CH664242A5

CH664242A5 - NOISE REDUCING FAN.

Info

Publication number: CH664242A5
Application number: CH3093/82A
Authority: CH
Inventors: Yasuhiro Sekine; Hiroshi Harada; Masayuki Kuwayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-05-19
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1988-02-15
Also published as: MX152982A; ES8309037A1; AU552562B2; FR2506536B1; FR2506536A1; JPS57193951A; ES512312A0; GB2102216A; GB2102216B; AU8385182A

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen geräuschreduzierenden Ventilator für eine drehende elektrische Maschine mit einem an einem Joch befestigten Stator und einem auf einer drehbar auf dem Joch gestützen Welle befestigten Rotor. DESCRIPTION The present invention relates to a noise reducing fan for a rotating electrical machine having a stator attached to a yoke and a rotor attached to a shaft rotatably supported on the yoke.

Eine herkömmliche, sich drehende Maschine, z.B. ein Motor zum Antrieb eines elektrischen Wagens, ist in Fig. 1 dargestellt. Sie umfasst ein Joch 1 mit einer Lufteinlassöffnung 3, Träger 4, 5 an jedem Ende des Jochs und Lager 6 für eine Welle 7. Ein Rotor 8 umfasst einen Eisenkern 8a, eine Rotorspule 8b, einen Stromwender 8c sowie ein Drehkreuz 9. Eine Luftdurchgangsöffnung 10, welche durch den Rotor und das Drehkreuz gebohrt ist kommuniziert mit einem Kühlventilator 11, der auf der Welle montiert ist. Eine auf dem Träger 5 vorgesehene Bürste 12 hat Kontakt mit dem Stromwender 8c. Ein auf dem Joch befestigter Stator 13 umfasst einen Eisenkern 13a und eine Statorspule 13b. A conventional rotating machine, e.g. a motor for driving an electric car is shown in Fig. 1. It comprises a yoke 1 with an air inlet opening 3, supports 4, 5 at each end of the yoke and bearings 6 for a shaft 7. A rotor 8 comprises an iron core 8a, a rotor coil 8b, a commutator 8c and a turnstile 9. An air passage opening 10 which is drilled through the rotor and the turnstile communicates with a cooling fan 11 which is mounted on the shaft. A brush 12 provided on the carrier 5 is in contact with the commutator 8c. A stator 13 fastened on the yoke comprises an iron core 13a and a stator coil 13b.

Da der Rotor 8 und der Kühlventilator 11 mit der Welle 7 rotieren, entsteht ein Luftstrom von der Einlassöffnung 2 zur Auslassöffnung 3 durch die Lücke zwischen dem Rotor und dem Stator 13 und der Luftdurchtrittsöffnung 10, wie es durch die gestrichelten Linien angezeigt ist, wobei der erhitzte Rotor und Stator wirkungsvoll gekühlt werden. Since the rotor 8 and the cooling fan 11 rotate with the shaft 7, an air flow from the inlet opening 2 to the outlet opening 3 arises through the gap between the rotor and the stator 13 and the air passage opening 10, as indicated by the dashed lines, the heated rotor and stator can be cooled effectively.

Ein elektrischer Wagenmotor wird über einen breiten Geschwindigkeitsbereich von 0 - 4000 UMdrehungen pro Minute betrieben. Da der Kühlventilator 11 bei einem herkömmlichen Motor auf der Welle befestigt ist, weist die Rotationsgeschwindigkeit des Kühlventilators den gleichen Wert auf wie diejenige des Motors, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellt ist. An electric carriage motor is operated over a wide speed range from 0 to 4000 revolutions per minute. Since the cooling fan 11 is fixed on the shaft in a conventional motor, the rotation speed of the cooling fan has the same value as that of the motor, as shown by the broken line in FIG. 2.

Es ist bekannt, dass das Motorengeräusch primär auf den durch den Kühlventilator 11 bewegten Luftfluss zurückzuführen ist, wobei das Geräusch durch die folgende Formel definiert wird: It is known that the engine noise is primarily due to the air flow moved by the cooling fan 11, the noise being defined by the following formula:

N = K (70 log D + 59 log n), N = K (70 log D + 59 log n),

wobei in which

K eine Geräuschkonstante ist (0.15 0.35) K is a noise constant (0.15 0.35)

D der Durchmesser des Ventilators 11 und n die Rotationsgeschwindigkeit des Kühlventilators sind. D is the diameter of the fan 11 and n is the rotation speed of the cooling fan.

Der herkömmliche Motor weist den Nachteil auf, dass das während seinem Betrieb entwickelte Geräusch fast linear mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit ansteigt. The conventional motor has the disadvantage that the noise developed during its operation increases almost linearly with increasing rotational speed.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben beschriebene Motorengeräusch zu reduzieren. Dies wird erfin-dungsgemäss erzielt durch a) einen drehbar auf der Welle befestigten Kühlventilator, It is an object of the present invention to reduce the engine noise described above. This is achieved according to the invention by a) a cooling fan rotatably mounted on the shaft,

b) eine Mehrzahl von entweder auf dem Rotor oder dem Kühlventilator befestigten Magnetpaaren und c) eine aus einem nicht eisenhaltigen, elektrisch leitenden Material gefertigte Drehscheibe, die entweder auf dem Kühlventilator oder dem Rotor, der nicht die Mehrzahl von Magnetpaaren trägt, befestigt ist, um mit den Magneten zusammen zu wirken und mit denselben eine Antriebskupplung für den Kühlventilator zu bilden, wobei der Schlupf als Funktion der Drehgeschwindigkeit zunimmt. b) a plurality of magnet pairs either attached to the rotor or the cooling fan and c) a turntable made of a non-ferrous, electrically conductive material which is attached to either the cooling fan or the rotor, which does not carry the plurality of magnet pairs to cooperate with the magnets and to form a drive clutch for the cooling fan with the latter, the slip increasing as a function of the rotational speed.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Motorengeräusche herabgesetzt werden können, ohne dass die axiale Länge des Motors erhöht werden muss. An advantage of the present invention is that engine noise can be reduced without increasing the axial length of the engine.

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: In the following an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche Maschine, z.B. einen elektrischen Motor, Fig. 1 shows a section through a conventional machine, e.g. an electric motor,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Rotationsgeschwindigkeit eines Motors und 5 einem Kühlventilator, 2 is a graph showing the relationship between the rotational speed of an engine and a cooling fan;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Rotationsgeschwindigkeit und dem durch einen Motor hervorgerufenen Geräusch, 3 is a graphical representation of the relationship between the speed of rotation and the noise caused by a motor;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Gebläseteil einer rotierenden Maschine, entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 4 shows a section through the blower part of a rotating machine, in accordance with a preferred exemplary embodiment of the invention,

Fig. 5 einen vergrösserten Schnitt, entsprechend der Linie V-V der Fig. 4, 5 is an enlarged section, along the line V-V of FIG. 4,

Fig. 6 ein schematisches Diagramm zur Erklärung des Grundprinzips der Erfindung, 6 is a schematic diagram for explaining the basic principle of the invention;

Fig. 7 und 8 Querschnitte durch das Gebläse entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung und 7 and 8 cross sections through the blower according to further embodiments of the invention and

Fig. 9 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Magnetpaar auf dem Rotor und der Scheibenflansch am Kühlventilator montiert ist. Fig. 9 shows a section through an embodiment in which the pair of magnets is mounted on the rotor and the disc flange on the cooling fan.

In den Fig. 4 bis 8 ist das Lager 14 ersichtlich, welches auf der Rotor welle 7 vorgesehen ist. Ein Kühlventilator 15 ist an der äusseren Fläche des Lagers befestigt, so dass er unabhängig um die Welle rotiert werden kann und weist einen ringförmigen Hohlraum 15' mit zwei inneren Wänden 15a und 15b auf, welche sich in der Nähe der Lagers gegenüberliegen. Mit den Bezugszeichen 16a und 16b werden Magnetpaare bezeichnet, wel5 4 to 8, the bearing 14 can be seen, which is provided on the rotor shaft 7. A cooling fan 15 is attached to the outer surface of the bearing so that it can be rotated independently around the shaft and has an annular cavity 15 'with two inner walls 15a and 15b, which face each other in the vicinity of the bearing. The reference symbols 16a and 16b denote magnet pairs, wel5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

che an den inneren Wänden 15a, 15b des Ventilatorhohlraumes 15' befestigt sind. che on the inner walls 15a, 15b of the fan cavity 15 '.

Die Anordnung der Magnetpaare 16a, 16b ist in Fig. 5 im Detail dargestellt. Eine Mehrzahl von Magnetpaaren, von welchen jedes einen Nord- und einen Südpol umfasst, die sich gegenüberliegen, sind auf dem Umfang und abwechselnd auf den Innenwänden 15a, 15b des Ventilatorhohlraumes 15' angeordnet. The arrangement of the magnet pairs 16a, 16b is shown in detail in FIG. 5. A plurality of magnet pairs, each comprising a north and a south pole, which are opposite to each other, are arranged on the circumference and alternately on the inner walls 15a, 15b of the fan cavity 15 '.

Eine Drehscheibe 17 aus nicht eisenhaltigem, aber elektrisch leitendem Material, wie Kupfer oder Aluminium, ist auf dem Rotordrehkreuz 9 montiert, wobei die Scheibe 17 einen sich in den ringförmigen Hohlraum 15' des Kühlventilators erstreckenden ringförmigen Flansch aufweist und zwischen den Magnetpaaren 16a, 16b mit den Abständen 18 angeordnet ist. A turntable 17 made of non-ferrous but electrically conductive material such as copper or aluminum is mounted on the rotor turnstile 9, the disk 17 having an annular flange extending into the annular cavity 15 'of the cooling fan and between the magnet pairs 16a, 16b the distances 18 is arranged.

Wenn beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 4 und 5 angenommen wird, dass sich die Scheibe 17 in Richtung des Pfeiles gemäss Fig. 6 bewegt, werden die magnetischen Kraftlinien 19 vom Nordpol zum Südpol des Magnetes durch den ringförmigen Scheibenflansch geschnitten, wobei Wirbelströme in der Oberfläche der Scheibe induziert werden. Die resultierende gegenseitige Beeinflussung des durch die Ventilatormagnete produzierten Flusses mit den induzierten Wirbelströmen im Rotorscheibenflansch bewirkt, dass der Kühlventilator 15 in Rotation versetzt wird. Die Resultierenden der im Scheibenflansch induzierten Wirbelströme können als eine Serie vom Stromvektoren von abwechselnder Polarität senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien und der Richtung der Scheibenbewegung dargestellt werden, wobei eine Serie von einseitig gerichteten Kraftvektoren erzeugt wird, die auf den Kühlventilator und die Magnete einwirken und den Kühlventilator in der gleichen Richtung wie die Scheibe in Rotation versetzen. Die Rotationsgeschwindigkeit des angetriebenen Kühlventilators ist nicht direkt proportional zu oder linear abhängig von der Geschwindigkeit der Scheibe 17 oder des Rotors wie bei bekannten Vorrichtungen, sondern folgt einer abgeflachten Kurve, wie durch die ausgezogene Line in Fig. 2 dargestellt, infolge einer Zunahme des Schlupfes zwischen den Magneten und des Scheibenflansches, wenn die Rotor-Scheibengeschwindigkeit zunimmt. Dieser Schlupf ist unter anderem auf den als Funktion der Geschwindigkeit ansteigenden Luftwiderstand zurückzuführen und beeinträchtigt die Kühlung des Motors nicht, da der Kühlventilator bei höheren Geschwindigkeiten einen Mehrbetrag an Luft fördert. If it is assumed in the exemplary embodiment according to FIGS. 4 and 5 that the disk 17 moves in the direction of the arrow according to FIG. 6, the magnetic lines of force 19 from the north pole to the south pole of the magnet are cut by the annular disk flange, with eddy currents in the surface the disc can be induced. The resulting mutual influencing of the flux produced by the fan magnets with the induced eddy currents in the rotor disk flange causes the cooling fan 15 to be set in rotation. The resultants of the eddy currents induced in the disk flange can be represented as a series of current vectors of alternating polarity perpendicular to the magnetic lines of force and the direction of the disk movement, producing a series of unidirectional force vectors that act on the cooling fan and magnets and the cooling fan rotate in the same direction as the disc. The speed of rotation of the driven cooling fan is not directly proportional to or linearly dependent on the speed of the disk 17 or the rotor as in known devices, but follows a flattened curve as shown by the solid line in Fig. 2 due to an increase in the slip between the magnet and the disc flange as the rotor disc speed increases. This slip is due, among other things, to the increasing air resistance as a function of the speed and does not impair the cooling of the engine, since the cooling fan conveys an additional amount of air at higher speeds.

664 242 664 242

Da die Rotationsleistung zum Antrieb des Ventilators durch Wirbelströme erzeugt wird, welche aufgrund der Tatsache induziert werden, dass der Kühlventilator mit tieferer Geschwindigkeit als die Scheibe rotiert, ist die Rotationsgeschwindigkeit des Kühlventilators notwendigerweise kleiner als diejenige des Rotors. Daraus resultiert eine Reduktion des durch den Motor erzeugten Geräusches, wie durch die fest ausgezogene Kurve in Fig. 3 dargestellt wird. Since the rotational power for driving the fan is generated by eddy currents induced due to the fact that the cooling fan rotates at a lower speed than the disc, the rotational speed of the cooling fan is necessarily lower than that of the rotor. This results in a reduction in the noise generated by the engine, as shown by the solid curve in FIG. 3.

Die Rotationsgeschwindigkeit des Kühlventilators, und davon abhängig der Geräuschpegel, sind frei steuerbar durch Einstellung der Stärke und/oder Zahl der Magnetpaare und/oder der Grösse der Luftspalten 18. The speed of rotation of the cooling fan, and depending on it the noise level, can be freely controlled by adjusting the strength and / or number of magnet pairs and / or the size of the air gaps 18.

In der Fig. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem die angeflanschte Scheibe 17 in einer ringförmigen Vertiefung im Drehkreuz 9 vorgesehen ist. Die anderen Komponenten und der Betrieb der Gebläsevorrichtung sind im wesentlichen identisch mit dem Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 4. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Scheibe 17 und die Magnete 16a, 16b innerhalb des Drehkreuzes vorgesehen und vermeiden dadurch jede Vergrösserung der axialen Länge des Motors, ohne die beabsichtigten Effekte der Erfindung zu beeinträchtigen. 7 shows another embodiment of the invention, in which the flanged disk 17 is provided in an annular recess in the turnstile 9. The other components and the operation of the blower device are essentially identical to the exemplary embodiment according to FIG. 4. In this exemplary embodiment, the disk 17 and the magnets 16a, 16b are provided within the turnstile and thereby avoid any increase in the axial length of the motor without to interfere with the intended effects of the invention.

In Fig. 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die rotierende Scheibe 17 ebenfalls in einer ringförmigen Vertiefung des Drehkreuzes 9 vorgesehen ist, sich jedoch senkrecht zur Achse des Motors erstreckt, wobei die Magnete 16a, 16b innerhalb eines radialen Hohlraumes 15' des Kühlventilators vorgesehen sind, wobei die axiale Länge des Motors im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 verkürzt werden kann. Another embodiment is shown in FIG. 8, in which the rotating disk 17 is also provided in an annular recess of the turnstile 9, but extends perpendicular to the axis of the motor, the magnets 16a, 16b inside a radial cavity 15 'of the cooling fan are provided, the axial length of the motor being able to be shortened in comparison with the exemplary embodiment according to FIG. 4.

In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wurde eine Gebläsevorrichtung beschrieben, in welcher Magnete in einem Ventilatorhohlraum und eine angeflanschte Scheibe auf dem Drehkreuz befestigt sind, wobei eine umgekehrte Anordnung dieser Komponenten ebenfalls bei ähnlichem Betrieb und Effekt verwendet werden kann wie das durch das Ausführungsbeispiel-gemäss der Fig. 9 dargestellt ist. In the previous exemplary embodiments, a blower device has been described in which magnets are fastened in a fan cavity and a flanged disc is attached to the turnstile, whereby an inverted arrangement of these components can also be used with a similar operation and effect to that used by the exemplary embodiment according to FIG. 9 is shown.

Testresultate haben bestätigt, dass Geräusche von einem Motor entsprechend der vorliegenden Erfindung etwa um 8 dB(A) bei 1 m und einer Rotationsgeschwindigkeit von 2500 Umdrehungen pro Minute im Vergleich mit einem bekannten Motor reduziert wurden. Test results have confirmed that noise from a motor according to the present invention was reduced by approximately 8 dB (A) at 1 m and a rotational speed of 2500 revolutions per minute compared to a known motor.

3 3rd

5 5

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

V V

2 Blätter Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

664 242

1. Noise-reducing fan for a rotating electrical machine with a stator (13) fastened to a yoke (1) and a rotor (8) fastened to a shaft (7) rotatably supported on the yoke (1), characterized by a) a rotatable one cooling fan (15) attached to the shaft (7),

b) a plurality of either on the rotor (8) or the cooling fan attached magnet pairs (16a, 16b) and c) a turntable (17) made of a non-ferrous, electrically conductive material, which either on the cooling fan (15) or Rotor (8), which does not carry the plurality of magnet pairs (16a, 16b), is fastened in order to cooperate with the magnets (16a, 16b) and to form a drive coupling for the cooling fan (16) with them, the slippage increases as a function of the rotational speed.

2. Fan according to claim 1, characterized in that the magnets (16a, 16b) and the turntable (17) lie essentially parallel to the shaft (7) and the disk (17) is arranged between the magnet pairs (16a, 16b) includes annular flange.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Fan according to claim 1, characterized in that the magnets (16a, 16b) and the turntable (17) lie opposite one another and are essentially perpendicular to the shaft (7), and the disk (17) one between the magnet pairs (16a, 16b) arranged annular flange.

4. Fan according to claim 2 or 3, characterized in that each of the magnet pairs (16a, 16b) comprises a north pole and a south pole, which are arranged opposite one another in an annular cavity (15 ') of the cooling fan (15).

5. Fan according to claim 4, characterized in that the plurality of magnet pairs (16a, 16b) on the circumference and alternately on the inner walls of the cavity (15 ') are arranged.

6. Fan according to claim 4, characterized in that the turntable (17) is arranged in an annular cavity of the rotor (8).

7. Fan according to claim 1, characterized in that the turntable (17) is made either of copper or aluminum.