlichen Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Aufladen von Elektrizität sind die rotierenden Feldpole direkt mit der Kurbelwelle verbunden. Beim Anlassen wird bei niedriger Umdrehungsgeschwindigkeit ein großes Ausgangsmoment benötigt. Deshalb ist die Vorrichtung groß. Weil die Umdrehungsgeschwindigkeit unterhalb eines passenden Wertes beim Stromerzeugen liegt, kann die Ausgabe nicht erhöht werden. Ferner ist eine Dichteinrichtung für die Passage der Kühllösung oder das thermisch leitfähige Gel erforderlich. Deshalb ist die Struktur kompliziert, die Herstellung schwierig, der Preis hoch und viel Zeit für Prüfung und Wartung erforderlich.
Ein kombiniertes, elektrisches Anlasser- und Wechselstrom- Erzeugungssystem zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung, welches aus US-A-4 862 009 bekannt ist, umfaßt einen Rahmen oder ein Gehäuse, welches an dem Hauptkörper eines Motors anbringbar ist. Ein Stator einer elektrischen Maschine ist fest in dem Gehäuse, welches einen Rotor der Maschine umgibt, montiert. Der Rotor ist auf einer Antriebswelle montiert, von welcher ein Ende mittels eines Lagers in einer Abdeckplatte des Gehäuses gehalten wird, und das andere Ende davon über ein Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle des Motors verbunden ist.
Um eine Momentmultiplikation im Anlaßmodus und eine 1:1-Kopplung zwischen der Kurbelwelle und der Antriebswelle vorzusehen, nachdem der Motor angelassen worden ist, sind Einrichtungs-Kupplungen zwischen dem Gehäuse und dem Planetengetriebe angeordnet.
Eine spezielle Kühlvorrichtung zum Kühlen der elektrischen Maschine ist in diesem System nicht vorgesehen.
Eine andere bekannte, elektrische Maschine (US-A-4 162 419), welche nur als Wechselstromgenerator verwendet wird, umfaßt ein zweiteiliges Gehäuse, welches einen Vorderabschnitt und einen Rückabschnitt einschließt. Der Vorderabschnitt ist an einem Motor anbringbar. Ein Statorkern ist in dem Gehäuse befestigt und an einer Statorspule angebracht, während ein Feldkern mit einer inneren Endfläche des Rückabschnittes des Gehäuses angebracht ist und eine Feldspule aufnimmt. Eine Antriebswelle läuft durch einen Abschnitt des Feldkerns mit einen inneren Durchmesser und wird durch Lager in einer Zwischenwand des Rückabschnittes und einer Endwand des Frontabschnittes gehalten.
Ein tassenförmiges, ferromagnetisches Teil ist mit der Antriebswelle verbunden. Die radial äußere Peripherie des tassenförmigen Teils ist mit einer Reihe von Polfingern versehen, welche sich in dem Zwischenraum zwischen dem Statorkern und dem Feldkern erstrecken. Ein weiteres, ferromagnetisches Teil, welches mit Polfingern versehen ist, ist mit dem tassenförmigen Teil mittels eines Kopplungsringes zum Bilden von rotierenden Feldelektroden vom Klauenpoltyp verbunden.
Das weitere, ferromagnetische Teil der rotierenden Feldelektroden vom Klauenpoltyp ist mit Lamellen versehen, welche sich zur Zwischenwand des Rückabschnittes hin erstrecken, welcher Öffnungen zum Ziehen von Kühlluft durch einen Teil des Gehäuses einschließt, welcher außerhalb der Kammer zum Aufnehmen der elektrischen Maschine angeordnet ist, und welcher eine Gleichrichteranordnung aufnimmt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung vorzusehen, welche eine einfache und kompakte Struktur hat und ein Kühlsystem einschließt, welches effektiv die Kühlung der Vorrichtung durchführt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine einfache und kompakte Struktur der Vorrichtung erzielt durch Anbringen des Feldkernes an einer inneren Endfläche des Rahmens, welcher an dem Hauptkörper des Motors anbringbar ist, und durch Halten der Antriebswelle durch den Feldkern durch Lager. Ferner wird ein einfaches Kühlsystem erhalten durch Ausstatten des Übertragungskörpers zum Verbinden der rotierenden Feldelektroden mit der Antriebswelle mit Lamellen, so daß der die Transmission unterstützende Körper als Ventilator dient.
Somit ist die Herstellung der Vorrichtung einfach und es wird Zeit und Arbeit für die Prüfung und Wartung gespart.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist ein longitudinales Querschnittdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittvorderansicht, welche Ventilationspassagen eines Rahmens in Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ist eine Querschnittsvorderansicht, welche Ventilationspassagen eines Rahmens in Ausführungsbeispiel 2 dieser Erfindung zeigt; und
Fig. 4 ist ein Querschnitt, welcher eine herkömmliche Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung zeigt.

BEISPIEL 1

Fig. 1 ist ein longitudinaler Querschnitt einer Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Bezugsziffer 1 bezeichnet einen Motorhauptkörper, worin ein Flansch einer Kurbelwelle 2 vorgesehen ist. Ziffer 3 bezeichnet einen Rahmen, der an einem Vorderende des Motorhauptkörpers 1 befestigt ist, und beispielsweise aus einem Aluminiummaterial gebildet ist und mit einer großen Anzahl von axialen Ventilationspassagen 3b an dem inneren, peripheren Abschnitt davon und einer großen Anzahl von Auslaßöffnungen 3a an einem hinteren Endabschnitt davon versehen ist. Ziffer 4 bezeichnet einen Statorkern, der an dem inneren peripheren Abschnitt des Rahmens 3 befestigt ist, welcher mit einer Statorspule 5 mit einer Dreiphasenwicklung versehen ist. Ziffer 6 bezeichnet einen Feldkern, der mit einer Endfläche des Motorhauptkörpers mittels eines Bolzens 8 befestigt ist, welcher mit einer Feldspule 7 umwickelt ist. Ziffer 9 bezeichnet rotierende Feldpole, die zwischen dem Statorkern 4 und dem Feldkern 6 mit jeweiligen Luftspalten dazwischen angeordnet sind, welche aus Feldpolen 10 und 11 bestehen, die mit einem nichtmagnetischen Verbindungsring 12 durch Schweißen oder ähnliches verbunden und an beiden Seiten des Verbindungsringes angeordnet sind. Klauenpole 10a und 11a stehen von den Feldpolen 10 und 11 abwechselnd bezüglich der Umfangsrichtung hervor.
Ziffer 13 bezeichnet eine Antriebswelle, welche durch einen Abschnitt der Feldspule 6 mit einem inneren Durchmesser hindurchläuft und dadurch durch Lager 14 gehalten wird, und 15 eine Planetengetriebevorrichtung, die wie folgt konstruiert ist. Ziffer 16 bezeichnet einen Übertragungskörper, der von der Antriebswelle 13 durch ein Lager 17 gehalten wird, welcher mit einem Flansch der Kurbelwelle 2 verbunden und fixiert ist. Ziffer 18 bezeichnet ein Sonnenzahnrad, welches mit der Antriebswelle 13 verbunden ist, 19 ein inneres Zahnrad, welches an der Innenseite des Rahmens 3 befestigt ist, welcher durch einen Fixierring 20 durch Druck fixiert wird, und 21 eine Vielzahl von Planetenzahnrädern, die mit dem Sonnenzahnrad 18 und dem inneren Zahnrad 19 verzahnt sind, welche umlaufen und orbital um das Sonnenzahnrad herum rotieren, und welche von Haltestiften 22 gehalten werden, deren Endabschnitte durch Lager 23 an dem Übertragungskörper 16 fixiert sind. Ziffer 25 bezeichnet einen Abstandsring und 26 ein Paar von Axiallagern, welche die beiden Enden des Sonnenzahnrades 18 kontaktieren.
Als nächstes bezeichnet Ziffer 27 einen Übertragungsunterstützungskörper, welcher an einem Flansch lsa am Vorderabschnitt der Antriebswelle 13 durch Bolzen 28 fixiert ist, welcher mit Feldpolen 10 durch Bolzen 29 an einer äußeren Peripherieseite einer inneren Endseite davon verbunden ist, um die rotierenden Feldpole 9 zu halten. Eine Vielzahl von Lamellen 27a sind an dem Übertragungshaltekörper 27 vorgesehen, welcher ebenfalls als Ventilator dient. Ziffer 30 bezeichnet eine Vorderabdeckung, die mit dem Vorderende des Rahmens 3 durch Bolzen 31 verbunden ist, deren Vorderabschnitt mit einer Vielzahl von Einlaßöffnungen 30a versehen ist, und an einer inneren Peripherie der Seite mit einem äußeren Durchmesser davon sind Ventilationspassagen 30b vorgesehen, welche mit den jeweiligen Ventilationspassagen 3b des Rahmens 3 verbunden sind. Am vorderen Endabschnitt der Antriebswelle 13 ist ein rotierender Körper 32 mittels einer Fixierschraube 33 vorgesehen, der mit einer großen Anzahl von Zähnen versehen ist. Am Vorderabschnitt der Vorderabdeckung 30 ist eine Vielzahl von Winkeldetektoren 34 entsprechend den Zähnen angebracht, welche die Position der rotierenden Feldpole 9 erfassen. Ziffer 35 bezeichnet eine Öldichtung, die an dem Feldkern 6 angebracht ist. Ziffer 36 bezeichnet einen Enddeckel, der an dem Vorderabschnitt der Vorderabdeckung 30 durch Bolzen 37 angebracht ist.
Fig. 2 ist ein vordere Querschnitt des Statorkerns des Rahmens 3 der Fig. 1. Eine große Anzahl von axialen Ventilationspassagen 3b sind an dem inneren peripheren Abschnitt des Rahmens 3 vorgesehen.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Beim Anlassen des Motors wird Leistung den Erregerspulensieben zugeführt, und eine Dreiphasenwechselspannung mit niedriger Frequenz wird der Statorspule 5 zugeführt. Auf diese Weise werden die rotierenden Feldspulen 9 mittels der Vorrichtung mit niedriger Geschwindigkeit als Anlassermotor gedreht, und die Rotation wird an das Sonnenzahnrad 18 durch den Übertragungshaltekörper 27 und die Antriebswelle 13 übertragen. Die Umdrehung wird durch die Planetengetriebevorrichtung 15 verlangsamt und dreht die Kurbelwelle 2. Die Position der rotierenden Feldpole 9 wird von den Winkeldetektoren 34 erfaßt. Mittels einer (nicht gezeigten) Steuervorrichtung wird die Frequenz der Dreiphasenwechselspannung der Statorspulen 5 graduell vergrößert und die Phase davon gesteuert, wodurch die Drehzahl auf einen Wert angehoben wird, der für das Anlassen erforderlich ist. Wenn der Motor angelassen ist, wird die Anlegung der Spannung an die Statorspule 5 beendet. Wenn der Motor angelassen ist, wird die Umdrehung der Kurbelwelle 2 durch die Planetengetriebevorrichtung 15 beschleunigt und dreht die rotierenden Feldpole 9 durch die Antriebswelle 13 und den Übertragungshaltekörper 27. Auf diese Weise erzeugt die Vorrichtung die Dreiphasenwechselspannung als ein Dreiphasenwechselspannungsgenerator. Diese Dreiphasenwechselspannung wird an einen (nicht gezeigten) Antriebsmotor eines Fahrzeugs geliefert, wodurch das Fahrzeug durch die Rotation angetrieben wird. Ferner wird die Dreiphasenwechselspannung durch einen (nicht gezeigten) Gleichrichter in eine Gleichspannung umgewandelt, welche an eine Speicherbattene zum Laden von Elektrizität und an Gleichstromlasten geliefert wird.
Andererseits ist der Kühlvorgang der Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung wie folgt. Durch die Rotation des Übertragungshaltekörpers 27, welcher ebenfalls als Ventilator dient, wird ein Kühlwind von den Einlaßöffnungen 30a eingeführt, welcher durch die Ventilationspassagen 30b und 3b fließt und wird durch die Auslaßöffnungen 3a ausgelassen. Auf diese Weise werden die Statorspule 5 und der Statorkern 4 wirksam gekühlt.

BEISPIEL 2

Fig. 3 ist ein vorderer Querschnitt, welcher das Ausführungsbeispiel 2 eines Statorkerns des Rahmens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine große Anzahl von Kühlrippen 40 sind an der äußeren Peripherie des Rahmens 3 vorgesehen. Mittels einer Ventilatorwirkung aufgrund der Rotation des Übertragungshaltekörpers 27 wird die Temperatur des Kühlwindes, der durch die Ventilationspassagen 3b hindurchtritt, graduell angehoben, was durch Kühlen des Stators bewirkt wird. Jedoch wird die Wärmeabstrahlung von den Kühlrippen 40 des Rahmens gefördert, wodurch der Kühleffekt noch weiter verstärkt wird.

BEISPIEL 3

In den obigen Beispielen sind die Feldspulen 7 direkt in dem Feldkern 6 durch einen Isolator gewickelt. Jedoch kann der Feldkern in der axialen Richtung unterteilt sein, und die Feldkerne, welche in Wicklungsspulen gewickelt sind, können in beiden Richtungen aufgenommen und integriert werden.
Wie oben erwähnt, werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Läuferwicklung und die Feldwicklung gekühlt.
Wie oben erwähnt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Stator in dem Rahmen fixiert, welcher an dem Motorhauptkörper angebracht ist, und der Feldkern mit der Feldwicklung ist darin vorgesehen. Die rotierenden Feldpole vom Klauenpoltyp sind zwischen dem inneren peripheren Abschnitt des Statorkerns und dem äußeren peripheren Abschnitt des Feldkerns jeweils mit Luftspalten zwischen diesen angeordnet. Die Antriebswelle ist mit der Kurbelwelle durch die Planetengetriebevorrichtung verbunden. Die rotierenden Feldpole sind an dem Übertragungshaltekörper fixiert und davon gehalten, welcher an der Vorderendseite der Antriebswelle befestigt ist. Deshalb werden die Funktionen des Anlassens eines Motors und Erzeugen von Leistung von einem einzelnen Körper kombiniert. Ferner werden passende Drehgeschwindigkeiten für beide Funktionen vorgesehen, was die Vorrichtung verkleinert.
Ferner ist die äußere Endfläche des Übertragungshaltekörpers mit den Lamellen vorgesehen, welche einen Ventilator bilden. Die Ventilationspassagen sind zwischen dem inneren Abschnitt des Rahmens und dem Rückabschnitt des Statorkerns vorgesehen, wodurch der Kühiwind durch den Ventilator fließen gelassen wird. Demgemäß ist die Vorrichtung von einfacher Struktur, ihre Herstellung ist einfach, und die Kühlung des Stators wird wirksam durchgeführt.

Claims

1. Vorrichtung zum Anlassen eines Motors und Erzeugen von Leistung, mit

einem Rahmen (3), der an einem Hauptkörper (1) eines Motors angebracht ist;

einem Statorkern (4), der in dem Rahmen (3) fixiert und mit einer Statorwicklung (5) verbunden ist;

einem Feldkern (6), der an einer inneren Endfläche des Rahmens (3) angebracht ist, mit einem Freiraum in der radialen Richtung zwischen dem Feldkern (6) und einem inneren, peripheren Abschnitt des Statorkerns (4) und eine Feldspule (7) aufnehmend;

rotierende Feldelektroden (9) vom Klauenpoltyp, die zwischen dem Statorkern (4) und dem Feldkern (6) angeordnet sind;

zwischenliegenden Luftspalten jeweils unter den Feldelektroden (9), dem Statorkern (4) und dem Feldkern (6);

einer Antriebswelle (13), welche durch einen Abschnitt des Feldkerns (6) mit einem inneren Durchmesser läuft und davon mittels Lagern (14) gehalten wird;

einer Planetengetriebevorrichtung (15), die zwischen einer Kurbelwelle (2) und der Antriebswelle (13) angeordnet ist, deren einer Endabschnitt mit einem Sonnenzahnrad (18) fixiert ist, welches eine erste Drehung der Antriebswelle (13) verlangsamt und an die Kurbelwelle (2) beim Anlassen eines Motors überträgt und

beim Erzeugen von Leistung eine zweite Drehung der Kurbelwelle (2) beschleunigt und an die Antriebswelle (13) überträgt;

einem Übertragungshaltekörper (27), der mit einem Endabschnitt der Antriebswelle (13) verbunden ist, und mit einer Vielzahl von Lamellen (27a) zum Dienen als Ventilator auf einer äußeren Endfläche davon versehen ist und an den rotierenden Feldelektroden (9) befestigt ist und diese hält; und

einer Vorderabdeckung (30), die an einem Vorderabschnitt des Rahmens (3) befestigt ist und den Übertragungshaltekörper (27) umgibt und mit Einlaßöffnungen (30a) für einen Kühlwind an einem äußeren Endabschnitt davon versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Ventilationspassagen (3b), die an einer Rückseite des Statorkerns (4) in einem inneren Abschnitt des Rahmens (3) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Kühlrippen 40 an einem äußeren peripheren Abschnitt des Rahmens (3).