DE3608472C2 - Verfahren zur Geräuschminderung bei einer elektrischen Maschine und nach diesem Verfahren hergestellte elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Anspruchs 1 und einer nach diesem Verfahren hergestellten elektrischen Maschine nach der Gattung des Anspruchs 5 oder 7. Das Geräuschverhalten von Drehstromgeneratoren ist bekannt; es ist auch be­ kannt, daß dieses durch magnetische Leitwertschwankungen bei rotierendem Läufer mitbeeinflußt wird, die im Bereich des Ständers im Übergang zum Läufer entstehen. Es ist daher bei einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art (AT 2 27 325) bekannt, in die vom Ständer nach innen gebildeten Nutschlitze so­ genannte ferromagnetische Nutkeile einzubringen, wo­ durch sich die magnetischen Leitwertschwankungen und damit auch die Wirkung der anregenden Wechselkräfte in ihrer Amplitude zwischen Ständer und Läufer vermindern lassen. Durch die Anordnung eines ferromagnetischen Nut­ keils in jedem Nutschlitz kann daher eine gewisse Redu­ zierung der Geräuschentwicklung beobachtet werden, je­ doch nicht in ausreichendem Maße.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das von elektrischen Maschinen, nämlich insbesondere von Dreh­ stromgeneratoren für Fahrzeuge entwickelte Geräuschver­ halten weiter zu verbessern.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemä­ ße elektrische Maschine lösen diese Aufgabe jeweils mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspru­ ches 5 oder 7 und beruhen auf der Erkenntnis, daß eine wirksame Änderung des Geräuschverhaltens solcher Gene­ ratoren dann erzielt werden kann, wenn man nicht wie bisher nur eine Amplitudenverringerung versucht, sondern die Leitwertschwankungen, die ja im dynamischen Be­ triebsablauf, also bei entsprechenden Drehzahlen des Generators entstehen, in ihrer Frequenz in solche Dreh­ zahlbereiche verschiebt, bei denen vom jeweiligen Gene­ rator entwickelte Geräusche nicht wahrnehmbar, daher auch nicht störend sind; solche Drehzahlbereiche ergeben sich beispielsweise unterhalb des Leerlaufs der den Generator antreibenden Brennkraftmaschine oder bei so hohen Drehzahlen, daß aufgrund der hier üblicherwei­ se ohnehin vorhandenen Geräuschentwicklung das Genera­ torgeräusch nicht mehr als störend empfunden werden kann.

Die Erfindung ist deshalb so wirksam, weil im Grunde das ganze Geräuschverhalten eines Generators erst dann störend wird, wenn Generatorteile durch die periodi­ schen Leitwertschwankungen zu einer Resonanzfrequenz der Generatorteile, also zu einem Mitschwingen angeregt werden, denn in diesem Falle können sich weit über das Normalmaß der verursachenden Kraft ergebende Schwingun­ gen daher auch entsprechende Geräusche entwickeln. Die Verschiebung der Anregungsfrequenzen, also die Beein­ flussung der Beziehungen der einzelnen Generatorteile im Frequenzbereich ist daher eine wirksamere Möglich­ keit als der Versuch, sich bildende Amplituden ledig­ lich zu verkleinern.

Daher ist bei der Erfindung vorteilhaft, daß die Verla­ gerung der Anregungsfrequenz in nicht mehr störende Frequenzbereiche durch geringste Mittel, also kosten­ günstig und ohne zusätzlichen Montageaufwand vorgenommen werden kann, wobei bei einer bevorzugten Ausführungsform die Anregungsfrequenzen sich schon dadurch ändern las­ sen, daß man zwischen den am Umfang der Ständerbohrung regelmäßig oder unregelmäßig in die Nutschlitze einge­ brachten ferromagnetischen Nutkeile Nutschlitze ohne ferromagnetische Nutkeile beläßt, so daß es offensicht­ lich zu einer Störung im periodischen Verhalten der magnetischen Leitwertschwankungen kommt und ein Anfa­ chen von Schwingungen unterbleibt. Eine weitere Möglichkeit zur Anregungsfrequenzver­ schiebung besteht darin, die sich jeweils mit den Nut­ schlitzen abwechselnden Ständerzähne dort, wo sie die Ständerinnenbohrung bilden, einer plastischen Formver­ änderung zu unterziehen, beispielsweise aufzuspalten, so daß sich mindestens ein oder zwei zusätzliche Luft­ schlitze bilden, die zusätzliche Leitwertschwankungen verursachen, so daß Anregungsfrequenzen in höhere Fre­ quenzbereiche verschoben werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1-5 schemati­ siert in einer Draufsicht lediglich auf den Ständer eines Drehstromgenerators mit Innenbohrung mögliche Ausführungsformen der ferromagnetischen Keilverteilung in den Nutschlitzen und die Fig. 6 und 7 jeweils Aus­ führungsformen für eine plastische Verformung von Ständerzähnen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1-5 zeigen jeweils unterschiedliche Möglich­ keiten der Verteilung von ferromagnetischen Nutkeilen über den Umfang der Innenbohrung des Ständers einer elektrischen Maschine in zwischen den Ständerzähnen ge­ bildeten Nutschlitzen, wobei im folgenden aus­ schließlich nur noch von einem Drehstromgenerator als mit einem solchen Ständer ausgerüsteter elektrischer Ma­ schine die Rede sein wird, ohne die Erfindung hierdurch einzuschränken. In den Fig. 1-5 ist der Ständer jeweils mit 10 und die durch die zueinander in einem Abstand angeordneten Ständerzähne 11 gebildeten Nutschlitze mit 12 bezeichnet. Die allgemeine Form der Ständerzähne ist füßchenartig mit im Bohrungsbereich verbreiterter Flä­ che, wie für sich bekannt; der Läufer ist in den Fig. 1-5 lediglich schematisch angedeutet und mit 13 bezeich­ net.

Gemäß dieser ersten Ausführungsform der Erfindung zur Verbesserung des Geräuschverhaltens von Drehstromgene­ ratoren werden jedenfalls nicht nur die Amplituden der magnetischen Leitwertschwankungen, die vom Ständer aus­ gehen, beeinflußt, sondern in besonders wirksamer Weise eine Anregungsfrequenzverschiebung erreicht, und zwar da­ durch, daß zwischen den am Umfang der Ständerbohrung 14 regelmäßig oder unregelmäßig in die Nutschlitze 12 eingebrachten ferromagnetischen Nutkeilen, die jeweils mit 15 bezeichnet sind, offene, also freigelassene Nut­ schlitze angeordnet sind, die keine ferromagnetischen Nutkeile aufweisen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind mit gleichmäßigem Abstand zueinander jeweils über den Umfang verteilt 12 ferromagnetische Nutkeile 15 angeordnet, also derart, daß jeweils auf einen mit einem Nutkeil 15 verschlossenen Nutschlitz in der einen oder anderen Richtung zwei Nutschlitze ohne ferromagne­ tische Nutkeile folgen.

Ergänzend ist es darüber hinaus noch möglich und für sich gesehen auch bekannt, Nutschlitze nach dem Einbrin­ gen der Ständerwicklung mit aus einem geeigneten Hart­ papier, oder dgl. abzudecken, also mit sogenannten Nut­ verschlüssen zu versehen - hiervon ist in der Darstel­ lung der Fig. 1 kein Gebrauch gemacht worden, d. h. ne­ ben den 12 ferromagnetischen Nutkeilen sind 0 Nutver­ schlüsse vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind ebenfalls 12 ferromagnetische Nutkeile 15 über den Umfang verteilt - man erkennt jedoch die Vielfalt von Variationen der Nutkeilverteilung, denn bei diesem Ausführungsbeispiel (und sämtliche Ausführungsbeispiele sind als nicht die Erfindung einschränkend anzusehen, sondern zeigen le­ diglich mögliche Verteilungsmuster von Nutkeilen und Nutverschlüssen) sind die Abstände zwischen den mit ferromagnetischen Nutkeilen versehenen Nutschlitzen unregelmäßig und schwanken zwischen einem freien Nut­ schlitz ohne ferromagnetischen Nutkeil und drei freien Nutschlitzen, wie ohne weiteres aus der Darstellung der Fig. 2 erkennbar. Die unregelmäßige Verteilung der Nutkeile in den Nutschlitzen sorgt ergänzend zu den erwähnten Wirkungen für eine Verschlechterung des Pe­ riodizitätsverhaltens der magnetischen Leitwertschwan­ kungen, wie sie vom Ständer ausgehen, und bildet daher ebenfalls ein wirksames Mittel, Anfachungen von Mitschwingungen zu unterdrücken. Bei dem in Fig. 2 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den 12 ferromagnetischen Nutkeilen 15 noch 3 Nutverschlüsse, die nicht eigens in den Figuren gekennzeichnet sind, vorgesehen, wobei die Nutverschlüsse in solche Nut­ schlitze eingebracht sind, in denen sich keine ferro­ magnetischen Nutkeile befinden. Anordnung und Verteilung der Nutverschlüsse sind ebenfalls beliebig regelmäßig oder unregelmäßig über den Umfang der Ständerbohrung mit sich dazwischen befindenden Nutschlitzen ohne Nutver­ schlüsse.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind über den Um­ fang verteilt 9 ferromagnetische Nutkeile eingebracht, wobei die Verteilung der Nutkeile zu sich selbst gese­ hen wieder regelmäßig ist, da zwischen jedem mit einem Nutkeil versehenen Nutschlitz jeweils 3 Nutschlitze ohne ferromagnetische Nutkeile angeordnet sind. Zusätz­ lich können bei diesem Ausführungsbeispiel 5 Nutver­ schlüsse angeordnet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind über den Umfang verteilt 14 ferromagnetische Nutkeile und 8 Nut­ verschlüsse angeordnet, wobei die Verteilung der Nut­ keile über den Umfang der Ständerbohrung gegenein­ ander wieder unregelmäßig ist und Abstände von nicht mit Nutkeilen versehenen Nutschlitzen zwischen einem und drei Nutschlitze möglich sind, wie die Zeichnung zeigt.

Schließlich sind bei dem letzten Ausführungsbeispiel über den Umfang der Ständerbohrung in regelmäßiger Ver­ teilung 18 Nutkeile und 11 Nutverschlüsse vorgesehen, wobei mit Nutkeilen versehene Nutschlitze sich mit Nut­ schlitzen ohne ferromagnetische Nutkeile jeweils abwech­ seln.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 6 und 7 zeigen ledig­ lich in einer Teilausschnittsdarstellung von Ständerzäh­ nen die sich anbietenden Möglichkeiten einer plastischen Verformung der Zähne, gegebenenfalls bis nahe der Ebene der Nutschlitzgründe.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 wird so vorgegangen, daß noch vor der Paketierung der das Ständerpaket bil­ denden einzelnen Eisenlamellen in bestimmte, in alle, im regelmäßig oder unregelmäßig über den Umfang mit be­ liebigen, unbeeinflußt gelassenen Zwischenzähnen Schlitze in bestimmte Zähne 11′ eingebracht werden, die in Fig. 6 mit 16 bezeichnet sind und wobei, wie es sich versteht, nach diesem Herstellungsschritt die Zahnform im wesent­ lichen noch unbeeinflußt verbleibt, da ein solcher Zahn, der mit 11a′ bezeichnet ist, die in Fig. 6 gezeigte ge­ strichelte Form aufweist bzw. zunächst beibehält.

Nachdem dann die Ständerwicklungen eingelegt worden sind, werden in die Ständerzähne in die vor der Paketie­ rung eingebrachten Zahnschlitze 16 beispielsweise Keil­ werkzeuge eingebracht oder sonstige geeignete Maßnahmen getroffen, um eine Schlitzöffnung zu bewirken zur Er­ reichung einer Zahnform, wie sie in Fig. 6 in der durch­ gezogenen Linienführung dargestellt ist. Die beiden durch die Schlitzbildung zunächst gebildeten, jedoch noch aneinanderstehenden Zahnhälften werden daher durch die Einführung eines Keilwerkzeugs einer plastischen Verformung und einer gegenseitigen Öffnung unterzogen, wodurch es einerseits zu einer (erwünschten) Verengung der angrenzender offener Nutschlitze kommt, gleichzeitig aber zu der Bildung zusätzlicher Luftspalte 17, wodurch notwendigerweise zusätzliche Leitwertschwankungen entstehen, d. h. eine mögliche Anregungsfrequenz entschei­ dend vergrößert, also in einem höheren Frequenzbereich verschoben wird.

Bei dem im Grundprinzip ähnlichen Lösungsvorschlag, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, erfolgt ebenfalls eine Keilverformung von Zahnteilen nach dem Einlegen der Ständerwicklungen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind von Anfang an die jeweils ausgewählten Zähne oder alle Zähne (diese zweite Ausführungsform der verformten Ständerzähne umfaßt ebenfalls beide Möglichkeiten) so hergestellt, wie sie bei 11′′ in Fig. 7 gezeigt sind. Unter geeigne­ ter beidseitiger Schlitzbildung 18a, 18b wird der Kopf­ teil des Ständerzahns 11′ vor der Paketierung zum Ständerpaket, also bei jeder Eisenlamelle bei deren Herstellung mit beidseitig in die spätere Ständerboh­ rung hineinragenden schrägen Ansätzen 19a, 19b verse­ hen, wobei die Breite des Ständerzahns beibehalten wird. Es kommt daher beidseitig zu einer Art nach unten abge­ spreizter Füßchenbildung, und in dieser Form erfolgt dann nach der Paketierung das Einlegen der Ständerwick­ lungen und anschließend die Keilverformung im Bereich dieser beidseitigen Füßchen 19a, 19b, indem diese von der Innenbohrung aus gesehen nach außen und oben ge­ drückt werden, wodurch sich die endgültige Ständerzahn­ form 11′ so ergibt, wie dies in Fig. 7 bei 19a′ und 19b′ gestrichelt dargestellt ist. Hierdurch erzielt man wieder eine rund durchgehende Ständerbohrung, wenn bei­ spielsweise angrenzend nicht bearbeitete Ständerzähne 11 stehen, denen sich dann nach der Keilverformung die beidseitigen in der gespreizten Form befindlichen Füß­ chen 19a′, 19b′ anschließen. Gleichzeitig kommt es durch diese Art der Keilverformung bei jedem entsprechend be­ arbeiteten Zahn zu zwei zusätzlichen Luftschlitzen, wie ohne weiteres erkennbar, so daß sich eine Verdreifa­ chung der Anregungsfrequenz in diesem Bereich jeden­ falls ergibt. Man erkennt ferner, daß die Ausbildung des jeweils zu bearbeitenden Ständerzahns vor der Ver­ formung so getroffen ist, daß die Verformung so ausge­ führt werden kann, daß die Ständerbohrung nachträglich keiner Bearbeitung mehr unterzogen werden muß. Eine solche Lösung bietet neben der Anregungsfrequenzände­ rung auch fertigungstechnische Vorteile bei der Be­ wicklung des Ständers und der Positionierung der Stän­ derwicklungen (AA′).

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (13)

1. Verfahren zur Geräuschminderung bei einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Drehstromgenerator für Fahrzeuge, bei der ein Stän­ der (10) mit den Rotor (13) aufnehmender Bohrung über den Umfang ver­ teilt die Ständerwicklungsteile aufnehmende Nutschlitze (12) aufweist, welche nach dem Einbringen der Ständerwicklungsteile in die Nutschlitze zumindest teilweise ferromagnetisch verschlossen werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß einzelne Nutschlitze (12′) auf ganzer Länge ferro­ magnetisch wirksam in ihrer Breite eingeengt oder ganz verschlossen werden und daß die übrigen Nutschlitze (12) ferromagnetisch nicht eingeengt oder verschlossen werden, so daß im Betrieb der Maschine durch Leitwertschwankungen erzeugte Schwingungen in nicht störende Frequenzbereiche verschoben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einzelne Nutschlitze (12′) ferromagnetische Nutkeile (15) und in die übrigen Nutschlitze (12) keine ferromagnetischen Nutkeile eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Nutschlitze (12′) zumindest teilweise ferromagnetisch dadurch ver­ schlossen werden, daß jeweils an einem daran angrenzenden Ständerzahn (11′) ein vom Kopfteil des Ständerzahnes ausgehender radial verlau­ fender Schlitz (16) eingebracht und dieser mindestens im auf die Ständerbohrung gerichteten Kopfteil jeweils zur Bildung eines zusätz­ lichen parallel zum Nutschlitz (12′) verlaufenden Luftspaltes (17) geöffnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils im Kopfteil eines des teilweise ferromagnetisch zu verschließenden Nut­ schlitzes (12′) benachbarten Ständerzahnes (11′) zwei mit Abstand parallel zueinander verlaufende Schlitze (18a, 18b) eingebracht und diese durch seitliches Abbiegen der seitlichen Bereiche (19a′, 19b′) des Zahnkopfteils zu zusätzlichen Luftspalten geöffnet werden.

5. Nach dem Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 hergestellte elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator für Fahrzeuge, bei der ein Ständer mit den Rotor aufnehmender Innenbohrung über den Innenumfang verteilt Ständerwicklungsteile aufnehmende Nutschlitze aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf einer Seite der zumindest teilweise ferromagnetisch verschlossenen Nutschlitze (12′) ein Ständer­ zahn (11′) angrenzt, dessen Kopfteil mindestens einen parallel zum Nut­ schlitz (12′) und vom Kopfteil ausgehend radial verlaufenden Luftspalt (17; 18a, 18b) aufweist.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Ständerzähne (11′) lediglich in ihrem Kopfbereich angrenzend zur Ständerbohrung durch mindestens zwei Luftspalte bei unverändert belas­ senem Mittelteil beidseitig auf die Höhe der Ständerbohrung und gleich­ zeitiger Öffnung in diesem Bereich derart seitlich abgebogen sind, daß sich seitlich angesetzte Füßchen (19a′, 19b′) ergeben, die die angren­ zenden Nutschlitze gleichzeitig verengen.

7. Nach dem Verfahren nach Anspruch 2 hergestellte elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator für Fahrzeuge, bei der ein Ständer mit den Rotor aufnehmender Innenbohrung über den Innenumfang verteilt die Ständerwicklungsteile aufnehmende Nutschlitze aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf einer Seite eines einen ein­ gebrachten ferromagnetischen Nutkeil (15) aufweisenden Nutschlitzes (12′) ein freier Nutschlitz (12) mit einem nicht ferromagnetischen Nutkeil angeordnet ist.

8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang verteilt und zueinander einen gleichmäßigen Abstand von zwei freien Nutschlitzen aufweisend zwölf ferromagnetische Nutkeile (15) in die Ständernutschlitze (12′) eingelegt sind (Fig. 1).

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nutschlitze (12′) zwölf ferromagnetische Nutkeile, über den Umfang der Ständerbohrung verteilt, zwischen eines und drei abwechselnd freien Nutschlitzen (12) eingelegt sind (Fig. 2).

10. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit gleichmäßigem Abstand und jeweils drei freie Nutschlitze zwischen sich über den Umfang der Ständerbohrung verteilt neun ferromagnetische Nutkeile (15) in Nutschlitze (12′) eingebracht sind (Fig. 3).

11. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit unregelmäßigem Abstand vierzehn ferromagnetische Nutkeile (15) in Nutschlitze (12′) zwischen eins und drei freigelassenen Nutschlitzen (12) eingelegt sind (Fig. 4).

12. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß achtzehn ferromagnetische Nutkeile (15) über dem Umfang der Ständer­ bohrung gleichmäßig abwechselnd mit jeweils einem freien Nutschlitz (12) angeordnet sind (Fig. 5).

13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht ferromagnetischer Nutkeil Nutverschlüsse aus Hartpapier oder dgl., in die freien Nutschlitze (12) eingebracht sind.