专利名称:半封闭交流发电机的制作方法
本发明涉及到交流发电机，更准确地说是涉及到打算在农业或工业建设环境中运行的交流发电机。
对于用于农业或工业建设环境中的交流发电机，除了一般要求交流发电机输出功率大以外，还必须能耐受在交流发电机周围可能有害的外界大气条件。通常，在农业环境中，这种有害的外界大气含有灰尘脏粒，包括诸如小麦或玉米壳等其它颗粒碎屑。
因为这些交流发电机必须在有害的环境中运行，汽车中通常使用的交流发电机结构已不适用了，这是因为在常用的交流发电机结构中，用风扇提供的气流通过整台具有防护外壳的交流发电机，以冷却交流发电机的整流二极管、定子和转子。因此，常用的交流发电机外壳是由连在一起的充分敞开的前后两部分和风扇组成的，风扇安装在交流发电机传动轴一端，以保证气流通过装在外壳内部的全部交流发电机部件。当这种交流发电机受到其外壳周围大气中颗粒的污染时，就会导致把脏物(如尘粒)吸入交流发电机的外壳内，并使这些污染物聚集在交流发电机内部的部件上，实际上就阻塞了必要的空气循环。这种空气循环对于交流发电机是必不可少的，它可使交流发电机输出额定功率而不过热。如果交流发电机传动轴的轴承没有充分防护的话，颗粒脏物对轴承也可能产生不利影响。如果不经常清洗维护，交流发电机将会由于没有充分的空气冷却而过热，并导致转子、定子、整流二极管或者电压调整器以及其它部件严重损坏。因此，这种交流发电机不可能在持续大功率输出下较长时间地运行。
为了提供能在农业或工业建设中可能存在的极为不利的环境条件下连续运行的交流发电机，曾经建议过对常用的交流发电机结构进行某些改进，但是，由于种种原因，所有这些改进都表明是不可能接受的。这些方法之一是增加颗粒或碎屑滤网，以防止碎屑进入交流发电机外壳内而复盖住定子和转子绕组以及整流二极管，如果这些元件被颗粒复盖，就阻止了空气冷却，进而可能发生事故。采用这种碎屑滤网的问题在于这些滤网经常被过滤出来的碎屑阻塞，而且，只有经常清扫这些滤网才能避免热故障。因此，这种方案是根本不能接受的，因为当交流发电机在有害的环境中运行时，靠清扫滤网带来的优点只是使定期清扫交流发电机稍微容易些，并不能使交流发电机在有害的环境中长期连续运行。
曾经建议的另一个方案是把交流发电机所有重要的元件完全封闭在紧固密闭的交流发电机外壳内。但是，当实行这种方案时，人们发现由于没有空气冷却，这些交流发电机的输出功率必须调整得比较低，否则，由于交流发电机部件的过热，将会发生过热故障。此外，这些结构额外消耗相当数量的密封垫，这些密封垫是防止一切尘土和其它颗粒脏物接触发电机重要元件所必需的。因此，这种结构的交流发电机虽然可以连续运行，但是必须降低输出功率值。
由于希望干净地冷却交流发电机的构件，又提出过另一种结构方案，即把交流发电机所有重要的部件全封闭在外壳为，然后用油冷却交流发电机的部件和外壳。由于这个方案需要大量的油导管及用于导管的密封垫，并且需要实现压力驱动油流，所以这个方案是特别昂贵的。因此，这种油冷却全封闭结构的最终结果是使得交流发电机造价特别昂贵，但至少它提供了一种在极端恶劣的环境条件下，能输出大功率又能长期连续运行的交流发电机。
本发明的目的是要提供一种改进型的交流发电机，这种发电机克服了上述原先的交流发电机的不足之处。这种交流发电机比较便宜，能在可能有颗粒脏物或农业的干、茎物的有害外界环境中在大功率输出下长期持续运行。
本发明的一个实施方案是提供了这样一台交流发电机，这台交流发电机适用于农业或工业建设中，在这种使用场合中，交流发电机周围的大气中可能有颗粒脏物。这台发电机包括一个发电机外壳，它由前、后外壳连接在一起组成;一个与外壳配装的交流发电机传动轴，它的第一传动轴段装在外壳内，第二传动轴段从第一传动的轴段沿轴向延伸，至少向外延伸到超出前外壳，相对于外壳，上述传动轴可以绕传动轴的轴线旋转;一个转子，它装配在第一传动轴段上，并安装在外壳内;一个定子，它装配在外壳里面，以便与转子进行电磁耦合;整流二极管，它们固定在外壳上，至少把定子和转子之一的交流(AC)输出整流，并提供与该整流输出相应的交流发电机输出信号。其中的改进包括至少依照该交流发电机的组装，后外壳外形基本上是园筒形的，其园筒形的侧壁与封闭端相连，其敞开的一端对着前外壳，要不是有敞开端，后外壳的园筒形侧壁与上述封闭端就形成一个实际上为封闭的内部空腔。后外壳的园筒形侧壁与上述传动轴轴线大体是同轴的。上述前外壳大体上为筒形，其基本是园筒形的侧壁与传动轴轴线大体是同轴的。前外壳的园筒形侧壁在明显敞开的第一和第二敞开口端终止止。该第一敞口对着后外壳的敞开端，而该第二敞口则作为与发电机周围大气相通的窗孔。传动轴的第二轴段轴向延伸到前外壳之外，风扇装配在该传动轴上，且与上述轴线同轴，安装位置在前外壳的外面。上述前外壳的第二敞口对着风扇。在传动轴正常转动时，风扇提供了沿前外壳第二敞口出来方向的气流。
交流发电机前外壳的园筒形壁以有通孔为佳，风扇经这些通孔把空气吸进交流发电机内，同时，经对着风扇的前外壳的第二个敞口，从交流发电机内抽出空气。此外，整流二极管以全部安装在装有定子和转子的后外壳的内腔里为好(至少有部分定子和转子装在交流发电机后外壳的内腔里)。定子和转子沿传动轴轴线同轴装配在前外壳园筒形侧壁通孔和后外壳密封端之间。根据上述推荐的结构，经园筒形壁的通孔吸入交流发电机外壳内的空气通过交流发电机的外壳，不存在因直接接触定子、转子或整流二极管而大大阻碍气流流通的问题。这样就把这些组件的颗粒污染问题限制到最小程度，同时，在交流发电机外壳内气流通道亦产生足够的紊流，为交流发电机部件提供有效的冷却，而不会使这些部件受到颗粒污染。这使得本发明能提供一种输出功率比较大而又廉价的交流发电机，这种交流发电机能在颗粒污染的大气条件下长期连续地使用。
传动轴最好有第三延伸段，它轴向延伸穿过后外壳密封端，并把整流环装配在该传动轴的第三段的端部。电刷装在后外壳内腔的外面，并固定在后外壳上，以便与整流环相配合。一个电压调整器同样也装在交流发电机内腔的外面。通过后外壳端部的导电连接件把电压调整器连接到定子，以便按照检测的交流发电机输出控制交流发电机磁场线圈的励磁。交流发电机后外壳具有延伸的侧壁，它形成一个防护电刷和电压调整器的空腔，延伸的侧壁配有盖板，使这个防护空腔与交流发电机周围的大气有效隔离开来。
本发明的上述特点和优点，以及其它特点和优点将在后面关于本发明较佳实施方案的描述中更全面地加以说明。
为了更全面理解本发明，可参数附图，在附图中图1是根据本发明构成的有一部分被去掉的交流发电机分解立体图;
图2是图1所示装配好的有一部分被去掉的交流发电机的侧视图;
图3是包括图1所示的交流发电机部件的且有一部分被去掉的内部组装分解立体图;
图4是图1所示交流发电机的一端的组装分解立体图;
图5是图1所示的交流发电机的电气原理接线图。
参考图1，图中示出一台适用于那样一种农业和工业的建设中的交流发电机10，在这种建设环境中，交流发电机周围的空气可能含有颗粒状的脏物。在图1和其他的图中，为了保持图示清晰，有一些部件并没有在图中示出。该交流发电机10包括一个发电机外壳11，该外壳11有一个前外壳12，它靠许多螺栓13a与后外壳13相连接，螺栓13a与在后外壳13中的接收孔13b配合装接。该交流发电机外壳11为装在发电机外壳内的交流发电机的部件提供了可靠的机械保护。
交流发电机的传动轴14与外壳11实行装配，该传动轴在发电机外壳11中有第一传动轴段15，并且有从上述第一轴段15轴向延伸的第二传动轴段16;第二传动轴段从前外壳12向外伸出且至少要超出前外壳12。该传动轴14可以围绕着传动轴轴线17相对于交流发电机外壳11转动，而该传动轴的轴线17是第一，第二传动轴段15和16的纵向轴线。传动轴段15分别由前外壳12和后外壳13中的轴承15a和15b支承着。
转子18安装在第一传动轴段15上，它可以与传动轴一起转动且装在发电机外壳11内，该转子以采用普通的爪极型结构型式为佳。定子19固定装在该交流发电机外壳11上，且装于发电机外壳内，用以与转子在电气上耦合和机械上配合。该定子包括静止的定子绕组19a，该绕组以缠绕成可以产生三相交流的发电机输出为好。整流二极管20通过正、负二极管极板20a和20b也固定在外壳11上，二极管20将定子19的三相交流输出信号整流，以供给一个整流后的交流发电机的直流(DC)输出信号。
通常，该交流发电机传动轴由一个与皮带轮16a配合的传动带(未示出)带动，皮带轮16a安装在第二传动轴段16上。由于传动轴转动，转子18亦同步地转动并由电压调整器22给磁场线圈21(转子组件的部件)励磁。该电压调整器借助于电刷23和整流环24与磁场线圈相连，整流环24装在第三传动轴段25上。随着磁场线圈的励磁和转子18的转动，在定子绕组19a中即感应出三相交流电压，然后此三相信号经整流二极管20整流而得到一个整流后的直流输出。电压调整器22检测该整流后的输出值，以对磁场线圈的励磁进行控制。该交流发电机的电气接线图在图5中示出。
在现有的交流发电机中，主要问题是交流发电机外壳中的部件的冷却，所以将风扇和交流发电机外壳的结构做成适于产生轴向气流，其气流方向与传动轴的轴线平行并沿着交流发电机外壳内的整个传动轴的轴长流动。因此，前外壳和后外壳二者都是轴向敞开的。然而，正如上面指出的，在有颗粒状脏物的环境空气中，如果不将交流发电机的输出在它的最大容量内大幅度地降低，或者采用各种昂贵的或有效的保护措施，这样的结构就会引起交流发电机的过热故障。本发明提供了一种廉价的大功率的交流发电机，这种发电机适合于在含有颗粒状脏物或者是被农业场合的谷壳或别的碎屑弄脏的环境空气中连续运行，依照下述本发明新提供的附加结构的限制措施，即可实现这一点。
至少依照该交流发电机的组装，该交流发电机后外壳13具有一个大体为园筒形的外形，它包括一个与封闭端27相连的大体为园筒形的侧壁26，还包括一个相对着的、面向上述前外壳12的敞开端28。要不是敞开端28，上述后外壳园筒形侧壁26和该封闭端27即构成了一个封闭空气的内腔27a，且后外壳园筒状侧壁26与传动轴的轴线17大体上是同轴的。
上述前外壳12为大体园筒形外形，它具有一个大体上园筒形侧壁29，29与驱动轴的轴线17大体上是同轴的。实际上，该前外壳园筒形侧壁29在明显敞开的前敞口端30和后敞口端31处终止。前外壳12的后敞口端31面向后外壳敞口端28，而前敞口端30给围绕该交流发电机10的外界环境空气提供了孔口。传动轴的第二段16从上述前外壳12轴向向外延伸到前外壳的外面。在传动轴14上装有一个风扇32，它与传动轴的轴线17同轴定位。风扇也装在上述前外壳12的外边，与12上的前敞口端30面对。在传动轴14正常转动期间，对于这种结构，由于有前敞口端30，该风扇可产生一股沿上述前外壳12出来方向的空气流。由此，在交流发电机外壳内造成了紊流，使装在交流发电机外壳内的所有发电机部件得以冷却，尽管外壳13对空气是密封的(除开口端28外)情况亦是这样。另外，因为产生了一股上述那样的空气流，在围绕交流发电机的空气中可能存在的颗粒状脏物就基本上不会被吸进交流发电机外壳内，于是交流发电机外壳中的部件就不会与脏物接触。因此，在交流发电机的重要部件上积累外界颗粒状脏物的机率就减到最小。
为了有助于在该交流发电机外壳内形成一种适当的空气紊流，而又使交流发电机重要部件暴露在颗粒状脏物中的部分减到最小，在该前外壳园筒形壁29上设有许多穿透孔33，在传动轴14正常转动时，外界空气可以进入这些穿透孔33，同时，风扇32通过与风扇面对的前敞口端30，将空气从前外壳抽出。这样既增大了交流发电机外壳内的紊流空气量，又使发电机的重要部件(诸如转子和定子及整流二极管)在颗粒状脏物中暴露的部分减到最小。
该整流二极管20全部安装在由后外壳13构成的内腔27a中。另外，定子19(包括定子的绕组19a)至少有一部分是装在交流发电机后外壳13中，以防止其颗粒状脏物。其次，定子19和转子18是装在前外壳园筒形壁上的穿透孔33和后外壳封闭端27之间(见图2)，且沿着传动轴的轴线17轴向定位。这样就保证了从穿透孔33到前外壳12的前敞口端30的气流通路基本上不受阻碍。因此，这种结构就提供了一个可靠的外界气流的通路，但是，定子和转子及整流二极管并不是直接位于此空气通路中，而由上述的空气通路产生的空气紊流间接加以冷却。采用这种结构，使通过穿透孔33吸进交流发电机外壳内的外界的颗粒随即又通过前敞口端30从交流发电机外壳抽出，所以发电机重要部件并不直接在颗粒状脏物中暴露。
必须注意到，本发明叙述的前外壳和后外壳的外形基本上为园筒形，但并不排斥与实际的园筒形有一定偏差，因为所有大体相似的外形都能以相同的方式运转。当然“大体上的园筒形”的用词也不排除带有外壳的装配结构，如图中所示的后外壳的凸出部分34和前外壳的凸出部分35和36。这些凸出部分丝毫也不影响交流发电机外壳的内部形状。
也必须注意到，该交流发电机前外壳12和后外壳13各包括传动轴的轴承15a和15b，用以支承交流发电机可转动的传动轴。轴承15b装在后外壳封闭端27中，密封垫圈36与后外壳13装在一起，它有效地包裹着交流发电机传动轴的轴承15b，以对在交流发电机传动轴14后面的轴承和后外壳封闭端27进行有效空气密封。由于这样可以防止风扇32在封闭端27的尾部轴承15b处将空气吸入，所以是很重要的。
必须指出，该交流发电机传动轴第三延长段25通过交流发电机后外壳封闭端27轴向延伸出，将后外壳13之内腔27a外边的整流环24装配在上面。正如前面指出的，这些整流环与固定在交流发电机后外壳13上并装在内腔27a外边的电刷23相配合。另外，电压调整器22同样也固定在后外壳13上并装在内腔27a外边，该电压调整器与上述定子和转子电气相连，以根据检测到的交流发电机输出控制交流发电机磁场励磁。
该交流发电机后外壳13以带有一个延伸壁40为佳，该延伸壁在内腔27a外侧基本上形成了一个防护腔41。电刷23、整流环24和电压调整器22均装在此腔中。靠盖板42和密封垫圈43将防护腔41对围绕着发电机的环境空气实行有效的密封，以最大限度地减少颗粒脏物对电刷、整流环和电压调整器的影响。该电压调整器22包括一个电子组件(module)，该组件固定在一块散热板44上，且向板44传导热。散热板44既形成了电压调整器的外壳且也是延伸壁40的一部分，这就形成了防护腔41。电压调整器与电刷组件23一样，也固定在交流发电机后外壳13上。借助穿过该交流发电机后外壳封闭端27的导电连接件45，对电压调整器与定子19和二极管20进行电气连接。这些导电连接件中至少有一个与该交流发电机后外壳封闭端在电气上绝缘，且该连接件以采用金属材料为佳。
对上述的交流发电机结构进行的初步试验表明如果将电压调整器22也装在内腔27a内，尽管有对整流二极管20和转子、定子予以充分冷却的空气，也达不到对电压调整器充分地冷却和散热的目的。因此，为了使电压调整器22的冷却效果得以改善，将该组件设置在后外壳13的内腔27a的外边。另外，为使电压调整器得到足够的冷却，装着电压调整器的电路系统的散热板44是定向安装的，以成为后外壳13构成防护腔41的外露的延伸壁40的一部分。由于电压调整器22设置在内腔27a的外边，所以整流环和电刷也设置在内腔27a的外边，且在同一防护腔内。为了确保这些部件不被颗粒弄脏，用盖板42、密封垫板43和后外壳13的延伸壁40构成防护腔41，从而有效地将空气隔离。
固定板20a和20b用的装配螺钉之一以有一细长的杆身为好，该杆身通过封闭端27中的一个铸孔伸出，并宜用一个端帽使其与27在电气上绝缘。用一个弹簧垫圈和螺母将此螺钉固定就位。在该螺钉头部和垫圈片之间装有一个金属接线片，它将螺钉和二极管端子中的一个进行电气连接，以在外壳11外边提供一个交流相位的抽头信号，与导电连接件45相同。另外，最好在安装电刷23前能将电压调整器22装到后部外壳上。
尽管示出并叙述了本发明的具体实施方案，但技术熟练的人员仍会作出进一步的改动和改进，所有保持其中被公开的及权利所要求的基本原则的改动和改进均属本发明的范围之内。
权利要求
1.一台交流发电机(10)，该交流发电机适合于在包围它的空气中可能含有颗粒脏物的农业和工业建设环境中使用，它包括一个交流发电机外壳(11)，该外壳有连接在一起的前外壳(12)和后外壳(13)；一个交流发电机传动轴(14)、它与外壳(11)装配，并有一个装配在发电机外壳内的第一传动轴段(15)和从该第一轴段轴向延伸的第二传动轴段(16)，第二传动轴段(16)从前外壳(12)向外伸出且至少要超出前外壳(12)，上述传动轴可以围绕着传动轴的轴线(17)相对于该外壳转动；一个转子(18)，它装在第一传动轴上且装在外壳(11)内；一个定子(19)，它装在外壳(11)的内部，用以与转子在电气上耦和在机械上配合；整流二极管(20)，它们被固定在上述外壳上并至少将上述定子和转子(18、19)之一个的交流输出整流，并提供一个反应该整流输出的交流发电机的输出信号。其特征为至少依照该交流发电机的组装，上述后外壳(13)具有一个大体为园筒形的外形，它包括一个与封闭端(27)相连的大体为园筒形的侧壁(26)；还具有一个面向上述前外壳(12)的相对的敞开端(28)，要不是端部(28)敞开，上述后外壳园筒形侧壁(26)与封闭端(27)就形成了一个封闭的内部空腔(27a)；上述后外壳园筒形侧壁(26)与上述传动轴的轴线(17)大体是同轴的；上述前外壳(12)具有一个大体为筒形的外形，它包括一个大体为园筒形侧壁(29)且该侧壁(29)基本上与上述传动轴的轴线(17)同轴。上述前外壳园筒形侧壁在充分敞开的第一和第二敞口端(30、31)处终止，该第一敞口端(31)对着上述后外壳敞开端28，而该第二敞口端(30)则作为与上述交流发电机周围大气相通的窗孔。上述传动轴的第二轴段(16)从上述前外壳(12)向外延伸到该外壳的外边；风扇(32)装在上述传动轴(14)上，且装在上述前外壳(12)的外边，它与传动轴的轴线(17)同轴定位；上述前外壳的第二敞口端(30)面向着上述风扇(32)，在传动轴(14)正常转动时，上述风扇(32)提供沿上述前外壳第二敞口端(30)出来方向的气流。
2.根据权利要求
1的一台交流发电机，其中，上述前外壳园筒形侧壁上有穿透孔(33)，可使围绕上述交流发电机外壳(11)的外界空气进入到外壳(11)中，在上述传动轴(14)正常转动时，上述风扇(18)将通过上述前外壳穿透孔(33)的外界空气从面向风扇的前外壳的第二敞口端(30)处抽出，由此，使交流发电机外壳中的交流发电机的各部件得到冷却，而又使这些部件在外界空气可能存在的颗粒状脏物中的暴露部分减到最少。
3.根据权利要求
2的一台交流发电机，其中，上述定子包括定子绕组(19a)该绕组至少有部分装在上述交流发电机后外壳(13)中，以防止外界空气中颗粒状脏物将这些部件的弄脏。
4.根据权利要求
3的一台交流发电机，其中，上述定子(19)和转子(18)在上述前外壳园筒形壁上的穿透孔(33)和上述后外壳封闭端(27)之间，沿着上述传动轴的轴线(17)轴向地定位，从而，使通过上述交流发电机前外壳的空气通路不受阻碍。
5.根据权利要求
4的一台交流发电机，其中，上述整流二极管(20)全部装在由上述后外壳构成的内腔(27a)中。
6.根据权利要求
2的一台交流发电机，它包括一个电压调整器(22)，该电压调整器固定在后外壳(13)上并被装在上述内腔(27a)的外边。上述电压调整器(22)与定子和转子(18、19)在电气上相连，以根据检测到的交流发电机的输出去控制交流发电机磁场的励磁。
7.根据权利要求
6的一台交流发电机，其中，上述后外壳(13)的封闭端(27)具有延伸壁(40)，它在内腔(27a)的外面构成了一个防护腔(41)，上述电压调整器(22)就装在此防护腔(41)内;用盖板(42、43)使防护腔与围绕交流发电机的外界空气隔离。
8.根据权利要求
7的一台交流发电机，其中，上述电压调整器(22)包括一块电子组件(module)，它被固定在交流发电机后外壳(13)上，此组件有一块导热的金属散热板(44)，它是形成上述防护腔(41)的延伸壁(40)的一部分。
9.根据权利要求
8的一台交流发电机，它在上述电压调整器(22)和上述定子(转子)之间至少包括一个导电连接件(45)，该连接件通过上述后外壳封闭端(27)并在那儿电气上与(27)绝缘。
10.根据权利要求
2的一台交流发电机，其中，上述穿透孔(33)相对于上述传动轴的轴线(17)径向定位。
专利摘要
交流发电机10的外壳11由前部和后部12、13组成。后部13有连到封闭端27的圆筒形侧壁26，前部12有带穿透孔33的圆筒形侧壁29，转子和定子18、19及整流二极管20基本装在外壳11内穿透孔33和封闭端27之间。风扇32将外界冷空气经穿透孔33吸入外壳11内，这样就在外壳内造成冷空气紊流，且使其内的部件在外界空气颗粒状脏物中直接暴露部分减到最少。电压调整器22有一个散热板44，该板构成了外部密封防护腔壁面40、42的一部分。
文档编号H02K19/36GK86103343SQ86103343
公开日1986年12月17日 申请日期1986年5月20日
发明者阿尔弗里德·古斯塔夫·奥克斯, 雷蒙德·埃米尔·诺德布罗克 申请人:莫托罗拉公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan