專利名稱：風(fēng)冷電動(dòng)機(jī)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)冷的電動(dòng)機(jī)器，其具有包括轉(zhuǎn)子軸和磁場(chǎng)繞組的轉(zhuǎn)子、驅(qū)動(dòng)元件和可旋轉(zhuǎn)安裝在轉(zhuǎn)子軸上的風(fēng)扇葉輪。包括驅(qū)動(dòng)元件和/或磁場(chǎng)繞組的自動(dòng)離合器隨著電機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)在風(fēng)扇葉輪和的轉(zhuǎn)子軸之間建立連接狀態(tài)。具體地，本公開(kāi)還涉及用于機(jī)動(dòng)車輛的交流發(fā)電機(jī)，并且還涉及用于機(jī)動(dòng)車輛的起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
本公開(kāi)含義內(nèi)的包括電子馬達(dá)和發(fā)電機(jī)類型的電動(dòng)機(jī)器，具體說(shuō)，用于機(jī)動(dòng)車輛的交流發(fā)電機(jī)和起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)通常是已知的。具體說(shuō)，起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)理解為意指用于機(jī)動(dòng)車輛起動(dòng)器的例如結(jié)合電子馬達(dá)的電動(dòng)機(jī)器，和單個(gè)機(jī)器中的發(fā)電機(jī)，例如交流發(fā)電機(jī)。風(fēng)冷的電動(dòng)機(jī)器，例如，在其軸向范圍中，具有風(fēng)扇或風(fēng)扇葉輪，該風(fēng)扇或風(fēng)扇葉輪通常直接連接于電動(dòng)機(jī)器的軸，也就是說(shuō)，以旋轉(zhuǎn)固定的方式連接于電動(dòng)機(jī)器的軸。因此，風(fēng)扇葉輪在電動(dòng)機(jī)器運(yùn)行期間產(chǎn)生冷卻空氣流，所述冷卻空氣流提供隨機(jī)器的旋轉(zhuǎn)速度的變化的相應(yīng)量的冷卻空氣，用于冷卻電動(dòng)機(jī)器。具體說(shuō)，由風(fēng)扇葉輪循環(huán)的空氣用來(lái)冷卻在所述電動(dòng)機(jī)器的外殼處和/或外殼內(nèi)的電動(dòng)機(jī)器。風(fēng)扇葉輪的驅(qū)動(dòng)需要額外的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在電動(dòng)機(jī)器作為電子馬達(dá)運(yùn)行的情況下， 這種額外的轉(zhuǎn)矩例如由馬達(dá)提供，結(jié)果能夠由馬達(dá)輸出的有用機(jī)械功率降低。在作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行的情況下，額外的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以由驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)提供，因此這部分轉(zhuǎn)矩不能被再次利用而轉(zhuǎn)換成電能。用于電動(dòng)機(jī)器的現(xiàn)代控制策略，具體說(shuō)用于諸如機(jī)動(dòng)車輛的交流發(fā)電機(jī)和起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)(例如被利用為機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)帶穿動(dòng)的輔助部件)的現(xiàn)代控制策略以及現(xiàn)代電池管理系統(tǒng)通常導(dǎo)致作為發(fā)電機(jī)工作的電動(dòng)機(jī)器以高機(jī)器轉(zhuǎn)速運(yùn)行，但不需要電力。在這種情況下，正如在引言部分所提到的，在剛性聯(lián)接于轉(zhuǎn)子軸的情況下，風(fēng)扇葉輪總是被同時(shí)驅(qū)動(dòng)。這導(dǎo)致了機(jī)械損失，即使電動(dòng)機(jī)器不需要冷卻。例如，可以利用各種離合器裝置，以影響傳遞給機(jī)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助部件的轉(zhuǎn)矩，這種輔助部件通過(guò)帶傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)。這種類型的離合器裝置設(shè)置在驅(qū)動(dòng)盤(pán)或輸出驅(qū)動(dòng)盤(pán)和相應(yīng)的軸之間，以便使輔助部件與驅(qū)動(dòng)盤(pán)或輸出驅(qū)動(dòng)盤(pán)機(jī)械地分開(kāi)，因而與驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)械地分開(kāi)。DE 20 2006 017 623 Ul還公開(kāi)一種具有滑動(dòng)監(jiān)控的電磁離合器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)所述電磁離合器傳遞給車輛中的輔助部件?；瑒?dòng)監(jiān)控由傳感器線圈、電子監(jiān)控裝置和電壓放大器執(zhí)行。電磁離合器主要包括驅(qū)動(dòng)它并且以旋轉(zhuǎn)固定的方式連接于轉(zhuǎn)子的部件，和電磁線圈插入其中的靜止電磁線圈架。當(dāng)磁力線圈不被電激勵(lì)時(shí)，由空氣隙與轉(zhuǎn)子隔開(kāi)的銜鐵盤(pán)位于與轉(zhuǎn)子相對(duì)。轉(zhuǎn)子和銜鐵盤(pán)被彈簧元件隔開(kāi)。銜鐵盤(pán)牢固地連接于驅(qū)動(dòng)輔助部件的部件。如果磁力線圈被電激勵(lì)，銜鐵盤(pán)克服彈簧元件的力被朝向轉(zhuǎn)子拉拽，因此轉(zhuǎn)矩能夠被傳遞。如果磁力線圈不被電激勵(lì)，由于彈簧元件的恢復(fù)力銜鐵盤(pán)再一次與轉(zhuǎn)子分開(kāi)，并且保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩02010/079386 Al公開(kāi)了一種離合器裝置和包括這種離合器裝置的起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)。所述離合器裝置包括設(shè)置在皮帶輪和相關(guān)軸之間的單向離合器和電磁離合器。電磁離合器由固定于定子(例如線圈)的電磁致動(dòng)器通過(guò)施加在線圈外部產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流來(lái)控制。上面提到的離合器裝置具有在相對(duì)復(fù)雜以及因而昂貴的結(jié)構(gòu)方面的共同特征。而且，通常需要供給額外的激勵(lì)能量，例如，為了向用作致動(dòng)器的螺線管供給電流，用于偏移這些離合器裝置，也就是說(shuō)，激勵(lì)和去激勵(lì)這些離合器。

發(fā)明內(nèi)容
相對(duì)于這種背景技術(shù)，本公開(kāi)的目的是指明一種風(fēng)冷的電動(dòng)機(jī)器，特別是用于機(jī)動(dòng)車輛的交流發(fā)電機(jī)和起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)，其具有特別簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且能夠以有成本效益的方式制造，同時(shí)還具有高效率，并且此外在魯棒性和長(zhǎng)使用壽命方面是杰出的。這個(gè)目的通過(guò)這樣風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)具有包括轉(zhuǎn)子軸和磁場(chǎng)繞組的轉(zhuǎn)子、驅(qū)動(dòng)元件和風(fēng)扇葉輪，風(fēng)扇葉輪在第一狀況期間相對(duì)于驅(qū)動(dòng)元件以預(yù)定的距離被可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)子軸上并且在第二狀況期間被可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)子軸上并且聯(lián)接驅(qū)動(dòng)元件。應(yīng)當(dāng)指出，在權(quán)利要求中各個(gè)列舉的特征能夠以任何希望的、技術(shù)上合理的方式相互組合并且指明本發(fā)明的其他改進(jìn)。描述還特別是與附圖一起指出了本發(fā)明的特征并且詳述了本發(fā)明。根據(jù)本公開(kāi)的電動(dòng)機(jī)器特別適合用作機(jī)動(dòng)車輛中的發(fā)電機(jī)，具體是三相AC發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)或起動(dòng)器發(fā)電機(jī)。下面參考附圖中示出的示例性實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明電動(dòng)機(jī)器的其他有利的細(xì)節(jié)和效果。


圖I示出根據(jù)本公開(kāi)的機(jī)電系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)冷的電動(dòng)機(jī)器的示意性截面圖。圖2示出圖I所示的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施例的示意性截面圖。圖3示出圖I所示的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)的第二示例性實(shí)施例的示意性截面圖。圖4示出圖I中風(fēng)扇葉輪和轉(zhuǎn)子軸之間的隔開(kāi)距離隨時(shí)間變化的曲線圖。圖5示出圖I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)的環(huán)境隨時(shí)間變化的曲線圖。圖6示出圖I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)使用的示例性方法。
具體實(shí)施例方式圖I示出根據(jù)本公開(kāi)的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)的風(fēng)冷電動(dòng)機(jī)器的示意性側(cè)視圖。所示的電動(dòng)機(jī)器具體是用于機(jī)動(dòng)車輛的三相AC發(fā)電機(jī)I或交流發(fā)電機(jī)I。交流發(fā)電機(jī)I作為輔助部件能夠例如以已知的方式由機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(圖I未示出)通過(guò)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
交流發(fā)電機(jī)I具有外殼2，其中設(shè)置有定子(圖I未示出)、具有磁場(chǎng)線圈4的轉(zhuǎn)子3、風(fēng)扇葉輪5。轉(zhuǎn)子3包括可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在外殼2上的轉(zhuǎn)子軸6。皮帶輪7以旋轉(zhuǎn)固定的方式連接在轉(zhuǎn)子軸6的一端。交流發(fā)電機(jī)I由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(未示出)以已知的方式通過(guò)皮帶輪7和例如包繞皮帶輪7的皮帶(同樣未示出)驅(qū)動(dòng)，也就是說(shuō)被旋轉(zhuǎn)，其中驅(qū)動(dòng)馬達(dá)例如機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。皮帶輪7的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由這種類型的帶傳動(dòng)裝置引起)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸6 和轉(zhuǎn)子3以及磁場(chǎng)線圈4繞旋轉(zhuǎn)軸線8 (由轉(zhuǎn)子軸6限定)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。風(fēng)扇葉輪5通過(guò)相應(yīng)的軸承9可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)子軸6上。當(dāng)風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3或轉(zhuǎn)子軸6之間不存在可操作連接時(shí)，可以認(rèn)為風(fēng)扇葉輪5處于分離狀態(tài)。處于這種分離狀態(tài)時(shí)，不管轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，風(fēng)扇葉輪5可以繞轉(zhuǎn)子軸6自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)電系統(tǒng)I內(nèi)的運(yùn)行狀況改變時(shí)，驅(qū)動(dòng)元件14可以隨著這些變化自動(dòng)反應(yīng)，由此將風(fēng)扇葉輪5聯(lián)接于轉(zhuǎn)子3和/或轉(zhuǎn)子軸6。在這種情況下，風(fēng)扇葉輪5可被認(rèn)為處于連接狀態(tài)，其中風(fēng)扇葉輪5基本上跟隨轉(zhuǎn)子3和/或轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件14可以是摩擦盤(pán)的形式，正如下面關(guān)于圖2所描述的，或者如下面關(guān)于圖3所描述的是雙金屬件，并且可以設(shè)置在多個(gè)位置，包括安裝于轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)子軸6、風(fēng)扇葉輪5和/或軸承9。當(dāng)機(jī)電系統(tǒng)I的運(yùn)行狀態(tài)變化時(shí)，風(fēng)扇葉輪5可以被吸引到驅(qū)動(dòng)元件14或者驅(qū)動(dòng)元件14可以伸展碰到風(fēng)扇葉輪5。在兩種情況的任何一種情況下， 由箭頭13表示的運(yùn)動(dòng)使風(fēng)扇葉輪5經(jīng)由自動(dòng)離合器連接于轉(zhuǎn)子3和/或轉(zhuǎn)子軸6。因此該自動(dòng)離合器隨著機(jī)電系統(tǒng)I的運(yùn)行狀態(tài)的變化在風(fēng)扇葉輪和轉(zhuǎn)子軸之間建立連接狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間存在連接時(shí)，風(fēng)扇葉輪5跟隨轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且因此產(chǎn)生通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)口流進(jìn)交流發(fā)電機(jī)I的外殼中的冷卻空氣流16。冷卻空氣流16越強(qiáng)，交流電機(jī)I的轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)越快，因此風(fēng)扇葉輪5旋轉(zhuǎn)越快。冷卻空氣流16被引導(dǎo)，具體是經(jīng)過(guò)交流發(fā)電機(jī)I的發(fā)熱元件，例如，外殼2中的轉(zhuǎn)子繞組(圖2中未示出)或磁場(chǎng)繞組4，因此，這些部件能夠?qū)⑺鼈兊臒崃颗懦龅嚼鋮s空氣流16。在交流發(fā)電機(jī)I前面流進(jìn)的冷卻空氣流，在流過(guò)交流發(fā)電機(jī)I后部或后面的殼體開(kāi)口之后，作為被加熱的廢氣流17離開(kāi)殼體2。這確保一旦運(yùn)行狀態(tài)需要這種冷卻，就充分地冷卻交流發(fā)電機(jī)I。圖2示出交流發(fā)電機(jī)I的第一示例性實(shí)施例，其中驅(qū)動(dòng)元件14實(shí)施為摩擦盤(pán)和軸承9，并且因此風(fēng)扇葉輪5在轉(zhuǎn)子軸6上能夠額外地軸向位移，如由相應(yīng)的箭頭10指明的。 在這個(gè)實(shí)施例中，磁場(chǎng)繞組包括在被電磁地控制的自動(dòng)離合器中。風(fēng)扇葉輪5相對(duì)于圖2中的旋轉(zhuǎn)軸線8被示出在兩個(gè)軸向位置11和12 ;所述位置表示風(fēng)扇葉輪5的兩種可能的運(yùn)行狀態(tài)。具體地，這兩種運(yùn)行狀態(tài)是分離狀態(tài)11和連接狀態(tài)12。在分離狀態(tài)11，相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間沒(méi)有運(yùn)行連接。 也就是說(shuō)，風(fēng)扇葉輪5在轉(zhuǎn)子軸6上能夠自由旋轉(zhuǎn)。為了保持分離狀態(tài)11，自動(dòng)離合器包括彈簧元件18，其優(yōu)選被設(shè)置在風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間，所述彈簧元件18對(duì)風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3施加預(yù)應(yīng)力使它們相對(duì)于彼此一定距離。在轉(zhuǎn)子軸6旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的情況下，由于風(fēng)扇葉輪5與轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被軸承9 (不考慮軸承的摩擦)分離，所以風(fēng)扇葉輪5基本不跟隨轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。與此相反，在連接狀態(tài)12中，相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間存在運(yùn)行連接。該運(yùn)行連接優(yōu)選在風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間采取壓配合和/或互鎖連接的形式，在圖2所示的優(yōu)選實(shí)施例中具體為包括設(shè)置在風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間的摩擦盤(pán) 14(驅(qū)動(dòng)元件)。為了在風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間提供牢固和有效的壓配合和/或摩擦連接，摩擦盤(pán)14可以由適合這種目的的材料構(gòu)成。摩擦盤(pán)14可以固定于轉(zhuǎn)子3或風(fēng)扇葉輪
5。利用兩個(gè)摩擦盤(pán)14也是可能的,在每種情況下其中一個(gè)固定于風(fēng)扇葉輪5,另一個(gè)固定于轉(zhuǎn)子3，因此通過(guò)兩個(gè)摩擦盤(pán)14之間的接觸在風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間建立連接狀態(tài)12。在圖2所示的示例性的實(shí)施例中，風(fēng)扇葉輪5通過(guò)由磁場(chǎng)繞組4在連接狀態(tài)12產(chǎn)生的力，克服由彈簧元件18產(chǎn)生的力推靠在轉(zhuǎn)子3上。在圖2所示的示例性的實(shí)施例中， 所述力由磁場(chǎng)繞組4的磁場(chǎng)15產(chǎn)生。在第一實(shí)施例中，磁場(chǎng)繞組4是本公開(kāi)意義中的自動(dòng)離合器。磁場(chǎng)繞組4控制或建立風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間的連接狀態(tài)12或分離狀態(tài)11而沒(méi)有其他的明顯的控制裝置。 具體地，磁場(chǎng)繞組4固有地隨交流發(fā)電機(jī)I的運(yùn)行狀態(tài)的改變而起作用，具體是輸出或不輸出由磁場(chǎng)電流確定的電能，而沒(méi)有監(jiān)控或評(píng)估交流發(fā)電機(jī)I的運(yùn)行狀態(tài)和可能產(chǎn)生用于形成風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間連接狀態(tài)12或分離狀態(tài)11的特定分離激勵(lì)信號(hào)和/或去激勵(lì)信號(hào)的其他控制和/或監(jiān)控裝置。在沒(méi)有電流流過(guò)磁場(chǎng)繞組4的狀態(tài)下，也就是說(shuō)，只要交流發(fā)電機(jī)I不輸出任何電能，磁場(chǎng)繞組4不產(chǎn)生磁場(chǎng)15。彈簧元件18產(chǎn)生的力迫使風(fēng)扇葉輪5沿著隔開(kāi)的方向遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子3，因此風(fēng)扇葉輪5呈現(xiàn)圖2所示的分離狀態(tài)11的位置。在這種狀況下，風(fēng)扇葉輪5不跟隨轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于它基本上與這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分離并且通過(guò)軸承9與轉(zhuǎn)子軸6間隔開(kāi)。但是,只要電流一施加在磁場(chǎng)繞組4上,所述磁場(chǎng)繞組就產(chǎn)生磁場(chǎng)15,在圖2中由相應(yīng)的箭頭表示所述磁場(chǎng)的磁力線。還如圖2所示，由磁場(chǎng)繞組4產(chǎn)生的磁場(chǎng)15通過(guò)由磁性材料或磁化材料有利地構(gòu)成的風(fēng)扇葉輪5，例如鐵、鋼、鎳、鈷或這些的合金，或者由這些材料提供，使得它在磁場(chǎng)繞組4的方向上被磁場(chǎng)15的作用所拉拽。一旦由磁場(chǎng)15產(chǎn)生的風(fēng)扇葉輪5上作用力大于由彈簧元件18產(chǎn)生的相反的力，風(fēng)扇葉輪5就沿著平行于旋轉(zhuǎn)軸線8的方向從分離狀態(tài)11的位置向連接狀態(tài)12的位置移動(dòng)，其中風(fēng)扇葉輪5通過(guò)摩擦盤(pán) 14以壓配合和/或互鎖的方式連接于轉(zhuǎn)子3。因此，在磁場(chǎng)大于產(chǎn)生的限值的狀況期間，自動(dòng)離合器將風(fēng)扇葉輪聯(lián)接并且連接于轉(zhuǎn)子和/或轉(zhuǎn)子軸。由于當(dāng)前風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子3之間壓配合和/或互鎖連接，風(fēng)扇葉輪5跟隨轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生冷卻空氣流16，其通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)口能夠流進(jìn)交流發(fā)電機(jī)I的外殼2中。冷卻空氣流16越強(qiáng)，交流發(fā)電機(jī)I的轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)越快，并且因此轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)越快。一旦它發(fā)出電力，就確保交流發(fā)電機(jī)I 的充分冷卻。為了將風(fēng)扇葉輪5移動(dòng)到連接狀態(tài)并且因此產(chǎn)生冷卻空氣流16所需要的磁場(chǎng)15 的大小以及因此流過(guò)磁場(chǎng)繞組4的電流的大小，能夠通過(guò)合適地選擇彈簧元件18的強(qiáng)度或通過(guò)彈簧元件18的合適的預(yù)應(yīng)力來(lái)確定。因此，例如如果在較低的交流發(fā)電機(jī)I的輸出電能下仍然不需要冷卻，那么在較高的輸出電能下對(duì)交流發(fā)電機(jī)I實(shí)施冷卻是可能的。圖3根據(jù)本公開(kāi)的電動(dòng)機(jī)器的第二示例性實(shí)施例的示意性截面圖。所示的電動(dòng)機(jī)器具體是用于機(jī)動(dòng)車輛的三相AC發(fā)電機(jī)I或交流發(fā)電機(jī)I。正如關(guān)于圖2所描述的,交流發(fā)電機(jī)I例如可以作為輔助部件由機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(圖3未示出)通過(guò)帶傳動(dòng)用已知的方式被驅(qū)動(dòng)。在圖3所示的交流發(fā)電機(jī)I中，風(fēng)扇葉輪5通過(guò)軸承9可旋轉(zhuǎn)地安裝在轉(zhuǎn)子軸6 上。與圖2所示的交流發(fā)電機(jī)I的第一實(shí)施例的軸承9相反，圖3的軸承9基本不能夠軸向移位。而是，在圖3所示的示例性實(shí)施例中風(fēng)扇葉輪5的軸承裝置具有雙金屬驅(qū)動(dòng)元件 14,例如,雙金屬?gòu)椈?。雙金屬驅(qū)動(dòng)兀件14固定于轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)子軸6、或軸承9。由于溫度的變化，雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14能夠沿著由相應(yīng)的箭頭所示的并且相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸6徑向的膨脹方向23膨脹或收縮。徑向膨脹方向23的特征在于兩端的位置，其相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，徑向內(nèi)位置表示風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子軸6之間的分離狀態(tài)24，而徑向外位置表示風(fēng)扇葉輪 5和轉(zhuǎn)子軸6之間的連接狀態(tài)25。因此，在這個(gè)第二實(shí)施例中，自動(dòng)離合器包括溫度控制的雙金屬驅(qū)動(dòng)元件，因?yàn)樗c溫度增加或降低成比例膨脹和收縮。在分離狀態(tài)24，相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子軸6之間不存在運(yùn)行連接。也就是說(shuō)，風(fēng)扇葉輪5能夠在轉(zhuǎn)子軸6上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在分離狀態(tài)24(不考慮軸承9中的摩擦)下，如果轉(zhuǎn)子軸6旋轉(zhuǎn)，風(fēng)扇葉輪5基本不跟隨轉(zhuǎn)子軸6旋轉(zhuǎn)。與此相反，在連接狀態(tài)25，相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子軸6 之間存在運(yùn)行連接。這種運(yùn)行連接在風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子軸6之間，具體是在雙金屬驅(qū)動(dòng)元件 14的徑向外端和與所述徑向外端相對(duì)的風(fēng)扇葉輪輪轂的內(nèi)表面之間，優(yōu)選采取壓配合和/ 或互鎖連接的形式。因此，在連接狀態(tài)25風(fēng)扇葉輪5跟隨的轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生冷卻空氣流16。在這種狀態(tài)下，所產(chǎn)生的冷卻空氣流16的量直接由轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)速度決定。在圖3所示的交流發(fā)電機(jī)I的情況下，雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14是本公開(kāi)意義內(nèi)的自動(dòng)離合器。雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14控制或建立風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子軸6之間的連接狀態(tài)25和分離狀態(tài)24，而沒(méi)有其他的、明顯的控制裝置。具體地，雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14固有地隨交流發(fā)電機(jī) I的運(yùn)行狀態(tài)的變化而起作用，特別是交流發(fā)電機(jī)I的溫度變化，這種變化由交流發(fā)電機(jī)I 輸出的電能的量確定。不需要其他的控制和/或監(jiān)控裝置，該裝置監(jiān)控和評(píng)估交流發(fā)電機(jī)I 的運(yùn)行狀態(tài)和/或可能產(chǎn)生用于形成風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子軸6之間的連接狀態(tài)25和分離狀態(tài)24的特定的、獨(dú)立的激勵(lì)信號(hào)和/或去激勵(lì)信號(hào)。在交流發(fā)電機(jī)I的低運(yùn)行溫度的運(yùn)行狀態(tài)，也就是說(shuō)，只要交流發(fā)電機(jī)I不輸出任何電力或輸出小量電力，雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14處于分離狀態(tài)24。風(fēng)扇葉輪5相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸6 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以壓配合和/或互鎖方式未連接于轉(zhuǎn)子軸6。因此，由于風(fēng)扇葉輪與軸承9的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分開(kāi)，所以所述的風(fēng)扇葉輪基本不跟隨轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但是，一旦交流發(fā)電機(jī)11的運(yùn)行溫度升高，雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14就沿著徑向方向23 向外膨脹，直到最終達(dá)到連接狀態(tài)25，其中風(fēng)扇葉輪5通過(guò)雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以壓配合和/或互鎖方式連接于轉(zhuǎn)子軸6。由于風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子軸6之間壓配合和/或互鎖連接，所以風(fēng)扇葉輪5跟隨轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)口流進(jìn)交流發(fā)電機(jī)I的外殼中的冷卻空氣流16。冷卻空氣流16被引導(dǎo)，具體是經(jīng)過(guò)交流發(fā)電機(jī)I的發(fā)熱部件，例如外殼2中的定子繞組(圖3未示出)或磁場(chǎng)繞組4，因此這些部件的熱量被釋放到冷卻空氣流16中。從交流發(fā)電機(jī)I的前面流進(jìn)的冷卻空氣流16在流過(guò)在交流發(fā)電機(jī)I的后部或后面上的另一個(gè)開(kāi)口之后，作為被加熱的廢氣流17離開(kāi)外殼2。這確保一旦交流發(fā)電機(jī)達(dá)到特定的運(yùn)行溫度，所述交流發(fā)電機(jī)I即被冷卻。與圖2所示的示例性實(shí)施例相比，圖3所示的示例性實(shí)施例具有其他優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)交流發(fā)電機(jī)I的實(shí)際運(yùn)行溫度需要產(chǎn)生冷卻空氣流16時(shí)，即產(chǎn)生冷卻空氣流16。但是，圖2中的交流發(fā)電機(jī)I早在磁場(chǎng)繞組4產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生冷卻空氣流16，不管交流發(fā)電機(jī)I的實(shí)際運(yùn)行溫度。因此，由于風(fēng)扇葉輪5的運(yùn)行減少到最小，所以圖3的交流發(fā)電機(jī)I產(chǎn)生相對(duì)較低的機(jī)械損失。如圖3所示，風(fēng)扇葉輪5以及因此的雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14有利地設(shè)置在交流發(fā)電機(jī) I的外殼2內(nèi)側(cè)適當(dāng)位置處，在該位置交流發(fā)電機(jī)I的運(yùn)行溫度能夠被可靠地建立。例如這可以是在發(fā)熱部件的附近或在已經(jīng)被加熱的空氣流過(guò)的外殼2的后部。在圖3所示的交流發(fā)電機(jī)I中，雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14將自動(dòng)離合器和驅(qū)動(dòng)元件兩者的功能結(jié)合在一個(gè)元件中。為了將風(fēng)扇葉輪5移動(dòng)成連接狀態(tài)25并且因此產(chǎn)生冷卻空氣流所需要的交流發(fā)電機(jī)I的運(yùn)行溫度可以通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14或通過(guò)被雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14橋接的風(fēng)扇葉輪5和轉(zhuǎn)子軸6和之間的徑向距離限定。圖4和圖5示出機(jī)電系統(tǒng)I隨時(shí)間變化的曲線圖。圖4示出風(fēng)扇葉輪5與轉(zhuǎn)子3 和/或轉(zhuǎn)子軸6之間的距離d。在時(shí)間h，該距離大于0，因此，風(fēng)扇葉輪5與轉(zhuǎn)子3和/或轉(zhuǎn)子軸6分開(kāi)，并且是不連接的。在時(shí)間t1; d減小，表示風(fēng)扇葉輪5更靠近轉(zhuǎn)子3和/或轉(zhuǎn)子軸6。應(yīng)當(dāng)注意，在雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14以作為自動(dòng)離合器為特征的實(shí)施例中，例如圖3 所示的第二實(shí)施例中，距離d可以對(duì)應(yīng)于風(fēng)扇葉輪5和雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14之間的距離。在每一種情況下，d表示多近風(fēng)扇葉輪才處于連接狀態(tài)。在時(shí)間t2，d示出等于零，表示風(fēng)扇葉輪5與轉(zhuǎn)子3和/或轉(zhuǎn)子軸6沒(méi)有間隔。因此，在時(shí)間t2，風(fēng)扇葉輪5處于連接狀態(tài)。在時(shí)間t3，風(fēng)扇葉輪5保持連接狀態(tài)，但是在時(shí)間t4，d再一次變成正值，因此導(dǎo)致風(fēng)扇葉輪處于分離狀態(tài)。最后，在時(shí)間t5，d比以前更大，并且風(fēng)扇葉輪5保持分離狀態(tài)。圖5示出根據(jù)圖4在時(shí)間h至t5的相關(guān)磁場(chǎng)的大小和/或溫度變化。在時(shí)間tQ， 磁場(chǎng)大小B和/或溫度T被示出為小于k的某個(gè)值，其中k取成限值，高于該限值運(yùn)行狀況將使得自動(dòng)離合器將引起風(fēng)扇葉輪5處于連接狀態(tài)。例如，k可以是克服彈簧18的力并且將風(fēng)扇葉輪推動(dòng)到驅(qū)動(dòng)元件14所需要的磁場(chǎng)大小，或k可以是將雙金屬驅(qū)動(dòng)元件14膨脹足夠遠(yuǎn)以與風(fēng)扇葉輪5連接所需要的溫度。在任何情況下，一旦達(dá)到k，如在時(shí)間t2和t3， 可以認(rèn)為風(fēng)扇葉輪5處于連接狀態(tài)。圖6示出用于圖I至圖5所述的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)I的示例性方法。如步驟510所示，該方法通過(guò)旋轉(zhuǎn)皮帶輪7開(kāi)始，皮帶輪7以旋轉(zhuǎn)固定的方式連接于轉(zhuǎn)子軸6，使得皮帶輪 7的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸6的相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),如在512。依次，由于電流被施加于磁場(chǎng)繞組4上，在514增加溫度或磁場(chǎng)大小。在第一狀況下，由于轉(zhuǎn)子軸6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，諸如系統(tǒng)內(nèi)的溫度和/或電磁場(chǎng)的第一參數(shù)被增大，進(jìn)而超過(guò)由系統(tǒng)元件限定的第一參數(shù)的限值， 并且在516風(fēng)扇葉輪5進(jìn)入連接狀態(tài)。在這種狀態(tài)，自動(dòng)離合器將風(fēng)扇葉輪5連接于轉(zhuǎn)子 3和/或轉(zhuǎn)子軸6，由此控制風(fēng)扇葉輪5跟隨轉(zhuǎn)子軸6的運(yùn)動(dòng)并且產(chǎn)生冷卻空氣流。在步驟 520，一旦皮帶輪7停止旋轉(zhuǎn)，例如，如果交流發(fā)電機(jī)停止被驅(qū)動(dòng)，在522該軸就進(jìn)而停止旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，在524系統(tǒng)的溫度和/或磁場(chǎng)大小降低，并且，由于轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)隨著它們?cè)诘诙顩r期間下降到限值以下，自動(dòng)離合器使風(fēng)扇葉輪5與轉(zhuǎn)子3和/或轉(zhuǎn)子軸6分開(kāi)， 因而控制風(fēng)扇葉輪5在轉(zhuǎn)子軸6上自由旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)器不限于該文件中描述的和圖中所示的示例性實(shí)施例。具體地，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)器既可以被構(gòu)造成發(fā)電機(jī)又可以構(gòu)造成電子馬達(dá)并且相應(yīng)地使用。因此，根據(jù)本發(fā)明被稱作起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)器的結(jié)構(gòu)，在一個(gè)電動(dòng)機(jī)器中結(jié)合電子馬達(dá)(例如起動(dòng)器)和發(fā)電機(jī)(例如交流發(fā)電機(jī))的功能的結(jié)構(gòu)被本發(fā)明包括。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)器是在機(jī)動(dòng)車輛中作為三相AC發(fā)電機(jī)運(yùn)行的風(fēng)冷的輔助部件。為此，發(fā)電機(jī)除了外殼之外同樣具有定子、轉(zhuǎn)子、以旋轉(zhuǎn)固定的方式連接于轉(zhuǎn)子并且可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在外殼上的轉(zhuǎn)子軸，和旋轉(zhuǎn)地安裝在轉(zhuǎn)子軸上的風(fēng)扇葉輪、以旋轉(zhuǎn)固定的方式連接于轉(zhuǎn)子軸的皮帶輪，并且利用它發(fā)電機(jī)例如由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)常規(guī)的皮帶傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。在這種情況下，風(fēng)扇葉輪能夠通過(guò)自動(dòng)離合器有利地連接于轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子軸并且與其分開(kāi)，具體是電磁地控制的和/或溫度控制的離合器，例如，磁場(chǎng)繞組或雙金屬件，使得風(fēng)扇葉輪在需要發(fā)電機(jī)運(yùn)行的情況下，例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)溫度超過(guò)特定的值時(shí)，產(chǎn)生冷卻空氣流，用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)。在所有其他情況下，自動(dòng)離合器使風(fēng)扇葉輪與轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子軸分開(kāi)，使風(fēng)扇葉輪不再跟隨轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。以此方式避免了電動(dòng)機(jī)器運(yùn)行期間不必要的機(jī)械損失，改進(jìn)機(jī)器的總體效率。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng),包括轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子軸和磁場(chǎng)繞組；固定至所述轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子軸的驅(qū)動(dòng)元件；和風(fēng)扇葉輪，所述風(fēng)扇葉輪在第一狀況期間相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)元件在預(yù)定的距離處被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上，并且在第二狀況期間被可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上并且聯(lián)接所述驅(qū)動(dòng)元件。I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述磁場(chǎng)繞組被包括在電磁控制的自動(dòng)離合 I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)元件被包括在溫度控制的自動(dòng)離合
2.根據(jù)權(quán)利要求器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求
5.根據(jù)權(quán)利要求
6.根據(jù)權(quán)利要求
7.根據(jù)權(quán)利要求I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述風(fēng)扇葉輪被設(shè)置在外殼中。I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)元件是摩擦盤(pán)。I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)元件是雙金屬件。I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，還包括自動(dòng)離合器，所述自動(dòng)離合器包括至少一個(gè)彈簧元件，所述彈簧元件將所述風(fēng)扇葉輪和所述轉(zhuǎn)子軸預(yù)壓在相對(duì)彼此一定距離處。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述機(jī)電系統(tǒng)是用于機(jī)動(dòng)車輛的交流發(fā)電機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述機(jī)電系統(tǒng)是用于機(jī)動(dòng)車輛的起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)。
10.一種對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)冷的方法，包括旋轉(zhuǎn)皮帶輪，所述皮帶輪以旋轉(zhuǎn)固定的方式連接至轉(zhuǎn)子軸，使得所述皮帶輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子軸的相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；在第一狀況期間，自動(dòng)離合器將風(fēng)扇葉輪連接至轉(zhuǎn)子軸，由此控制所述風(fēng)扇葉輪跟隨所述轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并且產(chǎn)生冷卻空氣流；以及在第二狀況期間，通過(guò)自動(dòng)離合器使所述風(fēng)扇葉輪與所述轉(zhuǎn)子軸分開(kāi)，由此控制所述風(fēng)扇葉輪在所述轉(zhuǎn)子軸上自由旋轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述第一狀況包括由于所述轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)超過(guò)第一參數(shù)的限值，并且所述第二狀況包括由于所述轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不超過(guò)所述第一參數(shù)的限值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述第一參數(shù)是電磁場(chǎng)的大小。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述第一參數(shù)是所述系統(tǒng)內(nèi)的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述自動(dòng)離合器包括至少一個(gè)設(shè)置在所述風(fēng)扇葉輪和所述轉(zhuǎn)子軸之間的驅(qū)動(dòng)元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述驅(qū)動(dòng)元件是摩擦盤(pán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述驅(qū)動(dòng)元件是雙金屬件，所述雙金屬件被構(gòu)造成與溫度升高成比例地膨脹。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述自動(dòng)離合器包括至少一個(gè)彈簧元件，所述彈簧元件將所述風(fēng)扇葉輪和所述轉(zhuǎn)子軸預(yù)壓在相對(duì)彼此一定距離處。
18.—種風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng),包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸和磁場(chǎng)繞組；可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述轉(zhuǎn)子軸上的風(fēng)扇葉輪；和自動(dòng)離合器，其包括至少一個(gè)設(shè)置在所述風(fēng)扇葉輪和所述轉(zhuǎn)子軸之間的驅(qū)動(dòng)元件，在第一狀況期間所述驅(qū)動(dòng)元件與所述風(fēng)扇葉輪間隔開(kāi)，在第二狀況期間所述驅(qū)動(dòng)元件聯(lián)接所述風(fēng)扇葉輪。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述自動(dòng)離合器是電磁控制的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其中所述自動(dòng)離合器是溫度控制的。
全文摘要
本公開(kāi)涉及一種風(fēng)冷機(jī)電系統(tǒng)，其包括轉(zhuǎn)子、驅(qū)動(dòng)元件和風(fēng)扇葉輪，該轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸和磁場(chǎng)繞組。所述公開(kāi)提出風(fēng)扇葉輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝至轉(zhuǎn)子軸并且能夠通過(guò)自動(dòng)離合器與轉(zhuǎn)子和/或轉(zhuǎn)子軸連接和/或分離。
文檔編號(hào)H02K9/06GK102594024SQ20121001472
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者J·林澤爾, K·豪恩伯肯, S·奎林 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司