1.3. Конструкция Автомобильных Генераторов Переменного Тока

Типичным генератором переменного тока с контактными коль­цами является генератор 37.3701 (рис. 1.10), устанавливаемый на автомобилях ВАЗ-2108 и их модификациях. По габаритным, при­соединительным и установочным размерам он взаимозаменяем с генераторами Г221 и Г222, но конструктивно от них отличен. Гене­ратор имеет мощность 750 Вт и рассчитан на номинальное напря­жение 14 В и номинальный ток 55 А. Ресурс не менее 125 000 км пробега автомобиля, масса без шкива 4,4 кг.

Рис. 1.10. Генератор 37.3701

Генератор состоит из статора 11 (рис. 1.10), ротора 10, крышки 14 со стороны привода, крышки 4 со стороны контактных колец с выпрямительным блоком 2 и шкива с вентилятором 17.

Пакет статора набран из пластин электротехнической стали толщиной 1 мм, соединенных при помощи сварки в четырех точках. Трехфазная обмотка 18 статора расположена в пазах полузакрытой формы. Обмотка трехплоскостная, двухслойная, с числом пазов на полюс и фазу, равным 1, q = 1. Фазовые обмотки соединены в двойную «звезду». Число витков в фазе 54. Диаметр провода фазы 0,95 мм, сопротивление фазы в холодном состоянии 0,155 Ом.

Ротор включает в себя вал 9, обмотку возбуждения 12, клювообразные полюсы и контактные кольца 8. Обмотка возбуждения изо­лирована от полюсов пластмассовым каркасом. Концы обмотки возбуждения припаяны к контактным кольцам. Для предотвращения проворачивания и междувиткового замыкания обмотка пропитана лаком, а ротор в сборе для снижения вибрации сбалансирован в двух плоскостях. Обмотка имеет следующие параметры: число вит­ков 420, диаметр медного провода 0,8 мм и сопротивление обмотки в холодном состоянии 2,6 Ом.

Крышки генератора 4 и 14 литые, выполнены из алюминиевого сплава. В крышках установлены шарикоподшипники 5 и 16, причём в канавке крышки со стороны контактных колец для предотвраще­ния проворачивания наружной обоймы шарикоподшипника уста­новлено резиновое кольцо 6. Крышки имеют вентиляционные окна. Со стороны привода крышка имеет стальной болт 13 крепления натяжной планки генератора и армированную стальную втулку в крепежной лапе генератора. В крепежной лапе со стороны кон­тактных колец вставлена резиновая армированная втулка 1, позво­ляющая выбирать осевой зазор при креплении генератора на дви­гателе. На крышке со стороны контактных колец расположены: 1) щет­кодержатель 7 с двумя щетками, конструктивно объединенный с интегральным регулятором напряжения, 2) выпрямительный блок с тремя дополнительными диодами для питания обмотки возбужде­ния; 3) помехоподавительный конденсатор 3 емкостью 2,2 мкФ под­соединенный к генератору с помощью флажкового штекера.

Интегральный регулятор напряжения и конденсатор имеют гер­метичное исполнение. Протяжная вентиляция генератора осущест­вляется центробежным вентилятором 17, насаженным через сег­ментную шпонку 15 на вал ротора.

Электрическая схема генератора 37.3701 показана на рис. 1.11.

Показатели использования материалов генератора 37.3701 улучшены по сравнению с генераторами Г221 (14 В, 590 Вт) и Г222 (14 В, 660 Вт) за счет совершенствования электромагнитной систе­мы и увеличения тока возбуждения, что позволило получить тре­буемое повышение мощности практически без увеличения массы и основных размеров генератора.

Рис 1.11. Электрическая схема генератора 37.3701

Для оценки использования материалов генераторов применяют коэффициент использования (максимальный)

К_max = P_г.mах/G_г, где P_г.mах - максимальная мощность генератора, Вт; G_г - масса ге­нератора (без шкива), кг.

Максимальная мощность генератора переменного тока P_г.mах = U_н /I_г.mах,

где U_н - номинальное выпрям­ленное напряжение (14 или 28 В); I_г.mах - максимальный ток на­грузки генератора.

Учитывая, что масса элек­трических машин зависит не от их мощности, а от момента (т.е. мощности, деленной на частоту вращения), пользо­ваться коэффициентом К_mах можно только для сравнения технического уровня генераторов с одинаковой или близкой частотой вращения. Для более объектив­ной оценки технического уровня генератора с точки зрения исполь­зования материалов применяется удельный коэффициент исполь­зования, учитывающий различную частоту вращения, K_уд = U_нl_рас/(G_гn_max),

где l_рас - расчетный ток, соответствующий 70...75 % от /_r.max; n_рac - час­тота вращения, соответствующая l_рас. Параметры l_рас и n_рac можно определить, проводя из начала координат касательную к токоскоростной характеристике (см. рис. 1.6, б). Точка касания определяет расчетные значения l_рас и n_рac.

На практике в случаях, когда токоскоростная характеристика не­известна и определить значения l_рас и n_рac невозможно, пользуются удельным коэффициентом использования по холостому ходу

K_х = U_нl_г/(G_maxn_x), где n_x - начальная частота вращения при холостом ходе.

Сравнительная оценка генераторов Г221, Г222 и 37.3701 по этим показателям приведена в табл. 1.1.

Генератор 2102.3701 (рис. 1.12) относится к семейству индуктор­ных генераторов и предназначен для установки на автомобилях КамАЗ и «Урал». Генератор представляет собой одноименнополюсную семифазную индукторную машину с односторонним электромаг­нитным возбуждением и встроенным кремниевым выпрямителем

Таблица 1.1

Тип генератора	Кmах, Вт/кг	Куд, Вт . мин/кг.10^-3	Кх, Вт.мин/кг.10^-3
Г221	140	37,0	121,7
Г222	179	51,9	153,0
37.3701	189	58,0	189,0
19.3771	182	57,4	182,0
94.3701	233	66,4	212,1

Рис. 1.12. Генератор 2102.3701

Рис. 1.13. Электрическая схема генератора 2102.3701

Статор 10 имеет 14 зубцов, на которых закреплены катушки 7-фазной обмотки 11. Обмотка - катушечная однослойная, одноплоскостная, имеет по две последовательно соединенные катушки в фазе. Фазы соединены в 7-гольник (рис. 1.13).

Ротор 7 (см. рис. 1.12) представляет собой цилиндрический па­кет с зубцами снаружи (10 зубцов) и цилиндрическими отверстиями внутри. Ротор соединен с приводом консольно с помощью стально­го фланца. Система возбуждения состоит из обмотки возбуждения 5 и внешнезамкнутого магнитопровода, наружная часть которого -магнитопроводящая стальная крышка 6, внутренняя - центральная втулка 2, ось 1, переходная втулка 13.

Магнитопроводящая стальная крышка 6 состоит из трубы с прива­ренным фланцем-звездочкой с секторами для забора воздуха по периферии и центральным отверстием, в котором приварена стальная центральная втулка-магнитопровод 2. Внутри этой втулки проходит ось 1 генератора, а снаружи расположена обмотка возбу­ждения 5. С торца, обращенного к ротору, на центральную втулку насажена переходная втулка 13, поддерживающая обмотку возбуж­дения 5 и входящая во внутреннюю расточку пакета ротора 7. Ука­занные узлы образуют замкнутую магнитную цепь генератора.

Созданный обмоткой возбуждения магнитный поток 4 циркули­рует по пути: пакет статора 10 ; наружная часть стальной крышки 6 ; фланец стальной крышки 6 ; центральная втулка 2 ; переходная втулка 13 ; вспомогательный воздушный зазор 8 ; пакет ротора 7 ; основной воздушный зазор 9 ; пакет статора 10.

При вращении ротора 7 в зубцах статора 10 пульсирует магнит­ный поток 4, вызывая появление ЭДС в катушках обмотки статора, охватывающих зубцы. Фланец 12 пакета ротора 7 соединен сваркой с втулкой 15, на которой с помощью шпонки и гайки укреплен шкив 14 привода генератора и центробежный вентилятор 17. Втулка 15 опирается внутренней расточкой на наружные обоймы подшипни­ков 16, установленных внутренними обоймами на неподвижной оси 1, пропущенной через отверстие в центральной втулке 2 и зафик­сированной от продольного перемещения болтом 3. Расположение подшипников на одной оси и в одном гнезде исключает их перекосы при сборке. Один из подшипников 16 расположен под ручьем шки­ва, что сводит к минимуму радиальную нагрузку и увеличивает срок службы подшипников.

Передняя крышка 18 генератора выполнена в виде кольца с ла­пой, надевается на статор и соединяется с задней крышкой болта­ми, притягивая статор 10 к стальной крышке 6.

Рис. 1.14. Генератор 49.3701 (бесконтнакный генератор с укороченными полюсами)

Максимальная мощность генератора 1680 Вт, ресурс 400 000 км пробега для автомобиля и 16 тыс. мото-ч для гусеничного тягача, масса 14,3 кг.

Представителем семейства бесконтактных генераторов с укоро­ченными полюсами является генератор 49.3701 (рис. 1.14). Ротор генератора состоит из двух клювообразных полюсных половин 4, между которыми размещена втулка 1 с обмоткой возбуждения 3. Полюсные половины и втулка напрессованы на рифленый вал. Об­мотка возбуждения крепится на алюминиевом каркасе 2, который закреплен в канавке посередине статора. Обмотка статора 5 трех­фазная, соединенная «звездой», размещена в равномерно распре­деленных по окружности 18 пазах.

Концы обмотки статора соединены со встроенным в генератор выпрямительным блоком БПВ 4-60-02 б. Блок БПВ 4-60-02 (рис. 1.15) имеет отрицательную сборную шину 1, в которую запрессова­ны три диода 2 типа ВА-20 обратной полярности, и положительную сборную шину 4, в которую запрессованы три диода 3 того же типа, но прямой полярности. Сборные шины электрически полностью изолированы друг от друга и являются токоведущими элементами, одновременно их используют для теплоотвода.

Рис. 1.15. Выпрямительный блок БПВ 4-60-02

В сборных шинах имеются вентиляционные отверстия. Шесть диодов блока соединены между собой и образуют трехфазную двухполупериодную схему выпрямления. В местах соединения разнополярных диодов имеются клеммы для присоединения фазных об­моток генератора.

Трудоемкость технического обслуживания генераторов 49.3701 сведена к минимуму, так как они не нуждаются в замене щеток, за­чистке и проточке контактных колец и в периодической очистке ка­налов щеткодержателя.

На современных легковых автомобилях, у которых объем подка­потного пространства, как правило, ограничен, нашли применение генераторы так называемой компактной конструкции. Главной от­личительной чертой таких генераторов является принципиально другая система вентиляции.

В генераторе обычной конструкции (рис. 1.16, a) воздух засасы­вается через отверстия в крышке со стороны контактных колец, проходит через выпрямительный блок, статор и ротор и, выходя через отверстия в крышке со стороны привода, попадает на лопат­ки вентилятора, откуда подается в разные стороны.

Рис. 1.16. Направление потока охлаждающего воздуха в генераторах

обычной (а) и компактной (б) конструкций: 1 - ротор; 2 - обмотка статора; 3 — вентилятор

Генератор компактной кон­струкции (рис. 1.16, б) засасы­вает воздух через отверстия в обеих крышках двумя уста­новленными на роторе вен­тиляторами, лопатки которых подают воздух на обмотки статора. Охладив статор, воздух выходит наружу через отверстия в цилиндрических поверхностях обеих крышек.

Рис. 1.17. Генератор компактной кон­струкции: 1 - контактные кольца; 2 - ротор; 3 - статор.

Вентиляторы генераторов компактной конструкции имеют меньший диаметр, не­жели традиционные, поэтому для нормального охлаждения требуется большая частота вращения ротора. Это выну­ждает конструкторов использовать передачи с поликлиновыми ремнями, которые способны ра­ботать со шкивами меньшего диаметра, необходимыми для повы­шения передаточного числа. Кроме того, компактные генераторы имеют контактные кольца меньшего диаметра для снижения скоро­сти в точке трения кольца с щеткой. Часто контактные кольца име­ют диаметр, равный диаметру вала ротора, поэтому из конструк­тивных соображений их располагают на валу консольно (рис. 1.17).

Использование генераторов компактной конструкции на автомо­билях, эксплуатирующихся в тяжелых дорожных условиях, нежела­тельно из-за их низкой пылеустойчивости.

Эта проблема решается разработкой бесконтактных (бесщеточ­ных) генераторов имеющих конструкцию ротора, показанную на рис. 1.18.

На вал ротора, являющий­ся также магнитопроводом 1, посажена левая клювообразная полюсная половина 4, а правая выполнена в виде ко­роны 2 и жестко связана с левой посредством кольца из немаг­нитного материала 3.

Рис.1.18. Безобмоточный ротор

Рис.1.19. Генератор Bosch с жидкостным охлаждением: 1 - шкив; 2 - выпрямитель; 3 - регулятор напряжения; 4 ‑ крышка со сто­роны привода; 5 - корпус генератора; 6 - охлаждающая жидкость; 7- ни­ша двигателя; 8 - неподвижная обмотка возбуждения; 9 - магнитопровод; 10 - обмотка статора; 11 - безобмоточный ротор.

Обмотка возбуждения генераторов этого типа распологается на магнитопроводе, закрепленном неподвижно на крышке генератора. Эта кон­струкция находит применение, как в генераторах традиционного испол­нения, так и в компактных генераторах с жидкостным охлаждением.

На рис. 1.19 представлен генератор Bosch с жидкостным охлаж­дением, устанавливаемый на современные автомобили представи­тельского класса. Основным преимуществом генератора этого типа является снижение шума возникающего в традиционных генераторах при прохождении воздуха через вентиляторы с большой скоростью. Генератор располагается в специальной нише, сообщающейся с сис­темой охлаждения двигателя. Клеммы для подключения генератора к бортовой сети располагаются на крышке со стороны привода.

23