DE4129411C2 - Fahrzeug-Wechselstromgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Fig. 1 und 3 sind eine Aufrißdartellung im Schnitt und eine Seitenansicht eines durch die EP 0 401 034 A bekannten Fahrzeug-Wechselstromgenerators. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, umfaßt der Wechselstromgenerator einen Stator (1), der durch einen Statorkern (2) und eine Statorwicklung (3) gebildet wird, einen Rotor (4), der aus wechselpoligen Magnetpolkernen (5, 6) gebildet wird, wobei die magnetischen Zahnabschnitte beider Polkerne abwechselnd in Umfangsrichtung vorstehen, eine zwischen den Polkernen (5, 6) gehaltene Erregerspule (7), eine umlaufende Welle (8) zur Befestigung der Polkerne (5, 6), ein Paar Schleifringe (9), die von der umlaufenden Welle (8) über Isolierhülsen gehalten werden, und Ventilatorrad (10, 11), die jeweils durch die Polkerne (5, 6) gehalten werden.

Der Generator enthält ferner eine vordere und hintere Halterung (12, 13) zur Befestigung des Statorkernes (2) mit Hilfe von Gewindebolzen (14). Die vordere Halterung (12) ist mit Ansaugöffnungen (12a) zur Ventilation am einen Ende und Austrittsöffnungen (12b) in ihrem äußeren Umfangsabschnitt ausgestattet. Das Bezugszeichen (m) bezeichnet einen Außenradius der Ansaugöffnung (12a), bezogen auf den axialen Mittelpunkt. Ferner ist die hintere Halterung (13) mit Ansaugöffnungen (13a) an einem Ende und Austrittsöffnungen (13b) in ihrem äußeren Umfangsabschnitt versehen. Die umlaufende Welle (8) wird von der vorderen und hinteren Halterung (12, 13) über jeweilige Lager (15, 16) aufgenommen. Eine Riemenscheibe (17) ist an der umlaufenden Welle (8) befestigt und dient zur Übertragung des Motordrehmomentes zur umlaufenden Welle (8) zwecks Drehung des Rotors (4).

Der Generator weist ferner einen Gleichrichter (18) auf, um einen Wechselstrom, der aus der in der Statorwicklung (3) induzierten Wechselspannung resultiert, in einen Gleichstrom umzuformen, einen Wärmesumpf (18a), der zur Abstrahlung der Gleichrichterwärme verwendet wird, einen Spannungsregler (19) zur Erfassung der Generatorspannung, Überwachung des Erregerstroms und Einstellung der Klemmenspannung auf einen vorgegebenen Wert, einen Wärmesumpf (19a), der zur Abstrahlung der Wärme des Spannungsreglers verwendet wird, und einen Bürstenhalter (20), um die in ihm gehaltenen Bürsten (28) gegen jeweilige Schleifringe (9) zu drücken wobei der Bürstenhalter auch als Stromkollektor wirkt.

Während der Rotor (4) in dem vorstehend beschriebenen Wechselstromgenerator umläuft, wird die Wechselspannung in der Statorwicklung (3) induziert und die somit gelieferte Leistung veranlaßt sie zur Erzeugung von Wärme. Die Statoreinheit (1) und die Rotoreinheit (4) werden durch die umlaufenden Ventilatorräder (10, 11) belüftet und gekühlt.

Die durch die Drehung des Ventilatorrades (10) erzeugte Kühlluft wird durch die Ansaugöffnungen (12a) der vorderen Halterung (12) angesaugt und aus den Austrittsöffnungen (12b) abgegeben, wie durch einen Pfeil (A) angegeben wird. Die durch die Drehung des Ventilatorrades (11) erzeugte Kühlluft wird durch die Ansaugöffnungen (13a) der hinteren Halterung (13) angesaugt und vor ihrer Abgabe aus den Austrittsöffnungen (13b) entsprechend einem Pfeil (B) zur Kühlung des Gleichrichters (18), des Spannungsreglers (19), des Stromkollektors bzw. Bürstenhalter (20) und der Statoreinheit (1) verwendet.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes (D) der Fig. 1. Die Innenkantenfläche der vorderen Halterung (12) ist axial dem Ventilatorflügel (10a) des Ventilatorrades (10) parallel zu diesem zugewandt, wobei ein kleiner Abstand (g) zwischen ihnen liegt. Die Umgebungsluft wird in den Bereich des Abstandes (g) eingeleitet und fließt durch diesen, wie durch einen Pfeil (C) angegeben ist. Ist der Abstand (g) zu groß, so wird die abzugebende Luft veranlaßt, umgekehrt zu fließen und er ist daher unzweckmäßig. Die Position des Außenradius (m), ausgehend vom axialen Mittelpunkt der Ansaugöffnung (12a), entspricht im wesentlichen der Mittelpunktposition der radialen Länge L des Ventilatorflügels (10a).

Beim bekannten, vorausgehend beschriebenen Fahrzeug-Wechselstromgenerator ist der Abstand (g) zwischen dem Ventilatorflügel (10a) des Ventilatorrades (10) und der Innenkantenfläche der ihm zugewandten vorderen Halterung klein und infolgedessen tendiert der Belüftungswiderstand im Ansaugabschnitt im äußeren radialen Abschnitt der Ansaugöffnung (12a) dazu, groß zu werden. Dies verursacht ein unangenehmes Geräusch und stellt einen primären Faktor für die Anhebung des gesamten Schalldruckpegels dar.

Ferner schneiden beim bekannten, vorstehend beschriebenen Fahrzeug-Wechselstromgenerator die Ventilatorflügel (10a) des Ventilatorrades (10) einen Umfangsabschnitt, indem sich jeder von ihnen mit dem Ansaugabschnitt (12a) überlappt. Infolgedessen resultiert eine Sammelfrequenz aus der Multiplikation der Umlauffrequenz mit der Anzahl der Ventilatorflügel (10a) und eine Frequenz resultiert aus der Multiplikation der Umlauffrequenz mit der Anzahl der Ansaugöffnungen (12a); d. h. im Falle der Ansaugöffnungen (12a) in Fig. 4 tendiert der Schalldruck als Folge der Belüftungsgeräuschkomponente der 12-fachen Frequenz an der Ansaugöffnung (12a) dazu, auffällig und unangenehm für das Gehör zu werden. Darüber hinaus stellt dieses Problem einen primären Faktor für den Anstieg des gesamten Schalldruckpegels dar.

DE 33 14 948 A zeigt einen Fahrzeug-Wechselstromgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit Ventilatorrädern zum Belüften und Kühlen. Bei diesem Wechselstromgenerator werden die Ventilatorflügel durch eine Legierung, die ein Formerinnerungsvermögen aufweist, nach Bedarf in eine aktive oder in eine inaktive Lage gebracht.

Aus Niebler u. a.: Grundsätze beim Entwickeln geräuscharmer elektrischer Maschinen im mittleren Leistungsbereich; Sie­ mens-Zeitschrift 52, 1978, Heft 3, Seiten 117 bis 121 wird zur Verringerung des Maschinenströmungswiderstandes eine strömungsgünstige Formgebung der luftführenden Teile vorge­ schlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräuschent­ wicklung eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators insbesondere in dem Bereich zu verringern, in dem der Ansaugluftstrom aus den Ansaugöffnungen in die Ventilatorflügel des Ventilator­ rades übertritt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An­ spruches 1; die Unteransprüche stellen bevorzugte Ausgestal­ tungsformen dar.

Der erfindungsgemäße Fahrzeug-Wechselstromgenerator hat eine ringförmige Vertiefung, so daß ein axialer Abstand in der Innenkantenfläche einer Halterung, die axial den Ventilatorschaufeln zugewandt ist, im äußeren radialen Abschnitt einer Ansaugöffnung groß ist und an den beiden Seiten desselben allmählich klein wird.

Da der Abstand in Form der ringförmigen Vertiefung in der Innenkantenfläche der Halterung, die axial dem Ventilatorflügel zugewandt ist, in der äußeren radialen Position der Ansaugöffnung groß ist, wird erfindungsgemäß der Belüftungswiderstand der Ansaugluft aus der Ansaugöffnung verringert und der durch die Windströmung verursachte Winddruck wird verringert. Infolgedessen wird der gesamte Schalldruckpegel verkleinert und das Ventilationsgeräusch wird ebenfalls verringert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 und 3 eine Aufrißansicht im Schnitt und eine Seitenansicht eines bekannten Fahrzeug-Wechselstromgenerators;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes (D) der Fig. 5;

Fig. 4 und 7 eine Schnittdarstellung und eine Seitenansicht des ersten Halbabschnittes eines erfindungsgemäßen Fahrzeug-Wechselstromgenerators;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes (E) der Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bezüglich dem der Fig. 5 entsprechendem Teil; und

Fig. 8 und 9 eine Schnittdarstellung und eine Seitenansicht des ersten Halbabschnittes eines erfindungsgemäßen Fahrzeug-Wechselstromgenerators.

Es wird auf die Einzelbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen Bezug genommen. Die Fig. 4 und 7 sind eine Schnittdarstellung und eine Seitenansicht des ersten Halbabschnittes eines erfindungsgemäßen Fahrzeug-Wechselstromgenerators. Die Bezugszeichen (1-8, 10, 10a, 13-15, 17) und der zweite Halbabschnitt, dessen Darstellung weggelassen wurde, umfassen Teile und einen Abschnitt entsprechend jenen, die unter Bezugnahme auf den vorstehend beschriebenen bekannten Generator angegeben wurden. Gemäß den Fig. 4 und 7 hat eine vordere Halterung (32) eine Anzahl Ansaugöffnungen (32a) an einem Ende und eine Anzahl Austrittsöffnungen (32b) in einem äußeren Umfangsabschnitt derselben. Die Position des Außenradius (m) der Ansaugöffnung (12a) der vorderen Halterung (32) entspricht im wesentlichen der Position der radialen Länge (1) des Flügels des Ventilatorrades (10) (siehe Fig. 5).

Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes (E) der Fig. 4. Ein kleiner Abstand (g) ist an der Innenkantenfläche der vorderen Halterung (32), die axial dem Ventilatorflügel (10a) des Ventilatorrades (10) zugewandt ist, und an dessen Ansaug- und Austrittsseite, bezogen auf den Ventilatorflügel (10a) vorgesehen. Ein größerer Abstand (g₁) ist in der äußeren radialen Position (m) der Ansaugöffnung (32a) vorgesehen. Dabei ist eine dreieckförmige ringförmige Vertiefung (32c) vorhanden. Die radiale Position des Scheitels (a) des Dreiecks liegt am Außenradius (m) der Ansaugöffnung (32a) und die Länge (bc) der Grundlinie des Dreiecks ist derart bemessen, daß bc 1 bezüglich der Länge des Ventilatorflügels (10a) gilt.

Wie vorstehend ausgeführt ist, wird der Abstand (g₁) am Scheitel der Vertiefung (32c) gegenüber dem Ventilatorflügel (10a) größer gemacht als zwischen dem Ventilatorflügel (10a) und der gegenüberliegenden Fläche der Ansaugöffnung (12a) beim bekannten Beispiel der Fig. 1. Damit wird der Belüftungswiderstand im Ansaugteil verringert. Infolgedessen wird der Winddruck infolge der Belüftung, der durch einen Pfeil (C) dargestellt ist, niedriger als vorher und daher kann ein gesamter Schalldruckpegel verringert werden.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bezüglich der Fig. 5 entsprechenden Teil. Die ringförmige Vertiefung (32c) in der Innenkantenfläche der vorderen Halterung (32) und jede Ecke der Ansaugöffnung (32 a) sind mit einem bogenförmigen Profil ausgeführt, wodurch der Gesamtschalldruckpegel weiter verringert wird.

Obgleich die ringförmige Vertiefung in der Innenkantenfläche der vorderen Halterung (32), die dem Ventilatorflügel des Ventilatorrades zugewandt ist, in den dargestellten Ausführungen dreieckförmig ist, kann sie im Profil ein Kreissegment sein.

Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung des ersten Halbabschnittes eines Fahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Bezugszeichen (1-8, 10, 10a, 13-15, 17) und der zweite Halbabschnitt, dessen Beschreibung weggelassen wurde, bezeichnen Teile und einen Abschnitt entsprechend jenen, die unter Bezugnahme auf den vorstehend beschriebenen bekannten Generator angegeben wurden. Fig. 9 ist eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 8.

Gemäß den Fig. 8 und 9 hat eine vordere Halterung (32) eine Anzahl Ansaugöffnungen (32 a) an einem Ende und eine Anzahl Austrittsöffnungen (32b) in ihrem äußeren Umfangsabschnitt. Darüber hinaus ist ein Ansaugloch (32d) zwischen zwei Gruppen von Ansaugöffnungen (32 a) vorgesehen, wobei jede Gruppe drei Ansaugöffnungen hat. Wird das Flügelrad (10) durch den Rotor (4) beim erfindungsgemäßen Generator in Umlauf versetzt, so wird Kühlluft durch jede der Ansaugöffnungen (32a) und das Ansaugloch (32d) angesaugt und gemäß dem Pfeil (A) umgewälzt.

Eine Frequenz resultiert aus der Multiplikation der Rotationsfrequenz mit der Anzahl der Ansaugöffnungen (32a); d. h. im Fall der Anordnung nach Fig. 2 wird die 12-fache Frequenz aufgeteilt wodurch der Schalldruck der Belüftungs­ geräuschkomponente verringert wird. Mit den Ansauglöchern (32d) wird darüber hinaus der Ansaugteil der vorderen Halterung (32) davor geschützt, durch die Rippen (32e) unterbrochen zu werden und kann gleichmäßig ausgebildet werden und der Ansaugluftstrom wird gleichmäßig gemacht. Infolgedessen kann nicht nur der Gesamtschalldruckpegel im allgemeinen, sondern auch der Schaldruckpegel der 12-fachen Frequenz verringert werden.

Obgleich ein rundes Loch (32d) in jeder Rippe (32e) vorgesehen wurde, kann es unterschiedliche Formgebung haben.

Wie vorausgehend ausgeführt wurde, ist erfindungsgemäß die allmählich-geneigt verlaufende ringförmige Vertiefung in der Innenkantenfläche der Halterung vorgesehen, die axial dem Ventilatorflügel des Ventilatorrades mit einem dazwischenliegenden kleinen Abstand zugewandt ist, wohingegen die Vertiefung mit einem axial großen Abstand in den äußeren radialen Positionen der Ansaugöffnung versehen ist, damit ein Teil der Ansaugluft aus der Ansaugöffnung der Halterung durch den großen Abstand strömen kann. Infolgedessen wird das Belüftungsgeräusch unterdrückt, was zur Folge hat, daß ein Gefühl der Unbehaglichkeit ausgeschaltet ist.

Durch die Ansauglöcher (32d) wird der Gesamtschalldruckpegel des Belüftungsluftgeräusches verringert. Ferner wird der Schalldruckpegel der Frequenz, die aus der Multiplikation der Rotationsfrequenz mit der Anzahl der Ansaugöffnungen resultiert, verringert, so daß das physiologisch das Gehör angreifende Geräusch unterdrückbar ist.

Claims (4)

1. Fahrzeug-Wechselstromgenerator mit
einem Stator (1),
einer als Gehäusedeckel ausgebildeten vorderen und hin­ teren Halterung (12, 32; 13) zur Befestigung des Stator­ kerns (2),
einem Rotor (4), der Polkerne (5, 6) und eine Rotorwelle (8) aufweist,
Lagern (15, 16) in den Halterungen (12, 32; 13) zur Auf­ nahme zur Rotorwelle (8),
Ventilatorrädern (10, 11) mit Ventilatorflügeln an den beiden axialen Enden des Rotors (4) zum Belüften und Kühlen des Generators,
mehreren Ansaugöffnungen (12a, 32a; 13a), die in jeder Halterung (12, 32; 13) den Ventilatorflügeln axial gegenüberliegend angeordnet sind, und
mit mehreren Austrittsöffnungen (12b, 32b; 13b) am äuße­ ren Umfang der Halterungen (12, 32; 13), wobei zwischen der Innenseite der vorderen Halterung (12, 32) und dem Ventilatorflügel (10a) ein kleiner Abstand (g) ausgebil­ det ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den Ventilatorflügeln (10a) gegenüberliegende Innenseite der vorderen Halterung (32) parallel angeordnet ist,
daß der Außenradius (m) der Ansaugöffnungen (32a) der vorderen Halterung (32) im Bereich der radialen Länge der Ventilatorflügel (10a) liegt und
daß den Ventilatorflügeln (10a) zugewandt auf der Innen­ seite der vorderen Halterung (32) eine vom kleinen Ab­ stand (g) auf einen größeren Abstand (g₁) übergehende ringförmige Vertiefung (32c) vorgesehen ist, wobei die radiale Position des im größeren Abstand (g₁) angeordne­ ten Scheitels der Vertiefung (32c) mit dem Außenradius (m) zusammenfällt. (Fig. 5)

2. Fahrzeug-Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (32c) im Querschnitt bogenförmig ausgebildet ist.

3. Fahrzeug-Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (32c) im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet ist.

4. Fahrzeug-Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (32c) im Querschnitt kreissegmentförmig ausgebildet ist.