Конструктивне виконання автомобільних генераторів

Генератори класичної конструкції

Класична конструкція автомобільного генератора характеризується великим зовнішнім вентилятором, що забезпечує однопоточну осьову вентиляцію.

Оскільки випрямляч, регулятор і система щіток та колекторних кілець розташовуються всередині торцевого щита, то вал усередині колекторних кілець повинен бути відносно товстим, щоб передавати сили ременного приводу на зовнішній шарикопідшипник. Тому колекторні кільця мають більший діаметр, що обмежує термін служби щіток.

Подвійний генератор

Подвійний генератор складається з двох електрично і механічно пов'язаних загальним корпусом класичних генераторів.

Електричне перемикання двох статорів та двох систем збудження представлено на рисунку нижче.

Подвійний генератор використовується в автобусах, які внаслідок зростаючих потреб до комфорту висувають великі вимоги до потужності генератора.

Компактні генератори

Генератори сучасних легкових автомобілів охолоджуються двопотоковою вентиляцією, що забезпечується двома внутрішніми вентиляторами. Охолоджуючий потік направляється з навколишнього повітря вздовж осі і виходить з генератора радіально поблизу лобових частин статорних обмоток через щілини в підшипникових щитках з боку приводу і з боку контактних кілець.

Основні переваги генератора компактної конструкції:

• високий рівень використання завдяки високій максимальній частоті обертання;

• низький рівень аеродинамічних шумів завдяки невеликому діаметру вентиляторів;

• низький рівень магнітного шуму;

• великий термін служби щіток через менший розмір діаметра контактних кілець.

Безщіткові генератори

Є варіацією конструкції дзьобо-полюсного пристрою, в якому обертаються тільки дзьобоподібні полюси, тоді як обмотка збудження залишається нерухомою. Одна з полюсних половин утримується навпроти іншої полюсної половини у вигляді немагнітного кільця. Магнітний потік, крім нормального робочого зазору, повинен перетинати два додаткові повітряні зазори. За допомогою цієї конструкції випрямляч подає струм в обмотку збудження безпосередньо через регулятор напруги, тому контактні кільця та щітки не потрібні.

Така конструкція дозволяє уникнути зношування, характерного для генераторів з контактними кільцями, дозволяючи підвищити термін служби. Недоліком безщіткових генераторів є дещо більша маса та технологічна складність конструкції.

У генераторах з укороченими полюсами безконтактність досягається за рахунок нерухомого кріплення обмотки збудження за допомогою немагнітної обойми. Полюси клювоподібної форми мають довжину менше половини довжини активної частини ротора. У процесі обертання ротора магнітний потік збудження перетинає витки статора обмотки, індукуючи в них ЕРС. Ці генератори прості за конструкцією, технологічні. Ротори мають мале розсіювання. До недоліків можна віднести дещо більшу, ніж у контактних генераторів, масу за тієї ж потужності. Також слід зазначити труднощі кріплення обмотки збудження та забезпечення жорсткості та механічної міцності її кріплення.

Індукторний генератор є безщітковим генератором з нерухомою обмоткою збудження, ротор якого є сталевою багатопроменевою зірочкою на валу. Обмотка збудження закріплена у сталевій кришці. Магнітний потік, що проходить із ротора в статор через зубці зірочки ротора, великий, а в проміжках між зубцями (по повітрю) малий. При обертанні ротора навпроти котушок обмоток фаз статора послідовно виявляються то зубці, то западини ротора. Магнітний потік, що їх пронизує, змінюється за величиною, і в котушках з'являється змінна напруга. Для збільшення ступеня зміни магнітного потоку і, отже, підвищення потужності генератора у западинах зірочки ротора закріплені постійні магніти.

Сердечник статора генератора має пази, в яких розташовані котушки статора обмотки, закріплені там пазовими клинами. Котушки фаз з'єднані між собою послідовно, а фази - в «трикутник» або, при п'ятифазної конструкції, «п'ятикутник». Сердечник статора затиснутий між двома кришками: задньою, виконаною з алюмінієвого сплаву, і передньою. Передня кришка сталева, оскільки вона є магнітопроводом (проводить магнітний потік, утворений нерухомою обмоткою збудження, розташованої на втулці індуктора генератора). Індуктор притиснутий фланцем до торця передньої кришки.

На вал ротора генератора надіті втулка, яку через додатковий повітряний зазор проходить магнітний потік з втулки індуктора; зірочка пакета ротора з шістьма зубцями, набрана із сталевих листів; алюмінієвий фланець, у виступах якого, розташованих між зубцями пакета ротора, залиті постійні магніти. Ці магніти, крім підвищення потужності генератора, забезпечують надійне його збудження, тобто можливість роботи генератора при відключеній акумуляторній батареї.

Підшипниковий щит генератора виконаний із алюмінієвого сплаву. Задня кришка стягнута з ним шпильками. Випрямний блок розташований у внутрішній порожнині задньої кришки та закріплений на ній трьома ізольованими болтами. Блок регулятора напруги, що містить інтегральний регулятор напруги та підлаштований резистор, розташований на зовнішній поверхні задньої кришки та закритий пластмасовим кожухом.

У безщіткових генераторах для розширення діапазону швидкісного режиму крім основної обмотки збудження застосовують зустрічно їй включену обмотку, що розмагнічує. Таке рішення дозволяє використовувати безщіткові генератори на легкових автомобілях.

Генератори змінного струму із збудженням від постійних магнітів використовуються на мотоциклах. Зовнішній ротор із кількома парами постійних магнітів завдяки більшому моменту інерції виконує функцію маховика у невеликих двигунах. У цьому виконанні ротор постійних магнітів наводиться колінчастим валом. У нерухомій трифазній обмотці статора виробляється трифазний струм. Він випрямляється в електронному блоці, причому напруга обмежується значенням 14В.

Якщо досягається напруга, обмежена регулятором, електронний регулятор запускає тиристори, чим замикає виводи фаз обмотки статора на масу, і напруга генератора зменшується.

Безобмотковий ротор також використовується в генераторах з рідинним охолодженням. Рідинне охолодження генераторів застосовують для забезпечення швидкого прогріву холодного двигуна після запуску та зниження викидів вуглеводнів у відпрацьованих газах. У сорочку генератора через патрубки надходить охолоджувальна рідина із системи охолодження двигуна. Особливістю такого генератора є конструкція кріплення дзьобоподібних половин магнітної системи ротора, які зварені між собою за допомогою внутрішнього немагнітного кільця. Вал ротора має складну конфігурацію, так як у цій конструкції генератора необхідно забезпечити магнітний зв'язок ротора та нерухомої обмотки збудження. У принципі робота цього генератора аналогічна роботі щіткового генератора. Електронні компоненти монтуються на передній кришці, що знаходиться з боку приводу.

Переваги рідинного охолодження:

• знижена шумність завдяки відсутності вентилятора;

• відсутність вібрацій завдяки високій жорсткості закритого корпусу генератора;

• знижені витрати потужності на привід завдяки відсутності вентилятора та підвищення ККД;

• утилізація тепла, що повертається до системи охолодження двигуна в процесі його прогріву;

• висока віддача потужності завдяки ефективному охолодженню на всіх швидкісних режимах;

• незалежність теплового стану від температури навколишнього повітря.

Генератори з явно вираженими полюсами

Генератори цієї конструкції вирізняються високою продуктивністю навіть при низьких обертах. Вони використовуються в поєднанні з великими дизельними двигунами, які працюють у відносно невеликому діапазоні обертів 500-2500 об/хв, наприклад, в автобусах міського транспорту.

Ротор має окремі магнітні поля з обмоткою збудження для кожного поля. Даний тип конструкції дозволяє отримати більш довгий статор (у перерахунку на діаметр) порівняно з генератором з дзьобоподібним ротором. Внаслідок цього за такого ж діаметра можна отримати більш високу потужність. Досяжна максимальна частота обертання скорочується порівняно з клювоподібним типом конструкції, так як обмотка ротора не так добре захищена від відцентрових сил, як у генераторах з клювоподібним ротором.

Внаслідок значно вищого струму збудження – порівняно з генератором з клювоподібним ротором – втрати в регуляторі також високі. Тому регулятор встановлюється в окремому корпусі далеко від генератора, де він може краще охолоджуватися.

Генератор із самозбудженням

Необхідне збудження створюється та контролюється електронним контролером у нерухомій обмотці збуджуючого пристрою. Трифазна обмотка його обертової частини генерує вже відрегульовану електричну напругу. Вона прямує через діоди, розташовані в роторі, і подається в котушку збудження основного ротора з дзьобоподібними полюсами.

Напруга, що виникає в основній трифазній обмотці статора використовується для живлення споживачів і заряду акумуляторної батареї.

Стартер-генератор

Стартер-генератори з ремінним приводом, розраховані на напругу 48 В, мають потужність до 7 кВт в генераторному режимі та до 13 кВт - в стартерному, розвиваючи при цьому крутний момент до 160 Нм.

За конструкцією це можуть бути як синхронні машини з клювоподібними полюсами, що відрізняються лише підвищеною напругою, так і асинхронні з короткозамкненим ротором.

Стартер-генератори останнім часом знаходять все більше застосування на автомобілях.