(57)【要約】発電機とピストン内燃エンジンとを同時に冷却するための冷却装置を備えた、特に同期発電機とディーゼルエンジンとからなる発電機ならびに駆動要素としてのピストン内燃エンジンからなる発電ユニットにおいて、羽根（４）の放射方向外側領域内の少なくとも１つの第１の貫通口（４９）と羽根（４）の放射方向内側領域内の少なくとも１つの第２の貫通口（５０）とを有し冷却気流（Ｌ）をエンジン側で軸方向に吸気して放射方向に送出するファンホイール（２）を備え、冷却気流（Ｌ）の小部分（Ｓ２）（“発電機冷却気流”）を第１の外側の貫通口（４９）を介して発電機のエンジン側のみに送風して第２の内側の貫通口（５０）を通じて再び送出し、冷却気流（Ｌ）の大部分（Ｓ１）（“エンジン冷却気流”）はピストン内燃エンジンに供給する。
2005530946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根（４）の放射方向外側領域内の少なくとも１つの第１の貫通口（４９）と羽根（４）の放射方向内側領域内の少なくとも１つの第２の貫通口（５０）とを有し冷却気流（Ｌ）をエンジン側で軸方向に吸気して放射方向に送出するファンホイール（２）を備え、冷却気流（Ｌ）の小部分（Ｓ２）（“発電機冷却気流”）を第１の外側の貫通口（４９）を介して発電機のエンジン側のみに送風して第２の内側の貫通口（５０）を通じて再び送出し、冷却気流（Ｌ）の大部分（Ｓ１）（“エンジン冷却気流”）はピストン内燃エンジンに供給する、発電機とピストン内燃エンジンとを同時に冷却するための冷却装置を備えた、特に同期発電機とディーゼルエンジンとからなる発電機ならびに駆動要素としてのピストン内燃エンジンからなる発電ユニット。
【請求項２】
外側の貫通口（４９）は円形のスリットであることを特徴とする請求項１記載の発電ユニット。
【請求項３】
円形のスリットは２ないし５ｍｍ、特に３ｍｍの開口幅を有することを特徴とする請求項２記載の発電ユニット。
【請求項４】
内側の貫通口（５０）はファンホイールの円形の切抜きの形状であることを特徴とする請求項１記載の発電ユニット。
【請求項５】
２０ないし５０ｍｍの範囲、特に３０ｍｍの直径を有する円形の切抜きを備えることを特徴とする請求項４記載の発電ユニット。
【請求項６】
外側の貫通口（４９）の断面積と内側の貫通口（５０）の断面積が等しいことを特徴とする請求項１記載の発電ユニット。
【請求項７】
発電機冷却気流（Ｓ２）は全冷却気流（Ｌ）の少なくとも５％かつ最大１０％となることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
発電機冷却気流（Ｓ２）の通流方向は発電機内への進入の前に転向されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
発電機冷却気流の通流方向は約９０°の角度で転向されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
発電機は少なくとも６号のＤＩＮ４００５０（クラスＩＰ１）に準拠した接触および耐異物保護性能を有することを特徴とする請求項１記載の発電ユニット。
【請求項１１】
発電機は少なくとも４号のＤＩＮ４００５０（クラスＩＰ２）に準拠した耐水保護性能を有することを特徴とする請求項１記載の発電ユニット。
【請求項１２】
機械的負荷に関して発電機が少なくとも３号のＤＩＮ４００５０（クラスＩＰ３）の保護性能を有することを特徴とする請求項１記載の発電ユニット。
【請求項１３】
発電機は少なくとも９０％の効率を有することを特徴とする請求項１記載の発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、発電ユニットの発電機とその駆動用のピストン内燃エンジンとを同時冷却するための装置に関する。
【０００２】
この種の冷却装置は知られており、例えば欧州特許出願公開第１０５４１４４Ａ２号公報には、発電機とエンジンとを同時冷却するための主ファンホイールを備えこれはエンジンによって駆動される発電機のロータと連動して駆動される、エンジンおよび発電機ユニットが記載されている。主ファンホイールの回転によって新鮮な冷却気流が発電機ケース部材内に設けられた孔あるいはスリット形状の開口部を介して吸入され、発電機を冷却するために発電機流路にまたエンジンを冷却するためにエンジン冷却流路に送風される。主ファンホイールの他に補助ファンホイールが設けられており、これによって発電機ケース部材の別の開口部を通じて特に固定子および巻線を冷却するための冷却気流が吸引される。補助ファンホイールを介して吸引された冷却気流は主ファンホイールによって吸引された冷却気流と混合されエンジンを冷却するためにこれに送風される。
【０００３】
加えて、本出願人によるドイツ国特許出願公開第１００１０２４８Ａ１号公報にも、駆動エンジンと発電機のユニットからなる発電装置の冷却装置が記載されている。この装置において、駆動エンジンと発電機を同時に冷却するためにファンホイールが作用する。このファンホイールは駆動エンジンのクランク軸によって操作され、これによって新鮮な冷却気流がそのために設けられた発電機ケース部材の開口部を介して吸引される。この冷却気流は発電機を冷却するために発電機内部を通過し、その後駆動エンジンを冷却するためにこれに付加される。
【０００４】
従来から知られている冷却装置によって一定の冷却効果が達成されるにもかかわらず、発電機ケース部材を介して冷却気流を吸引するために、この発電機ケース部材に冷却気流のための相当に大きな開口部を設ける必要があることは問題であった。このことは、通常と同様に発電機と駆動エンジンに対する全冷却気流が発電機ケース部材を介して吸引される場合さらに著しいものとなり、それは駆動エンジンには発電機と比べて１０ないし２０倍高い冷却作用をもたらす必要があるためである。
【０００５】
例えばＤＩＮ（ドイツ規格協会）４００５０規格の電気装置の高い保護特性を達成する必要がありそのため発電ユニットが発電機側において外側に向かって殆ど遮蔽されている必要がある場合、大きな通気開口部のためこれを限定的にしか達成できない。そのため従来は技術的に高度でコストのかかる処置を施す必要があった。従って、この発電機に本来の発電機ケース部材の他に機械的に強度があり水および粉塵に対して耐久性のある保護被覆を設けることが考えられる。発電機を冷却するために保護被覆に対して外側から冷媒が通流するが、これには発電機から保護被覆へ充分な熱伝導が行われることが前提となる。加えて、追加的に適宜に保全された発電機のケーブル設置を考慮する必要がある。これに関連した技術的な問題点および高いコストに加えて、この種の解決方式は大きな設置面積を必要とし、これによって多くの場合において克服不可能な障害がもたらされる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、従来の技術において知られている発電機とピストン内燃エンジンを同時に冷却する装置の問題点を解決することである。この課題は、独立請求項によって示された特徴からなる本発明の提案によって解決される。本発明の好適追加構成が従属請求項により示されている。
【０００７】
本発明によれば、羽根の放射方向外側領域内の少なくとも１つの第１の貫通口と羽根の放射方向内側領域内の少なくとも１つの第２の貫通口とを備え冷却気流を軸方向に吸気して放射方向に送出するファンホイールによって冷却気流の小部分（“発電機冷却気流”）を第１の外側の貫通口を介して発電機のエンジン側のみに送風して第２の内側の貫通口を通じて再び送出し、冷却気流の大部分（“エンジン冷却気流”）はファンホイールによってピストン内燃エンジンに供給する、発電機とピストン内燃エンジンとを同時に冷却するための冷却装置を備えた、特に同期発電機とディーゼルエンジンとからなる発電機ならびに駆動要素としてのピストン内燃エンジンからなる発電ユニットを提供する。
【０００８】
第２の内側の貫通口はファンホイールの冷却気流の吸引部分上に配置されているため（ファンホイールは主にその軸中央部で冷却気流を吸引する）、そこにおける吸引効果によって発電機冷却気流が発電機から吸引される。全体として発電機内において、ファンホイールから放射方向に通流する発電機冷却気流が第１の外側の貫通口を通じて発電機に供給されるとともにファンホイールの第２の内側の貫通口を介して再び発電機室から送出される発電機冷却気流が形成される。ファンホイールの第２の内側の貫通口を介して通流する発電機冷却気流はその後ファンホイールによって吸引された新鮮な冷却気流と混合され、僅かに加温された冷却気流の小部分が発電機に大部分が駆動エンジンに供給される。
【０００９】
発電機冷却気流が発電機内に流入するための第１の外側の貫通口は円形スリットの形状を有することが好適である。このスリットは例えば２ないし５ｍｍ、特に約３ｍｍの貫通口を有することができる。円形状のスリットを介して発電機内に流入する発電機冷却気流はファンホイールの第２の内側の貫通口を介して再び発電機室から吸引される。第２の内側の貫通口はファンホイールの円形状の切抜き部から形成することが好適である。この切抜き部は５ないし７個有り、２０ないし５０ｍｍ、特に３０ｍｍの直径を有することが好適である。ここで、切抜きを切削することによって常にファンホイールの機械的な虚弱性が生じることが重要であり、従ってファンホイールは発生する機械的応力に応じて極限られた数の貫通口を備えるべきであり、これはそうでない場合その領域におけるファンホイールの壁厚を増大することが必要となるためである。
【００１０】
従来の冷却装置と異なって、ファンホイールによって吸引される冷却気流全体を発電機の冷却のために使用することが省略され、それどころかより少ない冷却力のみを必要とする発電機の冷却のために吸引された冷却気流の小部分のみが発電機室内に分流される。
【００１１】
一般的に著しく高い駆動エンジンの排熱のため、発電機によって暖められた冷却気流を駆動エンジンの冷却のために使用することができる。本発明に係る発電ユニットの発電機は、通常７５ないし８５％の効率を有する従来の発電機と異なって少なくとも９０％の効率を有することが好適である。既に発電機によって加温された冷却気流はエンジンを冷却するために常にファンホイールによって新たに吸引された冷却気流と混合され、従って駆動エンジンの充分な排熱がいずれの場合も保証される。
【００１２】
第１の外側の貫通口の直径と第２の内側の貫通口の直径は必要な冷却能力に応じて設定するべきである。発電機排熱がより大きいとより大量の発電機冷却気流を供給することが必要となり、またその逆も成立する。
【００１３】
発電機冷却気流が略均一な流速で発電機内に流入しそこから流出することを保持するために、第一の貫通口の断面積と第２の貫通口の断面積とが実質的に同一であることが好適である。
【００１４】
特に好適な方式において、本発明に係る発電ユニットは発電機ケース部材内に通気開口部を備えていないことが好適であり、従って発電機側が気密、特に粉塵および水に対して気密に形成される。従来の技術によって知られている粉塵および水に対して気密性を保持する処置と異なって、この保護は場所を節約するとともに高価な技術を使用することなく低コストに実施することができる。この際、発電機が少なくとも６号のＤＩＮ４００５０（クラスＩＰ１）に準拠した接触および耐異物保護性能を有することが好適である。加えて、発電機が少なくとも４号のＤＩＮ４００５０（クラスＩＰ２）に準拠した耐水保護性能を有することが好適である。機械的負荷に関して、発電機が少なくとも３号のＤＩＮ４００５０（クラスＩＰ３）の保護性能を有することが好適である。しかしながら、発電機ケース部材の機械的対負荷強度は主に材料に依存し従って当業者の任意選択によるものであることが判明している。
【００１５】
本発明に係る装置の特に好適な実施形態によれば、一般的に駆動エンジンに比べてはるかに小さい冷却効果を必要とする発電機にはファンホイールによって送出された冷却気流のうちの少なくとも５％ないし最大でも１０％が発電機冷却気流として供給される。
【００１６】
好適な方式によって発電機冷却気流の発電機内への流入が偏向し、これによって、発電機冷却気流が発電機内に進入する前に、冷却気流とともに吸引された固形および液体の汚染がその慣性力のために冷却気流誘導路の壁部に付着する。これによって、簡便な方式で冷却気流の浄化が行われ、そうでない場合はフィルタシステム等の技術的に複雑で高価な処置を施す必要が生じる。
【００１７】
次に、本発明の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１８】
図１に示された電力を生成する電気機械は、駆動エンジンと同期発電機とからなるユニットである。駆動エンジンとしては特にディーゼルエンジンが好適であり、そのうちのそのクランク軸１の接続側端部のみが点線で示されている。
【００１９】
クランク軸１の前端側にはファンホイール２がネジ３によって固定されている。ファンホイール２は羽根４を備えており、これによって矢印Ｓ１のエンジン冷却のための気流または矢印Ｓ２の発電機冷却のための気流を形成するために矢印Ｌに従って冷却気流が軸方向に吸引されるとともに放射方向に送出される。冷却気流Ｓ２は図１内に示されたスリット形状（図１の左向きの矢印Ｓ２参照）の第１の外側貫通口４９を介して発電機室内に誘導される。発電機室内に誘導された冷却気流Ｓ２は、ファンホイール２の羽根４の放射方向内側に配置された貫通口５０（図１の右向き矢印Ｓ２参照）を介してそこに存在するファンホイール２の吸引力によって発電機室から吸引される。
【００２０】
発電機室内において、可能性のある通気路の通流抵抗に相関して複数の冷却気流を形成することができる。図示された実施例において、実質的に２つの異なった冷却気流が形成され、それらは、エンジン側の巻線ヘッドの固定子巻線を冷却するスリット４９と貫通孔５０との間のより短い通気路と、発電機冷却気流が固定子巻線２８をその空間的伸張全体にわたって冷却するより長い通気路である。使用される巻線材料の良好な熱伝導率のため、発電機室内の異なった発電機冷却気流の相対的流量比はそれ程重要でない。
【００２１】
図示された実施例において、発電機冷却気流の発電機室内への進入方向は略ファンホイール２の半径方向に対して略垂直になっている。これによって冷却気流と共に搬送された固形および液状の汚染物がその慣性力のために発電機冷却気流から除去されることが保証される。
【００２２】
スリット４９の開口幅は約３ｍｍとなる。ファンホイール２内には約３０ｍｍの直径を有する６個の貫通開口部５０が穿設されている。スリット４９の断面積は、６個の貫通開口部５０の断面積の和に略等しくなるように設定され、これによって発電機冷却気流の均等な流入および流出が保証される。
【００２３】
スリット４９の開口幅によって発電機室内に分流する発電機冷却気流の比率を調節することができる。実施例に示された発電機の一般的に９０％を超える極めて良好な効率のため、ファンホイール２によって吸引された冷却気流Ｌの約５ないし１０％を発電機冷却気流として発電機に供給すれば充分である。
【００２４】
エンジン側の接続ケース部材５はファンホイール２が設けられている空間を半径方向外側に向かって被包しており；これはエンジンに向かって開口しているとともにその反対側にシリンダ形状の発電機ケース部材８を接続するための固定ネジ７をねじ込むためのネジ切り孔部を有するリングフランジ６を備えており、ここで発電機ケース部材８は両方の端面が平面状に固定されている。固定ネジ７は発電機ケース部材８の内面上に周囲に沿って分配して配置されケース部材の全長にわたってこれを固定している。図において発電機ケース部材８の左端に発電機ケース部材蓋部９が設けられており、その上に発電機の固定子１１が取り付けられている。固定ネジ７のシャフトは孔部を介して発電機ケース部材蓋部９内に貫通している。
【００２５】
本実施例においては周囲上に８本の固定ネジ７が配分されているが、固定子を取り付けるためには６本の固定子ネジ１７で充分であり、それらは固定子１１の金板箱材を貫通し間隔保持スリーブ２０を介してねじ付けられている。固定子１１は発電機の渦流巻線２８の巻線棒を収容している。
【００２６】
固定子１１は回転子２９によって囲まれており、これも同様に金板箱材から形成され、これは固定ネジ３０によって組み立て固定され、これはエンジン側ネジ端部３１によってファンホイール２の所定のネジ孔内にねじ付けられている。ファンホイールとこれに向いている回転子２９の側の間には固定ネジ３０上に推動された支持被覆３２が固定されている。これによって回転子２９が回転ずれしないようにファンホイール２に結合されている。これは、その内側周囲面上に約２ｍｍの幅の狭い空隙３３を固定子１１の向かいに形成している。さらに、回転子２９は２つの分節の間で略円形に軸方向に貫通する袋部を備えており、その中に両側から磁石要素３５が挿入されていて、これは発電機の励磁の作用を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】エンジン／発電機ユニットを示した軸方向断面図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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