Конструкция генераторов.

Рис. 2.3. Ротор автомобильного генератора: а - ротор в сборе, б - полюсная система в разо­бранном виде, 1 и 3 - полюсные половины; 2 - обмотка возбуждения; 4 - контактные коль­ца: 5 – вал.

Отечественные и зарубежные гене­раторы в принципе имеют идентичную конструкцию, в основу которой поло­жена клювообразная полюсная система ротора (рис. 2.3). Такая система позво­ляет создать многополюсную систему с помощью одной катушки возбуждения.

По организации системы охлаждения генераторы можно разделить на два ти­па - традиционной конструкции, с венти­лятором на приводном шкиве (рис. 2.4, а) и компактной конструкции, с двумя вен­тиляторами у торцевых поверхностей полюсных половин ротора (рис. 2.4, б). В первом случае охлаждающий воздух засасывается вентилятором через вен­тиляционные окна в крышке со стороны

контактных колец, во втором - через вентиляционные окна обеих крышек. Ком­пактную конструкцию отличают наличие вентиляционных отверстий на цилиндри­ческих частях крышек и усиленное оребрение. Малый диаметр внутренних венти­ляторов позволяет увеличить частоту вращения ротора генераторов компактной конструкции, поэтому ряд фирм называет их высокоскоростными. Последние годы как в России, так и за рубежом новые разработки генераторов имеют обычно ком­пактную конструкцию. Для автомобилей с высокой температурой воздуха в мотор­ном отсеке или работающих в условиях повышенной запыленности, применяют конструкцию с поступлением забортного воздуха через кожух с патрубком и воз­духовод (рис. 2.4, в).

Рис. 2.4. Схемы движения охлаждающего воздуха в генераторах:

а - генераторы традиционной конструкции; б - генераторы компактной конструкции; в - генераторы для повышенной температуры подкапотного пространства. Стрелками указано направление движе­ния охлаждающего воздуха.

По общей компоновке генераторы разделяются на конструкции, у которых щеточный узел размещен во внутренней полости генератора, и конструкции с раз­мещением его снаружи под специальным пластмассовым кожухом. В последнем случае контактные кольца ротора имеют малый диаметр, т.к. при сборке генера­тора они должны пройти через внутренний диаметр подшипника задней крышки. Уменьшение диаметра колец способствует повышению ресурса работы щеток.

Отечественные генераторы традиционной конструкции в основном выполняют­ся либо с конструктивной преемственностью генераторов автомобилей ВАЗ, либо длительное время применявшихся на автомобилях многих марок генераторов Г250. На рис. 2.5 представлен генератор 37.3701, установленный на автомобили ВАЗ-2108 и др., на рис. 2.6 - генератор 16.3701 автомобилей «Волга», «Газель», а на рис. 2.7 - генератор 581.3701 автомобилей «Москвич». Все генераторы име­ют расположение щеточных и выпрямительных узлов во внутренней полости. У генераторов 37.3701 щеточный узел встроен в регулятор напряжения, у 581.3701, наоборот, регулятор встроен в щеточный узел, а 16.3701 работает с вынесенным регулятором напряжения. Совмещение регулятора со щеточным узлом вообще характерно для мировой практики. У генераторов 371.3701 и 3702.3701 регулятор напряжения 36.3702 в металлостеклянном корпусе установлен на щеточном узле. На рис. 2.8 представлен генератор компактной конструкции фирмы Bosch. Ана­логичную конструкцию имеет генератор 9422.3701 автомобиля ВАЗ-2110 с элек­тронным впрыском топлива, генератор 26.3771 автомобилей ВАЗ и АЗЛК. В этих генераторах щеточный, выпрямительный узлы и регуляторы напряжения закреп­лены на задней крышке под пластмассовым колпаком.

Статор генератора устанавливается между крышками, причем их посадочные места контактируют с наружной поверхностью пакета статора. Чем глубже статор утоплен в крышке, тем меньше вероятность появления перекоса подшипников, установленных в крышках. Некоторые зарубежные фирмы выпускают генерато­ры, у которых статор полностью утоплен в переднюю крышку, существуют конст­рукции, у которых средние листы пакета выступают над остальными и они явля­ются посадочным местом для крышки.

Крепежные лапы и натяжное ухо отливаются заодно с крышками. Отличием генераторов ВАЗ является наличие шпильки вместо натяжного уха. Отечествен­ные генераторы традиционной конструкции имеют двухлапное крепление, кре­пежные лапы выполнены заодно с крышками. Зарубежные генераторы легковых автомобилей крепятся на двигателе обычно за одну лапу, которую имеет перед­няя крышка. Впрочем, однолапное крепление может осуществляться стыковкой приливов обеих крышек. На отечественных генераторах компактной конструкции расширяется применение однолапного крепления. Пакет статора отечественных генераторов набирается из стальных листов толщиной 0,5 - 1 мм. Однако более прогрессивной технологией является навивка пакета из ленты или набор его из стальных подковообразных сегментов, т.к. при этом снижается расход стали. Листы скреплены между собой сваркой.

Генераторы устаревших конструкций имели 18 пазов на статоре под размеще­ние обмотки, в настоящее время практически все генераторы массовых выпус­ков имеют 36 пазов.

Рис. 2.5.Генератор 37.3701:

1 - крышка со стороны контактных колец; 2 - выпрямительный блок; 3 - вентиль (диод) выпрями­тельного блока; 4 - винт крепления выпрямительного блока; 5 - контактное кольцо; 6 - задний шари­коподшипник; 7 – конденсатор; 8 - вал ротора; 9 - вывод «30» генератора; 10 - вывод «61» генера­тора; 11 - вывод регулятора напряжения; 12 - регулятор напряжения; 13 - щетка; 14 - шпилька кре­пления генератора к натяжной планке; 15 - шкив с вентилятором; 16 - полюсной наконечник ротора; 17 - дистанционная втулка; 18 - передний шарикоподшипник; 19 - крышка со стороны привода; 20 - обмотка ротора; 21 – статор; 22 - обмотка статора; 23 - полюсный наконечник ротора; 24 - буферная втулка; 25 – втулка; 26 - подвижная втулка.

Рис. 2.6. Генератор 16.3701:

1 - выпрямительный блок; 2, 13 - подшипники; 3 - крышка подшипника; 4 – кольца; 5 – щетки; 6 – щеткодержатель; 7,11 - клювообразные по­люсные половины; 8 - обмотка статора; 9 - обмотка возбуждения; 10 - втулки ротора; 12 - стопорное кольцо; 14 - упорная втулка; 15 - венти­лятор; 16 – шкив; 17 - гайка крепления шкива; 18 - винт крепления фланца подшипника; 19 - передняя крышка; 20 - сердечник статора; 21 - гайка болта соединения выходов фаз статора с выпрямителем; 22 - задняя крышка; 23 - стяжные винты; 24 - вывод «–»; 25 - болт креп­ления щеткодержателя; 26 – конденсатор; 27 - винт крепления конденсатора; 28 - вывод «+»; 29 - винт крепления крышки подшипника.

Пазы изолированы пленкоэлектрокартоном, полиэтилентерефталатной пленкой или напылением изоляции, обмотки выполняются проводами ПЭТ-200, ПЭТД-180, ПЭТВМ, ПЭСВ-3 и др.

Соединение фаз производится, как правило, в «звезду», однако автоматическая намотка провода большого сечения затруднена, поэтому в генераторах повышенной мощности применяют соединение в «треугольник» или две «звезды» параллельно («двойная звезда»).

После намотки обмотки пропитыва­ются специальным лаком, что повы­шает их механическую и электриче­скую прочность, а также улучшает теплоотвод.

Катушечная обмотка возбуждения имеет сопротивление, которое определяется максимально допустимой величиной тока регулятора напряже­ния, наматывается на каркас или не­посредственно на втулку ротора. По­люсные половины при сборке напрес­совываются на вал ротора под дав­лением, чтобы уменьшить паразитные воздушные зазоры по торцам втулки, ухудшающие характеристики генера­тора. При запрессовке материал по­люсных половин затекает в проточки вала, делая полюсную систему рото­ра трудноразборной. В конструкции, где втулка разделена на две части, выполненные заодно с полюсными половинами, паразитный зазор всего один. Такое исполнение характерно для генераторов Г222, 37.3701.

Рис. 2.7.Генератор 581.3701:

1 - сердечник статора; 2 - задняя крышка; 3 – выпрямитель; 4,19 – подшипники;

5 - крышка подшипника; 6 – кольца; 7 – щетки; 8 - щеткодер­жатель; 9 – кожух;

10 – регулятор; 11 - винт крепления узла регулятора; 12,16 - полюсные половины; 13 - обмотка статора; 14 - обмотка воз­буждения; 15 - втулка ротора; 17 - стопорная втулка; 18 – фланец; 20 – вентилятор; 21 - упорная втулка; 22 – шкив; 23 - гайка шкива; 24 - винт крепления фланца подшипника; 25 - стяжные винты; 26 - штекерный вывод «Ш»; 27 - штекерная колодка вывода фазы обмотки ста­тора; 28 - вывод «+»; 29 - винт крепления конденсатора; 30 – конденсатор.

У генераторов легковых автомобилей значительную проблему составляет магнитный шум генератора. Для уменьшения этого шума клювы полюсной системы имеют небольшие скосы по краям. Некоторые фирмы применяют специ­альное немагнитное противошумовое кольцо, расположенное под острыми краями клювов и приваренное к ним. Кольцо не дает клювам приходить в колебание и излучать звук.

Отечественные генераторы оборудованы цилиндрическими медными кольца­ми, к которым припаяны или приварены концы обмотки возбуждения. В мировой практике встречаются кольца из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно во влажной среде. Встречаются также кольца, расположенные по торцу вала.

Рис. 2.8.Генератор компактной конструкции фирмы Bosch:

1,8- крышки; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - регулятор напряжения; 5 - контактные кольца; 6 - вы­прямитель; 7,9- вентиляторы.

Щеточный узел - это пластмассовая деталь, в которой установлены щетки двух типов - меднографитные и электрографитные. В отечественных генераторах при­меняются электрографитные щетки ЭГ51 А размером 5х8х18мм (генераторы Г222, 37.3701 и др) и меднографитные М1 размером 6х6,5х13мм (генераторы 16.3701, 58.3701 и др). Электрографитные щетки имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцами, что неблагоприятно сказывается на выходных характери­стиках генератора, но они обеспечивают меньший износ колец.

Выпрямительные узлы, применяющиеся на автомобильных генераторах, раз­деляются на два типа: первый тип представляет собой пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются или к которым припаиваются диоды, а как вариант в которых загерметизированы кремниевые переходы, второй – это сильно оребренные конструкции, к которым припаиваются диоды таблеточного типа.

Типичный отечественный выпрямительный блок БПВ11-60 генератора 37.3701, блоки генераторов фирм Bosch (Германия), Nippon Denso (Япония), относящиеся к первому типу, а также блок генераторов фирмы Magneti Marelli (Италия) второго типа вместе с применяющимися на них диодами изображены на рис. 2.9.

Выпрямительные блоки отечественных генераторов используют диоды Д104-20, Д104-25 и Д104-35, рассчитанные, соответственно, на максималь­но допустимые токи 20, 25 и 35 А или их аналоги, имеющие такие же размеры и характеристики, а также, в последних конструкциях, силовые стабилитро­ны. Стабилитроны применяются в основном там, где на генераторы установ­лены регуляторы с микросхемой на монокристалле кремния или с использо­ванием полевых транзисторов.

Диоды и стабилитроны выполняются в корпусе диаметром 12,77 мм, в модификациях с анодом или катодом на корпусе, для запрессовки соответст­венно в отрицательный или положительный теплоотводы. В трехфазных ге­нераторах максимальный ток генератора не должен превышать утроенную величину максимально допустимого тока через диод, установленный в вы­прямителе. Если это происходит, применяют параллельное включение дио­дов или выпрямителей. В дополнительном выпрямителе устанавливаются диоды на ток 2 А.

Подшипниковые узлы генераторов - это, как правило, радиальные шарико­вые подшипники со встроенными в подшипник уплотнениями и одноразовой закладкой смазки.

Посадка шариковых подшипников со стороны контактных колец на вал плотная, в крышку - скользящая, со стороны привода, наоборот, плотная посадка в крышку и скользящая на вал. Такая посадка оставляет возмож­ность проворота наружной обоймы подшипника со стороны контактных ко­лец в гнезде с последующим выходом его из строя. Для предотвращения проворота применяют резиновые кольца в посадочном месте (Г221А, Г222, 37.3701), пластмассовые стаканчики (94.3701), гофрированные стальные пружины и т.п. Набор марок подшипников, применяющихся в отечественных генераторах, невелик: 6-180605К1С9, 6-0603К2С9Ш1, 6-180503К2С9Ш, 0-180502К1С9Ш, 6-1180304КС9Ш1, 6-180302У1С9, 6-180201 У1С9. В них заложена смазка ЛЗ-31М.

Привод генератора осуществляется клиновым или поликлиновым ремнем через шкив, установленный на валу ротора. Качество обеспечения питанием потребителей, в том числе заряд аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев шкивов коленчатого вала двигателя и генератора. Чем больше это число, тем больший ток может отдать потребителям генератор. Однако при больших пе­редаточных числах происходит ускоренный износ ремня. Поэтому для клино­видных ремней это число не превышает 2,5 (у автомобилей ВАЗ- 2,04; «Вол­га» ГАЗ-31029 - 2,4; «Москвич» - 1,7; ЗИЛ-431410 - 1,82).

Более высокое передаточное число (до 3) возможно у поликлиновых ремней, применение которых расширяется вместе с генераторами компактной конструкции. Поликлиновой ремень способен, кроме генератора, приводить во вращение еще ряд агрегатов, в то время как клиновой ремень надежно работает лишь при индивидуальном приводе. На генераторах с диаметром вала под установку шкива до 17 мм (17 мм - наиболее распространенный в мире диаметр под шкив генераторов легковых автомобилей) шпонка под шкив обычно не устанавливается. Об отсутствии шпонки видно по шести­угольной выдавке в торце вала, за которую ключом удерживают вал при за­тяжке гайки шкива.