Рис.7. Статор генератора: 1 - сердечник (пакет статора), 2 - обмотка. 3 - пазовый клин, 4 - паз, 5 - выводы для соединения с выпрямителем

Статор генератора (рис.7) набирается из стальных листов толщиной 0,8...1 мм, но чаще выполняется навивкой "на ребро". Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность. При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности. Необходимость экономии металла привела и к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда. В пазах располагается обмотка статора, выполняемая по схемам (рис.8) в виде петлевой распределенной (рис.8,а) или волновой сосредоточенной (рис.8,б), волновой распределенной (рис.8,в) обмоток. Петлевая обмотка отличается тем что ее секции (или полусекции) выполнены в виде катушек с лобовыми соединениями по обоим сторонам пакета статора напротив друг друга. Волновая обмотка действительно напоминает волну, т. к. ее лобовые соединения между сторонами секции (или полусекции) расположены поочередно то с одной, то с другой стороны пакета статора. У распределенной обмотки секция разбивается на две полусекции, исходящие из одного паза, причем одна полусекция исходит влево, другая направо. Расстояние между сторонами секции (или полусекции) каждой обмотки фазы составляет 3 пазовых деления, т. е. если одна сторона секции лежит в пазу, условно принятом за первый, то вторая сторона укладывается в четвертый паз. Обмотка закрепляется в пазу пазовым клином из изоляционного материала. Обязательной является пропитка статора лаком после укладки обмотки.

Рис.8. Схемы обмотки статора автомобильных генераторов:

а - петлевая распределенная,

б - волновая сосредоточенная,

в - волновая распределенная.

Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора (рис.9). Она содержит две полюсные половины с выступами -- полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы - полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса. Если полюсные половины имеют полувтулки, то обмотка возбуждения предварительно наматывается на каркас и устанавливается при напрессовке полюсных половин так, что полувтулки входят внутрь каркаса. Торцевые щечки каркаса имеют выступы-фиксаторы, входящие в межполюсные промежутки на торцах полюсных половин и препятствующие провороту каркаса на втулке. Напрессовка полюсных половин на вал сопровождается их зачеканкой, что уменьшает воздушные зазоры между втулкой и полюсными половинами или полувтулками, и положительно сказывается на выходных характеристиках генератора. При зачеканке металл затекает в проточки вала, что затрудняет перемотку обмотки возбуждения при ее перегорании или обрыве, т. к. полюсная система ротора становится трудноразборной. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума.

Рис.9. Ротор автомобильного генератора: а - в сборе; б - полюсная система в разобранном виде; 1, 3 - полюсные половины; 2 - обмотка возбуждения: 4 - контактные кольца; 5 - вал

После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно-контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т. к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактныхколец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.

Рис. 10. Регуляторы напряжения фирмы Bosch различного исполнения. а - на дискретных элементах; б - гибридный монтаж: в - схема на монокристалле кремния. 1 - силовой выходной каскад, 2 - схема управления

Рис. 11. Система охлаждения генераторов: а - генераторы обычной конструкции, б - генераторы для повышенной температуры подкапотного пространства, в - генераторы компактной конструкции. Стрелками указано направление потоков охлаждающего воэдуха

Щеточный узел - это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты. В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов -- меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.

Выпрямительные узлы применяются двух типов - либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы или в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластин - теплоотводов, соединенных с "массой" и выводом "+" генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.

Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами. Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец -обычно плотная, со стороны привода - скользящая, в посадочное место крышки наоборот - со стороны контактных колеи - скользящая, со стороны привода - плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства - резиновые кольца, пластмассовые стаканчики, гофрированные стальные пружины и т. п.

Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами - диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле. На рис. 10 изображено развитие регуляторов напряжения фирмы Bosch, включающие в себя все перечисленные конструкции. Гибридные регуляторы напряжения и регуляторы напряжения на монокристалле ни разборке, ни ремонту не подлежат.

Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (рис. 11 ,а) воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец. У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места - к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом (рис. II,б), закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов "компактной" конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.

Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.

2.5 Бесщеточные генераторы

Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т. п. Повышенная наде-жйость этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Недостатком генераторов этого типа являются увеличенные габариты и масса. Бесщеточные генераторы выполняются с максимальным использованием конструктивной преемственности со щеточными. Наиболее распространена конструкция, бесщеточного автомобильного генератора, представленная на рис. 12. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Delco-Remy, являющаяся отделением General Motors. Отличие этой конструкции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.

Рис.12. Бесщеточный генератор:

1.4-клювообразные полюсные половины:

2 - обмотка возбуждения;

3 - статор;

5 - магнитопровод обмотки возбуждения

Каркас обмотки возбуждения помещен на магнитопровод, закрепленный на крышке генератора. Между этим магнитопроводом и полюсной системой имеется воздушный зазор. При вращении вала сидящая на нем полюсная половина вместе с приваренной к ней другой полюсной половиной вращаются при неподвижной обмотке возбуждения. В принципе работа этого генератора аналогична работе генератора щеточного исполнения. Французская фирма Sev Marchal одно время выпускала бесщеточный генератор "Фред" с укороченными полюсами. Полюсные половины этого генератора раздвинуты и клювы не перекрывают друг друга. В щель между клювами проходят элементы крепления обмотки возбуждения к статору, которая при этом как бы висит над втулкой ротора. Некоторыми американскими фирмами выпускались и индукторные вентильные генераторы, но это продолжалось недолго так же, как и выпуск итальянской фирмой Ducati бесщеточных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов и управляемым силовым выпрямителем на тиристорах.

3. Генераторы зарубежных фирм

В 80-х годах фирма освоила серию генераторов AA125R со встроенным регулятором напряжения, основные параметры которых приведены в табл. 5.

Тип генератора с обозначением номинального напряжения (14 В), номинального тока (45, 55, 65 А) и фирменного номера данной модификации (например, 63320001) указаны на наклейке на цилиндрической части крышки со стороны контактных колец (был вариант обозначения в литье на пластмассовом кожухе, закрывающем выпрямитель).

Рис.24. Общий вид генератора AA125R фирмы Magneti Marelli

Генераторы выпускаются с той же схемой включения, что и генераторы Bosch (см. рис.б.а), и с теми же обозначениями внешних выводов (В+ и D+). Общий вид генератора AA125R дан на рис.24. В сравнении с генераторами Bosch К1 и NI у генераторов Magneti Marelli можно отметить следующее:

Выпрямительный блок (рис.25,а) крепится на наружном торце крышки со стороны контактных колец. Два теплоотвода с радиаторами охлаждения (из алюминиевого сплава, изготовлены методом экструзии) закреплены на разделяющей пластмассовой монтажной плате. Шесть силовых диодов в форме таблетки (рис.25,б) припаяны контактными площадками к теплоотводам и шинам монтажной платы. Три дополнительных диода конструктивно объединены в одном блоке, который размещен на основном блоке и припаивается к фазным пластинам монтажной платы, а общий "плюс" дополнительных диодов имеет вывод гибким проводником с ответной частью под плоский штекер6,3х0,8 мм. Выпрямительный блок снаружи защищен пластмассовым кожухом, который на генераторах последних выпусков закрывает весь торец крышки.

Таблица 5. Основные параметры генераторов AA125R

Рис.25. a - выпрямительный блок генератора AA125R, б - диоды таблеточной конструкции: 1 - положительный теплоотвод с выводом "В+" генерагора: 2 - отрицательный теплоотвод; 3 -дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения с выводом

Рис.26. Узел "регулятор напряжения -щеткодержатель" генератора AA125R

Регулятор напряжения RTT 119АС в алюминиевом корпусе объединен в неразборную конструкцию со щеткодержателем (рис.26), имеет в колодке два одинаковых плоских штекерных вывода D+ (6,3х0,8 мм), один из которых предназначен для соединения с "плюсом трех дополнительных диодов, а второй - для подключения контрольной лампы. Снятие и установка узла "регулятор напряжения-щеткодержатель" осуществляется без разборки генератора.

Щетки применены меднографитовые с поперечным сечением 4х7 мм. Торможение наружной обоймы подшипника со стороны контактных колец производится с помощью резинового кольца в проточке гнезда крышки. Максимальная рабочая частота вращения до 15000 мин''. Регулируемое напряжение в контрольной точке 14,45±0,15 В, термокомпенсация -3 мВ/°С.

Генераторы фирмы Lucas

Освоив, одной из первых производство генераторов переменного тока, фирма выпустила несколько их серий, постоянно совершенствуя свои изделия по конструкции и основным электрическим параметрам. В табл. 6 представлены типы и параметры одной из последних серий -- А127, выпускающейся с 80-х годов.

Тип генератора с обозначением номинального напряжения, номинального тока (от 45 до 72 А), номера данной модификации, а также фирменной эмблемы автомобиля указаны на наклейке на цилиндрической части крышки со стороны контактных колец. Генераторы, как правило, выпускаются по той же схеме включения, что и генераторы Bosch (см. рис.6,а) и с теми же обозначениями внешних выводов (В+ и D+). Общий вид генератора А127 показан на рис.27. В сравнении с генераторами Bosch К1 и NI у генераторов Lucas можно отметить следующее

Таблица 6. Основные параметры генераторов серии А127

При размещении на внутреннем торце крышки со стороны контактных колец, выпрямительный блок (рис.28) имеет два алюминиевых теплоотвода (размещены друг над другом), в которые запрессованы по три силовых диода с накаткой на цилиндрическом корпусе (диаметр по накатке 10 мм в сравнении с 12,77 мм у Bosch). На силовом блоке размещен блок из трех дополнительных диодов в пластмассовом корпусе. Все соединения схемы выпрямителя выполнены пайкой.

Регулятор напряжения 21TR (рис.28) в алюминиевом корпусе объединен в неразборную конструкцию со щеткодержателем, имеет вывод "массы" (прижимается винтом крепления к крышке) и плоский штекер 6,3х0,8 мм для соединения с выводом D+ выпрямительного блока. Снятие и установка узла "регулятор напряжения-щеткодержатель" как и у Bosch осуществляется без разборки генератора (достаточно отвернуть три винта).

Щетки меднографитовые с поперечным сечением 4х7 мм. Шарикоподшипник со стороны привода по наружному кольцу завальцован материалом крышки (как у генераторов Valeo).

Рис.27. Общий вид генератора А127 фирмы Lucas

Рис.28. Детали генератора А127 фирмы Lucas: 1 - выпрямительный блок: 2 - узел "щеткодержатель - регулятор напряжения"; 3 - помехоподавительныи конденсатор

Подшипник со стороны контактных колец роликовый, игольчатый. Шлифованный конец вала непосредственно работает по иглам, в связи с чем при разборке и сборке генератора эту поверхность необходимо тщательно оберегать от механических повреждений и загрязнения.

Максимальная рабочая частота вращения ротора до 14000 мин'.

Регулируемое напряжение в контрольной точке 14,2±0,2 В, термокомпенсация от --3 до--10 мВ/°С.

Во второй половине 80-х годов фирма Lucas, сохранив специфику конструкции своих генераторов, вошла в состав Magneti Marelli.

3.2 Генераторы японских фирм (Nippon Denso, Mitsubishi, Hitachi)

Производство генераторов в Японии сосредоточенно на фирмах Nippon Denso, Mitsubishi и Hitachi.

Пройдя известные этапы развития традиционной конструкции с протяжной вентиляцией, японские фирмы первыми в середине 80-х годов освоили массовый выпуск серий генераторов компактной конструкции, которые рассматриваются ниже.

Генераторы фирмы Nippon Denso

Эта серия генераторов при номинальном напряжении 14 В на базе нескольких размеров статора имеет номинальные выходные токи 45, 5565, 70, 75, 80, 90 и 120 А. Общий вид одного из типов данной серии представлен на рис.29. Тип генератора (например, 100211 - 4170), номинальное напряжение (12 В), фирменный номер, эмблема автомобиля (например, Toyota) и обозначение штекерных выводов в колодке (например, IG, L) указаны на наклейке на цилиндрической части крышки со стороны привода (обозначения на самой колодке отсутствуют). Типовая схема включения генераторов показана на рис.6.в. Помимо "массы", генераторы имеют следующие внешние выводы с обозначением:

Рис.29. Общий вид генераторов компактной конструкции фирмы Nippon Denso

В - силовой вывод для соединения с плюсовым проводом бортсети; L - вывод встроенного регулятора напряжения для соединения с лампой контроля исправности;

S - вывод входной сети регулятора напряжения для соединения с "плюсом" батареи;

IG - вывод регулятора напряжения для питания цепей регулятора напряжения через выключатель зажигания;

FR - вывод регулятора напряжения для соединения с бортовым компьютером и системой электронного впрыска.

Вывод "В" винтовой, а "L", "S", "IG" и "FR" - плоские штекеры 6,3х0,8 мм, объединенные конструктивно в пластмассовой колодке регулятора напряжения. Другие применяемые варианты схем отличаются от приведенной отсутствием выводов S и FR. В сравнении с компактными генераторами фирм Bosch и Valeo генераторы Nippon Dense отличаются следующим:

установка статора в крышке со стороны привода и сопряжение крышек аналогичны генераторам Valeo с тем отличием, что пакет статора со шлифованным наружным диаметром входит в проточку крышки по скользящей посадке (у Valeo с гарантированным зазором). В связи с этим центрирование статора не требуется. Однако, при эксплуатации в условиях повышенной влажности и загрязнения извлечение статора из крышки при разборке генератора может быть затруднено из-за коррозии и загрязнения соприкасающихся поверхностей.

выпрямительный блок, регулятор напряжения и щеткодержатель выполнены в виде отдельных конструктивных узлов, размещены на наружном торце крышки со стороны контактных колец и закрыты металлическим кожухом, служащим дополнительным теплоотводом выпрямительного блока.

Сам выпрямительный блок состоит из монтажной платы и двух медных теплоотводов, расположенных друг над другом. В выдавках теплоот-водов припаяны силовые корпусные диоды фирмы Toshiba (рис.30). При необходимости увеличения мощности используется дополнительное плечо выпрямителя, питаемое от нулевой точки обмотки статора. Электрическое соединение элементов блока в схему осуществляется контактной сваркой с шинами монтажной платы, концы выводов фаз и нулевой точки прижимаются винтами к контактным площадкам монтажной платы