JP4083019B2 - 電気機械 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の電気機械特に自動車のためのオルタネータに関する。
【０００２】
ＵＳ５９０７２０３号明細書によれば、自動車のためのオルタネータが公知である。このオルタネータにおいては、電圧調整器がスリップリング装置に電気的に接続されている。オルタネータは冷却通路を有しており、この冷却通路は電圧調整器の手前を通って延在している。電圧調整器はケーシングと、プリント基板と、調整器チップとを有しており、この調整器チップは固定プレート上に組み付けられている。この場合、調整器の固定プレートは、冷却空気通路に直接隣接している。冷却空気通路はスペーサ部材によって形成され、このスペーサ部材は、オルタネータケーシングに対して固定プレートを間隔を保っている。この構成においては、プリント基板が調整器チップと共に、付加的な固定プレート上に取り付けられている点が欠点である。吸い込まれた冷却空気への熱伝達は、固定プレート（この固定プレートに調整器チップが組み付けられている）によって制限される。冷却空気流は、プリント基板若しくは調整器チップに直接的に接触していない。またスペーサエレメントによって、より大きい構造スペースが形成される。この構造スペースは、発電機の大きさに不都合に作用する。また付加的な材料コスト及び組み付けコストに基づいて製造コストがより高価になる。
【０００３】
本発明の課題は、調整器の冷却をより改善した電気機械特にオルタネータを提供することである。
【０００４】
この課題は本発明によれば、請求項１の特徴部に記載した構成によって改善された。本発明の核心は、チップ支持体が少なくとも部分的に冷却空気流によって環流されるようにした、つまりチップ支持体の周囲を少なくとも部分的に冷却空気流が流れるようにした点にある。本発明の別の実施態様に従って、チップ支持体を、冷却空気流の速度が特に高い箇所に配置すれば有利であることが判明した。何故ならばこの箇所では熱の伝導が非常に良好に行われるからである。
【０００５】
以下に本発明を図面に示した有利な実施例を用いて具体的に説明する。
【０００６】
図１は、クローポール型回転子を有するオルタネータの横断面図、
図２は、図１に示したスリップリング軸受シールド及びオルタネータ調整器の拡大した部分図、
図３は、別の構成の、図２に相当する横断面図、
図４は、本発明による実施例の、図３に相当する横断面図である。
【０００７】
以下に図１及び図２を用いてオルタネータの構成について説明する。自動車のための電気機械、ここではオルタネータ１は、２つのケーシング半部３，４から成るダイキャストケーシング２内で、回転軸線５を中心にして回転可能に支承された、軸７を備えたクローポール型回転子６を有している。ケーシング半部４の外側で、回転子軸７の端部には、回転子６を駆動するためのベルト車１０が、ナット１１によって固定的に取り付けられている。回転子軸７の他方の端部にはスリップリング装置１２が設けられている。スリップリング装置１２は、回転子軸７上にスリップリングを有している。このスリップリングは公知の形式で炭素ブラシと協働する。この場合、ケーシング半部４は、駆動側のボールベアリング８のための軸受シールドとして構成されており、このボールベアリング８は固定軸受としての機能を有している。ケーシング半部３は、スリップリング側のボールベアリング９のためのスリップリング軸受シールド２５として構成されており、この場合、ボールベアリング９はより小さく、可動支承部として構成されている。２つのケーシング半部３，４は、ねじ１３によって互いに結合されていて、中央の固定子積層鉄心１４を固定しており、この固定子積層鉄心１４は公知の形式で、三相電流を生ぜしめるために３層の固定子巻線１５を受容している。回転子軸７は、導磁性リングコア１６の中央領域で回転子巻線１７を有しており、この回転子巻線１７は励磁巻線に相当する。軸方向でリングコア１６及び回転子巻線１７の前後に直接隣接する位置に、クローポールプレート１８が回転子軸７上に固定されている。クローポールプレート１８のクローポールフィンガ１９は、交番磁界を生ぜしめるために互いに間隔を保って噛み合っている。クローポールプレート１８の外側の端面側にはそれぞれ１つのファンホイール２０が回転子軸７に組み付けられており、このファンホイール２０は、回転子軸の回転に基づいて、ケーシング半部３に形成された図示していないスリットを通して周囲空気を軸方向で吸い込み、半径方向で固定子巻線１５のスリップリング側の巻線ヘッド２３の手前を掠めて外へ排出する。クローポールプレート１５の駆動側の端面側に配置されたファンホイール２０は、同様に周囲空気を、ケーシング半部４に形成された図示していないスリットを通って軸方向で吸い込んで、この吸い込んだ周囲空気を固定子巻線１５の前方の巻線ヘッドの手前を掠めて、排出開口を通って外へ吹き出す。それによってオルタネータ１は空気冷却されている。回転子巻線１７の電流供給はスリップリング装置１２によって行われ、このスリップリング装置１２のそれぞれ１つのスリップリングが、回転子巻線１７の一端部に電気的に接続されている。クローポールプレート１８とは反対側の、スリップリング側のファンホイール２０の側には、小さい間隔を保ってスリップリング軸受シールド２５が配置されており、このスリップリング軸受シールド２５内において、ファンブレード２７の領域の切欠２６内に調整器２８が組み込まれている。この調整器２８は、回転子巻線１７内を流れる直流を、自動車の電気システムの要求に応じて調整する。
【０００８】
調整器２８は、調整器ケーシング２９内で、横断面が方形のチップ支持体３０を有しており、このチップ支持体３０は、このチップ支持体３０に直接固定された同様に横断面が方形の小さい調整器チップ３１を有している。調整器チップ３１の固定は選択的に接着又ははんだ付けによって行われる。調整器２８のチップ支持体３０は、側方の熱絶縁体３３によって包囲されている。調整器ケーシング２９は、保護キャップ３４によって閉鎖されている。調整器ケーシング２９内でケーシング半部３の外側の端面側に、接続部３６を備えたプラグ構成ユニット３５が配置されている。
【０００９】
オルタネータ１では、チップ支持体３０がスリップリング軸受シールド２５の切欠２６内に配置されており、この場合、チップ支持体３０は、熱絶縁体３３を形成するプラスチック層によって、スリップリング軸受シールド２５に関連して熱的に絶縁されている。スリップリング軸受シールド２５によって調整器チップ３１が加熱されることは、この熱絶縁体３３によって避けられる。スリップリング側のファンホイール２０に向いた、チップ支持体３０の下側２１は、切欠２６からやや突き出してオルタネータ１の内室内に突入している。切欠２６内に取り付けられたチップ支持体３０とファン軸７との間でスリップリング軸受シールド２５内に、冷却空気流２２のための別個の吸込み開口３７が配置されている。
【００１０】
冷却空気流２２が吸込み開口３７を通してスリップリング側のファンホイール２０によって吸い込まれ、次いで内部でスリップリング軸受シールド２５に沿って排出開口２４に向かって吹き付けられることによって、調整器チップ３１の冷却が行われる。この場合、冷却空気流２２は、調整器チップ３１によって加熱されたチップ支持体３０の下側２１を通過する。このためにチップ支持体３０は、良好に熱を伝導する材料より成っている。その熱絶縁体３３に基づいて、調整器２８がスリップリング軸受シールド２５の構成部分温度によって強く加熱されることは避けられる。チップ支持体３０の下側２１は、ファンブレード２７に直接位置決めされている。何故ならば、ファンブレード２７において、非常に高い流過速度及びひいては冷却空気流２２の高い熱伝達率が得られるからである。ここでは排熱が特に良好に放出されるので、調整器２８の効率的な冷却が得られる。これによってオルタネータ１は、高い周囲温度を有する使用のために用いられる。
【００１１】
調整器２８の冷却は、その配置に基づいて別個の冷却体なしで可能であって、これによって非常に安価な調整器２８が得られる。冷却効率をさらに高めるために、付加的に、表面積を増大するためにチップ支持体３０に冷却フィンを設けることができる。さらにまた調整器チップ３１は、冷却空気流２２内に直接延在しているリードフレーム又は電流レールに固定されている。このような関係から、リードフレームとは、フレームによって最初から互いに接続されている電流レールのことである。調整器チップ３１の冷却は、この配置に基づいて更に改善される。
【００１２】
以下に、図３を用いて別の構成について説明する。同一の部分には、前記図１及び図２のものと同じ符号が記されており、その同一な部分についての説明は前記説明が参照される。構造的に異なっているが、機能的に同じである部材は、同じ符号にダッシュを付けて表されている。
【００１３】
この構成は、調整器２８が２つのスペーサホルダ３８によってスリップリング軸受シールド２５′から離れた位置に固定されており、固定が２つ以上のスペーサホルダ３８によっても行われる、という点で前記図１及び図２のものとは異なっている。調整器２８のチップ支持体３０は、ファンホイールブレード２７の領域内にある吸込み開口３７′の前、つまりケーシング半部３の外に位置している。冷却空気流２２′は、吸込み開口３７′を通してスリップリング側のファンホイール２０によって吸い込まれ、次いで半径方向で排出開口２４を通して吹き出される。切欠２６は、この構成では吸込み開口３７′を形成している。
【００１４】
冷却は、冷却空気流２２′が吸込み開口３７′を通ってファンホイール２０にガイドされる前に、まずチップ支持体３０を掠めて流れることによって、行われる。チップ支持体３０の排熱はその下側２１から冷却空気２２′に伝達され、側方に放出することができる。冷却空気が環流するチップ支持体３０の面は、第１実施例のものと比較して増大されており、それによってより良好な冷却が得られる。この第２実施例は特に、冷却空気流２２′がスリップリング側のファンホイール２０によって既に強く加熱され、調整器２８の冷却がもはや十分に得られない場合に、考慮される。チップ支持体３０は、端面側のファンホイール２０の直近であることに基づいて冷却空気流２２′が特に高速である箇所に配置されており、それによって効果的な冷却が得られる。
【００１５】
以下に図４を用いて本発明の実施例について説明する。前記図１乃至図３のものと同一の部材は、同じ符号で表されており、その説明は前記説明が参照される。構造的に異なっているが機能的に同じ部分は、同じ符号に２つのダッシュを付けて表されている。調整器２８はそのチップ支持体３０が、切欠２６内でファンブレード２７のすぐ近くに配置されている。チップ支持体３０の下側２１は、オルタネータ１の内室内にやや突入している。チップ支持体３０の、ファン軸７に向いた側で、スリップリング軸受シールド２５″に吸込み開口３７″が配置されている。熱絶縁体３３″は、吸込み開口３７″に沿って、チップ支持体３０の側部４１の部分領域３９だけに亘って形成されており、それによって熱絶縁体３３″なしの面４０が形成されている。
【００１６】
本発明の実施例では、図示していない冷却空気流２２″が吸い込み開口３７″を通ってスリップリング軸受側のファンホイール２０によって軸方向で吸い込まれ、排出開口２４を通って半径方向に吹き出されることによって、冷却機能が行われる。吸込み開口３７″は、チップ支持体３０に直接位置決めされているので、吸込み開口３７″内で、チップ支持体３０の排熱が導出される。さらにファンホイール２０に対して平行に延びる下側２１は同様に冷却空気流２２″によって環流されている。熱絶縁体３３″は側部４１において短く構成されていて、冷却空気流２２″は面４０においてチップ支持体３０に直接ぶつかるので、この領域において熱の伝達はさらに強められる。本発明の実施例では熱放出は、絶縁されていない面４０でもチップ支持体３０の下側４でも冷却空気流２２″によって行われる。チップ支持体３０はやはり、冷却空気流２２″の速度が特に高い箇所に配置されている。オルタネータ１の長手方向寸法は、本発明の実施例では図２に示した構成と比較として、スペーサホルダ３８の長さ分だけ短縮されている。熱放出は、図１に示した構成と比較して、環流面がより大きくなっているという点で改良されている。調整器２８の冷却は、冷却空気流２２″の部分的に加熱された空気及び加熱されていない空気によって行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 クローポール型回転子を有するオルタネータの横断面図である。
【図２】 図１に示したスリップリング軸受シールド及びオルタネータ調整器の拡大した部分図である。
【図３】 図１に示した構成によるスリップリング軸受シールド及びオルタネータ調整器の拡大した部分図である。
【図４】 本発明による実施例の、図３に相当する横断面図である。

Claims (4)

1. 自動車のための電気機械特にオルタネータであって、
   ａ）ケーシング（２）と、
   ｂ）該ケーシング（２）内で回転軸線（５）を中心にして回転可能に支承された回転子（６）と、
   ｃ）前記ケーシング（２）内に配置された少なくとも１つの吸込み開口（３７；３７′；３７″）からケーシング（２）内に配置された少なくとも１つの排出開口（２４）への冷却空気流（２２，２２′，２２″）を生ぜしめるための、前記回転子（６）に接続された少なくとも１つのファン（２０）と、
   ｄ）チップ支持体（３０）に直接配置された、発電を調整するための少なくとも１つの調整器チップ（３１）とを有しており、
   ｅ）前記チップ支持体（３０）は、ケーシング（２）に形成された切欠（２６）内に受容され、かつ熱絶縁体（３３）によってケーシング（２）に対して熱的に絶縁されていて、少なくとも部分的に冷却空気流（２２，２２′，２２″）によって環流されるように配置されており、少なくとも１つの吸込み開口（３７′；３７″）がケーシング（２）内で支持体（３０）に直接隣接して配置されていて、それによってチップ支持体（３０）の排熱が吸い込み開口（３７″）内で既に導出されるようになっている、
   ことを特徴とする、電気機械。
2. チップ支持体（３０）がリードフレーム又は電流レールである、請求項１記載の電気機械。
3. チップ支持体（３０）が、冷却空気流（２２，２２′，２２″）の速度が特に高い箇所に配置されている、請求項１又は２記載の電気機械。
4. チップ支持体（３０）が熱伝導率の高い材料より成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機械。

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