Рис.8 Схемы обмотки статора автомобильных генераторов: а - петлевая распределенная б - волновая сосредоточенная в - волновая распределенная

По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы - генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой компактной конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно "компактные" генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости. В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.

Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками - передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.

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

Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы "компактной" конструкции еще и на цилиндрической части над лобовыми сторонами обмотки статора. "Компактную" конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор обычно оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку, существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное - только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.

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

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 прово-роту каркаса на втулке. Напрессов-ка 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 трудно-разборной. 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.

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.

Рис.10 Регуляторы напряжения Bosh различного исполнения: а - на дискретных элементах б - погибридный монтаж в - схема на монокристалле кремния 1 - силовой выходной каскад 2 - схема управления

Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, 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.

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.

Рис.11 Система охлаждения генераторов: а - генераторы обычной конструкции б - генераторы для повышения температуры подкапотного пространства в - генераторы компактной конструкции стрелками указано направление потоков воздуха

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 колец - 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. 11,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.

Применяемость генераторных установок на автомобилях меняется весьма широко в зависимости от времени выпуска автомобиля, типа устанавливаемого двигателя, а также от его комплектации электропотребителями. Повышение комфортабельности в салоне требует установки генератора повышенной мощности. Кроме того, практически все зарубежные производители выпускают широкую гамму генераторных установок для поставок их, в запасные части для тех марок автомобилей, на которые при комплектации на производстве эти генераторы не ставятся. Приводимые ниже данные, конечно, на охватывают весь спектр генераторов возможных к применению на этих автомобилях и могут служить лишь для ориентировки. Более подробные сведения содержатся в описании автомобилей или каталогах соответствующих фирм.

На автомобилях Volvo серии 440, 460, 480 наиболее широко используются генераторы Bosch Kl 14v 28/70 каталожный номер 012048-9491 или ValeoA13N178 433079 и A13N169 433113 на максимальный ток соответственно 70 и 63 А. На автомобилях серии 740, 760 применяются генераторы Bosch Kl 14v 55А 70 на максимальный ток 55 А (01204-89285), Nl 14v 31/80 на ток 80 А (0123469789) и MI 14v 31/100 на ток 100 А (0120468010).

Автомобили серии 190, 200, 230, 250 комплектуются в основном генераторами Bosch Kl 14v 23/55A и Kl 14v 28/70A на максимальный ток 55 А и 70 А соответственно 0120489324 и 0120489326, серии 300, 350 теми же генераторами, а также Nl 14v 36/80 на ток 80 А (0120469947) и Nl 14v 36/100 на 100 А (0120468060) серии 420, 500, 560 генераторами Bosch на 80 A 0120469945, (0120469589) и на 100 A (0120468058).

На автомобили серии 520i, 525i, 530i, 535i устанавливаются, в основном, генераторы Bosch на максимальный ток 80 А (0120469907 и 0120469869); 90 А (0120469776, 0120469912); 115 A (0120468008) и 140 A (0120468064); серии 730i, 735i, 750i комплектуются генераторами на ток 90 А (0120469776), 115 А (0120468008), 140 A (0120468014, 012046-8033). Генератор 0120468033 устанавливается и на автомобили 850i.

На автомобилях Opel Cadett применяются, чаще всего генераторы Bosch на максимальный ток 55 А (0120488422) и 65 А (0120489343); на автомобилях Opel Omega - на 55 А (0120488163), 65 A (0120488173) и 70 A (012048-9489); автомобили Opel Senator оснащены, в основном, генераторами Bosch на 70 А (0120488179), 80 А (0120469819) и на 90 A (0120469802).

На автомобилях Audi 80 применяются генераторы Bosch на максимальные токи 65 и 90 А, Audi 100 и 200 используют генераторы на 65, 90 и 115 А. Генераторы на повышенные максимальные токи устанавливают обычно там, где применяется кондиционер или автоматическая трансмиссия. Наиболее распространены на автомобилях Audi 80 генераторы 0120489365 на максимальный ток 65 А и 0120469885 на ток 90 А. Эти же генераторы устанавливаются и на автомобили Audi 100, 200, но на них чаще используются генераторы 0120469889 на ток 90 А и 0120468052 на ток 115 А. АВТОМОБИЛИ VOLKSWAOEN

На моделях Golf, Jetta, Passat с карбюраторным двигателем используются, в основном, генераторы фирмы Bosch на максимальные силы тока 55 А (0120489363), 65 А (0120489365) и 90 A (0120469729). С дизелями применяются генераторы на 45 А 0120489380 (0120489377 с выводом фазы обмотки статора) и на 65 А 0120489381 (0120489379 с выводом фазы), на автомобилях Polo наиболее распространены генераторы на 55 А (0120488197) и на 65 А (0120488199).

На автомобилях Porsche последних годов выпуска преобладает генератор Bosch 0120468005/006 на ток 115 А.

На автомобилях производства США широко применяются генераторы корпорации Deico, при этом на автомобилях Cadillac последних годов выпуска с шестицилиндровым двигателем применяются генераторы 15SI-100 на 70 А и 27SI-100 на токи 80 и 100 А, с восьмицилиндровым двигателем используются генераторы CS-130 на максимальный ток 100 A, CS-144 на ток 120 и 140 А; на автомобилях Chevrolet с четырех и шестицилиндровыми двигателями применяются генераторы CS-121 на токи 74 и 80 A, CS-130 на 85 и 100 А; на восьмицилиндровых двигателях устанавливаются генераторы CS-130 на токи 100 А, 105 А, CS-144 на токи 124 А, 125 А, 140 А. На четырехцилиндровый двигатель автомобилей Buick устанавливаются генераторы на 85 А, 100 А и 105 А серии CS-130, а на шестицилиндровый - на 100 А, 105 А серии CS-130 и 120 А, 124 А, 140 А серии CS-144; автомобили Pontiac с четырехцилиндровым двигателем могут быть оснащены генераторами CS-121 на 60 А, 72 А, 74 А, 80 А и CS-130 на 100 А и 105 А.

Легковые автомобили Nissan комплектуются генераторами фирмы Mitsubishi А 2Т 48298 и А 2Т 48292 на токи 70 А и генераторами фирмы Hitachi LR 170-715Б и LR 170-716 на токи 67,5 А.

Автомобили Тоуоtа оснащаются генераторами фирмы Nippon Dense традиционной конструкции на токи 40, 45, 50, 55 А или компактной конструкции на 40, 45, 60 и 70 А.

Рис.12. Бесщеточный генератор: 1,4 - полюсные половины 2 - обмотки возбуждения 3 - статор 4 - магнитопровод обмотки возбуждения

Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т. п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмот ка 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 рисунке. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Deico-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.

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.