專利名稱：用于冷卻發(fā)電機組的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于共同冷卻發(fā)電機組的發(fā)電機和所驅(qū)動的活塞式內(nèi)燃機的裝置。
已知一些此類冷卻裝置。例如EP 1 054 144 A2介紹了一種發(fā)動機-發(fā)電機組，其中，設(shè)一主風(fēng)機葉輪用于共同冷卻發(fā)電機和發(fā)動機，它與發(fā)電機的被發(fā)動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)該主風(fēng)機葉輪，新鮮冷卻空氣通過設(shè)在發(fā)電機外殼中的孔和縫形式的的開口吸入，以及為了冷卻發(fā)電機導(dǎo)向一發(fā)電機冷卻區(qū)段和為了冷卻發(fā)動機導(dǎo)向一發(fā)動機冷卻區(qū)段。除了所述主風(fēng)機葉輪外還設(shè)另一個輔助風(fēng)機葉輪，通過它經(jīng)發(fā)電機外殼上的另一些開口將尤其用于冷卻定子和線圈的冷卻空氣吸入到發(fā)電機內(nèi)。由輔助風(fēng)機葉輪吸入的冷卻空氣與由主風(fēng)機葉輪吸入的冷卻空氣混合并供給發(fā)動機用于其冷卻。
此外，本申請人的DE 10010248A1也介紹了一種這類冷卻裝置，用于由驅(qū)動用發(fā)動機和發(fā)電機組成的發(fā)電機組。在此裝置中風(fēng)機葉輪用于用空氣共同冷卻驅(qū)動用發(fā)動機和發(fā)電機。該風(fēng)機葉輪通過驅(qū)動用發(fā)動機的曲軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，借此將新鮮冷卻空氣通過發(fā)電機外殼上為此所設(shè)的開口吸入。冷卻空氣為冷卻發(fā)電機通過發(fā)電機內(nèi)腔，并接著供給驅(qū)動用發(fā)動機以用于其冷卻。
雖然采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的冷卻裝置能達(dá)到滿意的冷卻效果，但業(yè)已證實存在缺點，即為了通過發(fā)電機外殼吸入冷卻空氣，此外殼必須設(shè)計具有一些比較大的用于冷卻空氣的通孔。一般而言，若經(jīng)發(fā)電機外殼吸入用于發(fā)電機和驅(qū)動用發(fā)動機的全部冷卻空氣，則通孔更多，因為與發(fā)電機相比，必須向驅(qū)動用發(fā)動機提供大于10至20倍的冷卻功率。
若發(fā)電機組在發(fā)電機一側(cè)應(yīng)對外基本上封閉，例如為了使按照DIN40050標(biāo)準(zhǔn)化的電氣設(shè)備達(dá)到高防護(hù)等級，則由于這些大的空氣通孔只能有條件地做到。迄今必須為此采取技術(shù)上復(fù)雜和成本高昂的防護(hù)措施。例如，發(fā)電機除了其真正的發(fā)電機外殼外安裝在一個機械方面牢固的、防水和防塵的護(hù)罩內(nèi)。為了冷卻發(fā)電機，該護(hù)罩從外被冷卻介質(zhì)繞流，這么做的前提條件是要保證從發(fā)電機到護(hù)罩之間充分傳熱。此外，還必須保證發(fā)電機比較可靠的電纜敷設(shè)。除了與之相關(guān)聯(lián)地技術(shù)上的困難和高成本外，實施這種方案還需要足夠的裝配空間，所以在許多情況下這一要求便已經(jīng)成為不可逾越的障礙。
本發(fā)明的目的是克服在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于共同冷卻發(fā)電機和活塞式內(nèi)燃機的裝置的缺點。按本發(fā)明的建議，此目的通過獨立權(quán)利要求的特征達(dá)到。本發(fā)明有利的設(shè)計通過從屬權(quán)利要求的特征給出。
按照本發(fā)明建議了一種由發(fā)電機和作為驅(qū)動裝置的活塞式內(nèi)燃機、尤其由同步發(fā)電機和柴油機組成的發(fā)電機組，其包括一個規(guī)定用于共同冷卻發(fā)電機和活塞式內(nèi)燃機的冷卻裝置，其中設(shè)一個沿軸向抽吸和沿徑向排出冷卻空氣的風(fēng)機葉輪，它有至少一個在葉片組的沿徑向外側(cè)區(qū)域內(nèi)的第一通道和至少一個沿徑向在葉片組內(nèi)的第二通道，冷卻空氣的少部分(“發(fā)電機冷卻空氣”)只在內(nèi)燃機側(cè)通過所述第一外側(cè)通道導(dǎo)向發(fā)電機，以及通過所述第二內(nèi)側(cè)的通道重新排出，而冷卻空氣的大部分(“內(nèi)燃機冷卻空氣”)通過風(fēng)機葉輪供給活塞式內(nèi)燃機。
因為所述第二內(nèi)側(cè)通道設(shè)在風(fēng)機葉輪的吸入冷卻空氣的區(qū)段中(風(fēng)機葉輪基本上在其軸向中央抽吸冷卻空氣)，所以通過在那里的抽吸作用從發(fā)電機中抽吸發(fā)電機冷卻空氣。因此在總體上在發(fā)電機內(nèi)形成了發(fā)電機冷卻空氣流動，其中，從風(fēng)機葉輪沿徑向流出的發(fā)電機冷卻空氣通過所述第一外側(cè)通道供給發(fā)電機，以及通過風(fēng)機葉輪的第二內(nèi)側(cè)通道重新從發(fā)電機腔排出。通過風(fēng)機葉輪的第二內(nèi)側(cè)通道流動的發(fā)電機冷卻空氣接著與被風(fēng)機葉輪抽吸的新鮮冷卻空氣混合，在這種情況下現(xiàn)在輕微加熱的冷卻空氣中較少部分供給發(fā)電機，較大部分供給驅(qū)動用發(fā)動機。
所述用于供發(fā)電機冷卻空氣進(jìn)入到發(fā)電機內(nèi)的第一外側(cè)通道，優(yōu)選地以一個圓形縫隙的形式存在。該縫隙的開口寬度可例如有2-5mm，尤其約3mm。通過圓形縫隙進(jìn)入到發(fā)電機內(nèi)的發(fā)電機冷卻空氣，經(jīng)風(fēng)機葉輪的內(nèi)側(cè)第二通道重新從發(fā)電機腔中抽出。該內(nèi)側(cè)第二通道優(yōu)選地以風(fēng)機葉輪上的一些圓形通孔的形式存在。這些例如其數(shù)量為5至7個的通孔優(yōu)選地具有一界于20至50mm范圍內(nèi)的直徑，尤其為30mm的直徑。在這里關(guān)鍵是，與這些通孔的鉆削相關(guān)地總要引起減弱風(fēng)機葉輪的機械強度，所以，根據(jù)產(chǎn)生的機械力的大小，風(fēng)機葉輪只應(yīng)具有某一確定數(shù)量的通孔，因為要不然就必須在該區(qū)域內(nèi)增大風(fēng)機葉輪的壁厚。
與已知的冷卻裝置不同，在這里不是使用由風(fēng)機葉輪抽吸的全部冷卻空氣去冷卻發(fā)電機，確切地說，只是使從抽吸的冷卻空氣中分流出足以冷卻需要較小冷卻功率的發(fā)電機的較少部分冷卻空氣流入到發(fā)電機腔內(nèi)。
由于驅(qū)動用發(fā)動機通常有很高的熱損耗，被發(fā)電機加熱的冷卻空氣可以接著應(yīng)用于冷卻驅(qū)動用發(fā)動機。按照本發(fā)明的發(fā)電機組的發(fā)電機優(yōu)選地具有一至少為90％的效率，與現(xiàn)有技術(shù)中已知的通常只有界于75-85％范圍內(nèi)的效率的發(fā)電機不同。已被發(fā)電機加熱的冷卻空氣為了冷卻發(fā)動機始終還要與由風(fēng)機葉輪抽吸的新鮮冷卻空氣混合，從而同樣保證使驅(qū)動用發(fā)動機充分地排出損耗熱。
所述外側(cè)第一通道與內(nèi)側(cè)第二通道的直徑可根據(jù)需要的冷卻功率確定尺寸。較大的發(fā)電機熱損耗要求供給更大量的發(fā)電機冷卻空氣，反之亦然。
為了保證發(fā)電機冷卻空氣以近似相同的流速進(jìn)入到發(fā)電機中和重新離開發(fā)電機，該第一通道的橫截面積與第二通道的橫截面積基本上相等是有利的。
特別有利地，按照本發(fā)明的發(fā)電機組在發(fā)電機外殼中不必有空氣進(jìn)口并因而在發(fā)電機一側(cè)可以設(shè)計為密封的，尤其是防水和防塵。與在現(xiàn)有技術(shù)中已知的為防塵和防水采取防護(hù)措施不同，這種防護(hù)可以節(jié)省空間、無需復(fù)雜的技術(shù)手段和特別經(jīng)濟地達(dá)到。在這里，當(dāng)發(fā)電機具有按照DIN40050(第二指標(biāo))至少為數(shù)值6的防意外接觸和防異物的防護(hù)等級時，是有利的。此外，當(dāng)發(fā)電機具有按照DIN 40050(第二指標(biāo))至少為數(shù)值4的防水的防護(hù)等級時，是有利的。在承受機械負(fù)荷方面，當(dāng)發(fā)電機外殼具有按照DIN 40050(第二指標(biāo))至少為數(shù)值3的防護(hù)等級時，是有利的。然而對此可以肯定，發(fā)電機外殼的可承受機械負(fù)荷的能力與選擇的材料有密切的關(guān)系，因此基本上根據(jù)專家的意愿確定。
在按照本發(fā)明的冷卻裝置的一種特別有利的實施方式中，根據(jù)與驅(qū)動用發(fā)動機相比通常小得多的冷卻需求，由風(fēng)機葉輪排出的冷卻空氣至少有5％和最多為10％作為發(fā)電機冷卻空氣供給發(fā)電機。
發(fā)電機冷卻空氣有利地在進(jìn)入發(fā)電機前轉(zhuǎn)向，借此促使隨冷卻空氣一起抽入的固體和液體雜質(zhì)基于它們的慣性在發(fā)電機冷卻空氣進(jìn)入到發(fā)電機中之前在冷卻空氣導(dǎo)引壁上分離掉。由此通過簡單的方式可起到凈化冷卻空氣的作用，要不然這種凈化必須采取技術(shù)上復(fù)雜和昂貴的措施如過濾系統(tǒng)等實現(xiàn)。
下面參見附圖借助一種實施方式詳細(xì)闡述本發(fā)明。


圖1表示一發(fā)動機/發(fā)電機組的軸向剖面。
圖1中表示的構(gòu)成發(fā)電機的電氣機械涉及一種由一驅(qū)動用發(fā)動機與一同步發(fā)電機組成的機組。作為驅(qū)動用發(fā)動機優(yōu)選地考慮采用柴油機，在圖中只用虛線表示其曲軸1的連接側(cè)的端部。
在曲軸1的端側(cè)借助一些螺釘3安裝一風(fēng)機葉輪2。該風(fēng)機葉輪2有一葉片組4，通過該葉片組為了產(chǎn)生按箭頭S1用于發(fā)動機冷卻的空氣流或按箭頭S2用于發(fā)電機冷卻的空氣流，在發(fā)動機側(cè)沿軸向按箭頭L抽入冷卻空氣并沿徑向流出。冷卻空氣流S2通過一個表示在圖1中環(huán)形槽形式的第一外部通道49(見圖1中向左方的箭頭S2)導(dǎo)入發(fā)電機腔內(nèi)。所述導(dǎo)入到發(fā)電機腔內(nèi)的冷卻空氣S2通過設(shè)在風(fēng)機葉輪2的葉片組4內(nèi)的徑向通孔50(見圖1中指向右方的箭頭S2)被風(fēng)機葉輪2在那里存在的抽吸作用從發(fā)電機腔抽出。
在發(fā)電機腔的內(nèi)部，取決于可能的流動路徑的流動阻力，形成多股冷卻空氣流。在圖示的實施方式中，基本上形成兩股不同的冷卻氣流，一個較短的在縫隙49與通孔50之間的流動路徑，在此過程中冷卻在發(fā)動機側(cè)的繞組端部處的定子繞組；以及一個較長的流動路徑，在此過程中發(fā)電機冷卻空氣冷卻在其全部空間范圍內(nèi)的定子繞組28。由于所使用的繞組材料良好的熱導(dǎo)性能，所以在發(fā)電機腔內(nèi)不同的發(fā)電機冷卻空氣流相對的流量比只起次要的作用。
在所示的實施方式中，發(fā)電機冷卻空氣進(jìn)入到發(fā)電機腔內(nèi)的流入方向大體垂直于風(fēng)機葉輪2的徑向。由此保證隨冷卻空氣輸送的固體和液體雜質(zhì)基于它們的慣性從發(fā)電機冷卻氣流中分離出來。
縫隙49的開口寬度約為3mm。在風(fēng)機葉輪2中鉆出6個直徑約30mm的通孔50?？p隙49的橫截面面積選擇為大體與6個通孔50的橫截面面積之和相等。由此保證發(fā)電機冷卻空氣可均勻地流入和流出。
通過縫隙49的開口寬度可以調(diào)整分流到發(fā)電機腔內(nèi)的發(fā)電機冷卻氣流的份額。由于在該實施方式中表示的發(fā)電機非常高的通常在90％以上的效率，所以由風(fēng)機葉輪2抽吸的冷卻空氣L中約5-10％作為發(fā)電機冷卻空氣通過風(fēng)機葉輪供給發(fā)電機就足夠了。
發(fā)動機側(cè)的連接罩5沿徑向向外包圍其中裝有風(fēng)機葉輪2的空腔；它朝發(fā)動機方向開口并在其相對側(cè)有一帶螺紋孔的環(huán)形法蘭6，這些螺紋孔用于旋入一些用于連接所述圓柱形發(fā)電機外殼8的固定螺釘7，其中，該發(fā)電機外殼8在兩個端側(cè)被平面地夾緊。固定螺釘7在發(fā)電機外殼8的內(nèi)側(cè)沿圓周分布地設(shè)置并穿過外殼的全長。在發(fā)電機外殼8的圖中左端設(shè)一發(fā)電機外殼蓋9，發(fā)電機的定子11固定在它上面。固定螺釘7的螺桿穿過發(fā)電機外殼蓋9中的孔。
當(dāng)按照本實施方式沿圓周分布地設(shè)八個固定螺釘7時，為了固定定子有六個定子螺釘17就足夠了，它們穿過定子11的疊片組中的孔以及通過定距套管20旋緊。定子11容納發(fā)電機三相繞組的繞組相。
定子11被轉(zhuǎn)子29圍繞。轉(zhuǎn)子同樣由一疊片組構(gòu)成，該疊片組借助夾緊螺釘30夾緊在一起，這些夾緊螺釘以在發(fā)動機側(cè)的螺紋端31旋入到風(fēng)機葉輪2的相應(yīng)螺紋孔內(nèi)。套裝在夾緊螺釘30上的支承套管32夾緊在風(fēng)機葉輪與轉(zhuǎn)子29相關(guān)側(cè)之間。由此將轉(zhuǎn)子29與風(fēng)機葉輪2防旋轉(zhuǎn)地連接。在轉(zhuǎn)子29的內(nèi)圓周處相對于定子11構(gòu)成一個約2mm寬的狹窄的空隙33。此外，轉(zhuǎn)子29有沿軸向連續(xù)的大體半圓形地在兩個扇形段內(nèi)延伸的腔(Taschen)，一些對發(fā)電機磁性激勵的磁性元件35從兩端插入其中。
權(quán)利要求
1.一種由發(fā)電機和作為驅(qū)動裝置的活塞式內(nèi)燃機、尤其由同步發(fā)電機和柴油發(fā)動機組成的發(fā)電機組，其包括一個規(guī)定用于共同冷卻發(fā)電機和活塞式內(nèi)燃機的冷卻裝置，該冷卻裝置具有一個在內(nèi)燃機側(cè)沿軸向抽吸冷卻空氣(L)和沿徑向?qū)С隼鋮s空氣(L)的風(fēng)機葉輪(2)，該風(fēng)機葉輪有一個在葉片組(4)的沿徑向外側(cè)區(qū)域內(nèi)的第一通道(49)和一個在葉片組(4)的沿徑向的內(nèi)側(cè)第二通道(50)，其中，所述冷卻空氣(L)較少的部分(S2)(“發(fā)電機冷卻空氣”)只在內(nèi)燃機側(cè)通過所述第一通道(49)導(dǎo)向發(fā)電機以及通過所述第二通道(50)重新排出，以及，冷卻空氣(L)的主要部分(S1)(“內(nèi)燃機冷卻空氣”)導(dǎo)向活塞式內(nèi)燃機。
2.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征為所述外側(cè)通道(49)是一個圓形的縫隙。
3.按照權(quán)利要求2所述的發(fā)電機組，其特征為所述圓形縫隙的開口寬度在2至5mm范圍內(nèi)，尤其為3mm。
4.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征為所述內(nèi)側(cè)通道(50)以風(fēng)機葉輪上一些圓形通孔的形式存在。
5.按照權(quán)利要求4所述的發(fā)電機組，其特征為所述圓形通孔的直徑在20至50mm范圍內(nèi)，尤其為30mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征為所述外側(cè)通道(49)的橫截面面積與所述內(nèi)側(cè)通道(50)的橫截面面積基本相同。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為所述發(fā)電機冷卻空氣(S2)至少占總冷卻空氣(L)的5％以及最多占10％。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為所述發(fā)電機冷卻空氣(S2)在進(jìn)入到發(fā)電機前流動方向偏轉(zhuǎn)。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征為所述發(fā)電機冷卻空氣的流動方向偏轉(zhuǎn)一個大約90°的角度。
10.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征為發(fā)電機具有按DIN40050(第一指標(biāo))至少為數(shù)值6的防意外接觸和防異物的防護(hù)等級。
11.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征為所述發(fā)電機具有按DIN 40050(第二指標(biāo))至少為數(shù)值4的防水防護(hù)等級。
12.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征為所述發(fā)電機具有按DIN 40050(第三指標(biāo))至少為數(shù)值3的承受機械載荷的防護(hù)等級。
13.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)電機組，其特征為所述發(fā)電機具有至少為90％的效率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由發(fā)電機和作為驅(qū)動裝置的活塞式內(nèi)燃機、尤其由同步發(fā)電機和柴油機組成的發(fā)電機組，其包括一個規(guī)定用于共同冷卻發(fā)電機和活塞式內(nèi)燃機的冷卻裝置，該冷卻裝置具有一個在內(nèi)燃機側(cè)沿軸向吸入冷卻空氣(L)并沿徑向排出該冷卻空氣(L)的風(fēng)機葉輪(2)，該風(fēng)機葉輪有一個在葉片組(4)的沿徑向外側(cè)區(qū)域內(nèi)的第一通道(49)和一個在葉片組(4)的沿徑向內(nèi)側(cè)的第二通道(50)，所述冷卻空氣(L)的較少部分(S2)(“發(fā)電機冷卻空氣”)只在內(nèi)燃機側(cè)通過所述第一通道(49)導(dǎo)向發(fā)電機以及通過所述第二通道(50)重新排出，以及，冷卻空氣(L)的絕大部分(S1)(“內(nèi)燃機冷卻空氣”)導(dǎo)向活塞式內(nèi)燃機。
文檔編號F02B63/00GK1659370SQ03813154
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者厄恩斯特·哈茲, 弗朗茲·穆瑟 申請人:哈茲電機制造公司