DE10063146A1 - Wechselstromgenerator für Fahrzeuge mit geräuscharmem Betrieb - Google Patents

Abstract

Die rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge umfaßt einen Läufer und einen Ständer (2) mit einem Blechpaket (6) und einer Drahtwicklung (14), die in Nuten (10) des Blechpakets angeordnet ist. Er enthält ein mechanisches Dämpfungselement (46), das zwischen einer Folie (30), in der die Drähte (12) aufgenommen sind, und den Nuten (10) eingefügt ist.

Description

Die Erfindung betrifft rotierende elektrische Maschinen, insbesondere Wechselstromgeneratoren und Anlassergeneratoren für Kraftfahrzeuge.

Es sind Wechselstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge bekannt, die einen Läufer mit Polhörnern und einen Ständer umfassen, der eine Wicklung aus in Nuten eines Blechpakets aufgenommenen Drähten enthält. Die Wicklung ist vollständig mit einem Flüssigharz überzogen, das nach dem Aushärten die Drähte im Verhältnis zueinander sichert und verhindert, daß sie durch Reibung aneinander abisoliert werden. Es ist jedoch festzustellen, daß ein solcher Wechselstromgenerator im Betrieb eine starke Geräuschentwicklung erzeugt.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Maschine vorzuschlagen, die weniger Geräusche erzeugt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Dabei ergibt sich eine Dämpfung der Bewegung der Drähte in ihren Nuten. Dadurch werden in hohem Maße die mechanischen Schwingungen gedämpft, die in den Drähten infolge der Kräfte erzeugt werden, die in diesen Drähten aufgrund der Magnetfelder auftreten, denen sie ausgesetzt sind. Diese Dämpfung verringert die durch die Maschine erzeugte Geräuschentwicklung. Dadurch ergibt sich eine Maschine, bei der die Drähte im Verhältnis zueinander sowie im Verhältnis zu dem Blechpaket in hohem Maße gesichert bleiben und die weniger Geräusche erzeugt.

Dank der Erfindung wird im akustischen Bereich der Geräuschunterschied verringert, wenn die Maschine im Kalt- und im Warmzustand läuft. Von daher ergibt sich im Warmzustand und im Kaltzustand insgesamt die gleiche akustische Geräuschentwicklung. Dies wird noch weiter verbessert, wenn der Ständer im Gehäuse mittels eines Abstandsstücks aus Dämpfungsmaterial befestigt ist.

Die erfindungsgemäße Maschine kann außerdem wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweisen:

• - Das Dämpfungselement ist elastisch.
• - Das Dämpfungselement enthält Silikon.
• - Das Dämpfungselement enthält einen Klebstoff.
• - Sie enthält eine Substanz, die die Drähte untereinander starr sichert.
• - Es handelt sich um einen Wechselstromgenerator oder um einen Anlassergenerator. Und/oder:
• - Die Wicklung enthält Leiter in Form von Haarnadeln, wie dies beispielsweise in der WO 92/06527 beschrieben wird, wobei die Haarnadeln einen rechteckigen Querschnitt aufweisen können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsart, die als Beispiel ohne einschränkende Wirkung angeführt wird. In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht eines Wechselstromgenerators nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung;

Fig. 2 eine endseitige Teilansicht des Ständers des Wechselstromgenerators von Fig. 2; und

Fig. 3 eine Detailansicht eines Teils des Ständers von Fig. 2.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 stellt die vorliegende Ausführungsart der Erfindung einen Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge dar. Dieser Wechselstromgenerator 1 umfaßt ein Gehäuse 3 und einen Läufer 5 sowie einen Ständer 2 mit der Hauptachse 4. Der Läufer umfaßt, wie an sich bekannt, eine Welle 7 mit der Achse 4, die zwei Polräder 9 mit Polhörnern trägt, zwischen denen sich ein Läufererregerkern 111 erstreckt.

Zu weiteren Einzelheiten kann beispielsweise auf die Druckschrift FR- A-2 596 930 (DE-B-3 673 995) oder auf die Druckschrift EP-B-0 515 259 verwiesen werden.

Das Gehäuse 3 umfaßt daher hier zwei durchbrochene endseitige Lagerschilde 3a, 3b, die jeweils mittig ein Lager, hier in Form eines Kugellagers, enthalten.

Die Enden der Welle 7 sind drehend in den Innenringen der Kugellager gelagert. Der Kern 111 ist zwischen den Polrädern 9 eingeschlossen, die jeweils an ihrem äußeren Umfang zu dem jeweils anderen Polrad gerichtete Zähne aufweisen, wobei die Zähne ineinander verzahnt sind. Am Kern 111 ist eine Erregerspule 112 angeordnet, die an auf einem Träger 115 angebrachte Schleifringe 113, 114 angeschlossen si nd. Fest mit einem (nicht dargestellten) Bürstenhalter verbundene Kohlebürsten können an den Schleifringen 113, 114 in Reibung treten. Die Kohlebürsten und die Bürstenhalter sind am hinteren Lagerschild 3a angebracht, der außerdem eine Gleichrichtervorrichtung, üblicherweise mit Dioden, trägt, um den Wechselstrom in Gleichstrom gleichzurichten.

Wenigstens eines der Polräder 9, hier das vordere Polrad, trägt einen Lüfter 116 für die Innenbelüftung des Wechselstromgenerators, dessen Lagerschilde 3ä, 3b dazu durchbrochen sind. Die Lagerschilde 3a, 3b weisen hier an ihrem äußeren Umfang eine axial ausgerichtete ringförmige Randleiste 3c bzw. 3d auf. Das vordere Ende der Welle 4 trägt außen eine Riemenscheibe 117.

In die Auskehlung der Riemenscheibe 117 wird bekanntlich ein Riemen eingelegt, um die Drehverbindung der Welle 7 mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs herzustellen, das dazu eine treibende Welle aufweist, die eine andere Riemenscheibe antreibt, an der der besagte Riemen angebracht wird.

Die Zähne der Polräder 9 weisen jeweils wenigstens eine geräuschdämpfende Abschrägung auf, wie dies in der vorerwähnten Druckschrift EP-B-0 515 259 beschrieben wird. Vorteilhafterweise sind bei jedem Zahn seitlich zwei identische geräuschdämpfende Abschrägungen vorgesehen, wie dies in den Fig. 2, 3 und 5 dieser Druckschrift EP-B-0 515 259 deutlicher zu erkennen ist.

Der Ständer 2 ist innen am Gehäuse 3 befestigt.

Hier ist der Ständer 2 in der Randleiste 3c des hinteren Lagerschilds 3a aufgenommen, der anhand von Stehbolzen 118 mit dem Lagerschild 3b verbunden ist. Der Ständer 2 ist hier in der muffenförmigen Randleiste 3c über ein Abstandsstück aus Dämpfungsmaterial, hier aus Elastomer oder aus Naturkautschuk, befestigt, das zwischen der Randleiste 3c und dem Umfang des Ständers 2 eingefügt ist, wobei es diesen, hier teilweise, übergreift.

Das Abstandsstück umfaßt hier zwei ringförmige Teile 119, 120 mit einem winkelförmigen Querschnitt.

Jedes Teil 119, 120 bedeckt das hintere Ende bzw. das vordere Ende des Ständers 2 und ist zwischen einer Schulter und der hinteren bzw. vorderen Fläche des Ständers 2 eingefügt.

Eine der Schultern, und zwar die hintere Schulter, ist hier mittels einer Durchmesseränderung der Randleiste 3c ausgebildet, während die vordere Schulter aus Wulsten 121 der Stehbolzen 118 besteht.

Als Variante sind die Teile 119, 120 auf dem Umfang des Ständers 2 aufgeformt.

Wie in Fig. 2 der Druckschrift FR-A-2 596 930 zu erkennen ist, besteht das Abstandsstück als Variante aus einer Mehrzahl von zylindrischen Pfropfen. Es können Verstärkungsringe vorgesehen sein. Alle Anordnungen der Druckschrift FR-A-2 596 930 können in Betracht gezogen werden.

Dank dieser Anordnungen werden die Schwingungen des Ständers 2 gedämpft.

Der Ständer 2 umfaßt ein Blechpaket 6 einer an sich bekannten Art. Die Bleche 6 haben eine ringförmige ebene Gesamtform. Sie sind identisch und koaxial aneinander geschichtet. Die Bleche weisen eine kreisförmige Außenkante 8 mit der Achse 4 und eine Innenkante 11 auf, die so eingeschnitten ist, daß Nuten 10 mit der allgemeinen Form eines "U" gebildet werden. Die Bleche sind so geschichtet, daß ihre Umrisse sich in Übereinstimmung befinden.

Der Ständer umfaßt wenigstens eine Wicklung 14 aus gewickelten Drähten 12. Jeder Draht 12 weist geradlinige Teilstücke, die sich in den zur Achse 4 parallelen Nuten 10 erstrecken, und gekrümmte Teilstücke auf, die die Verbindung zwischen den geradlinigen Teilstücken herstellen. Die Gruppen von gekrümmten Teilstücken bilden Schaltenden. Die Schaltenden bilden die beiden axialen Abschlußkanten 16 des Ständers, die sich axial vorstehend vom Blechpaket 6 an jedem axialen Ende dieses Blechpakets erstrecken. Der Ständer, das Blechpaket und die Wicklung 14 haben jeweils eine zylindrische Gesamtform mit der Achse 4. An bestimmten Stellen des Ständers treten Drähte der Wicklung aus dem Ständer hervor, um Phasendrähte zu bilden, die an den Verbinder des Wechselstromgenerators und an die vorgenannten Gleichrichtervorrichtung anzuschließen sind, wie dies hier nicht veranschaulicht und an sich bekannt ist. Der Wechselstromgenerator ist hier als Drehstromgenerator ausgeführt.

Die Drähte 12 bestehen jeweils aus einer elektrisch leitenden Ader und aus einer elektrisch nichtleitenden Außenhülle.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist festzustellen, daß sich am Boden jeder Nut 10 eine Folie 30 beispielsweise aus einem unter der Bezeichnung Mylar bekannten Material erstreckt, bei dem es sich um einen an sich bekannten Duroplast handelt. Diese Folie 30 bedeckt den Boden 42 und die Wände 44 der Nut 10. Sie ist umgebogen, um ebenfalls ein "U"-Profil aufzuweisen. Gegenüber der Achse 4 ist die Nut 10 mit den darin enthaltenen Drähten 12 durch eine Folie 32 verschlossen, beispielsweise durch eine Pappe, verschlossen, die sich an die Ränder der Mylar-Folie 30 anschließt, um zusammen mit dieser einen geschlossenen Zwischenraum entlang der zur Achse 4 radialen Richtung zu bilden.

Die Folie 30 besitzt eine gute Hitzebeständigkeit sowie eine gute chemische und Abriebfestigkeit.

Es kann jede andere Folie aus einem Material mit ihren Eigenschaften in Betracht gezogen werden.

Erfindungsgemäß enthält jede Nut 10 einen elastischen Werkstoff zur mechanischen Dämpfung, der im vorliegenden Fall aus einem Silikonklebstoff 46 einer an sich bekannten Art besteht, der nach dem Trocknen ein elastisches Verhalten aufweist. Der Klebstoff 46 wird zwischen der Folie 30 auf dem Boden der Nut 10 und der Nut eingebracht, mit denen er in direktem Kontakt steht.

Darüber hinaus werden sämtliche Drähte 12 in an sich bekannter Weise mit einem Hartlack 22 überzogen, der sich insbesondere in den Nuten 10 in Kontakt mit den Drähten 12, der Folie 30 und dem Blatt 32 erstreckt. Der Imprägnierlack 22 bedeckt außerdem die Drähte im Bereich der Schaltenden. Er sichert alle diese Elemente, mit denen er sich in Kontakt befindet, starr untereinander. Er sichert vor allem die Drähte untereinander.

Dadurch ergibt sich eine gute mechanische Trennung zwischen den Drähten und den Blechen 7 des Ständers 2, wobei sich die Drähte gut untereinander halten. Dank des Vorhandenseins des Abstandsstücks 119, 120 weist die Maschine insgesamt im Warmzustand und im Kaltzustand die gleiche akustische Geräuschentwicklung auf.

Ein Klebstoff der vorgenannten Art besitzt im flüssigen Zustand vor seiner Aushärtung eine hohe Viskosität. Er kann daher gleichzeitig mit der Auftragung des Lacks 22 aufgebracht werden, ohne daß die Gefahr einer Vermischung der beiden Substanzen bestünde. Die beiden Substanzen werden im flüssigen Zustand aufgetragen. Das spätere Brennen des Ständers bewirkt das Aushärten des Lacks 22 und die Verfestigung des Klebstoffs, der zu einer elastischen Substanz wird. Der Klebstoff und der Lack polymerisieren jeweils während des Brennens.

Die Drahte 12 werden untereinander und im Verhältnis zum Blechpaket gesichert, wodurch das Risiko ihrer Abisolierung eingeschränkt wird. Am Boden der Nut 10 können sich die Drähte 12 weiterhin als Gruppe geringfügig im Verhältnis zur Nut bewegen. Dank dieser Bewegungsfreiheit schafft der Klebstoff 46 eine Dämpfung, die es ermöglicht, die Schwingungen weitgehend zu dämpfen, die im Blechpaket des Ständers infolge der Kräfte auftreten, denen die Bleche aufgrund der magnetischen Wechselwirkungen ausgesetzt sind. Das üblicherweise dadurch erzeugte Geräusch, das herkömmlicherweise als "magnetisches Rauschen" bezeichnet wird, fällt daher schwach aus. Der Wechselstromgenerator ist daher relativ geräuscharm. Darüber hinaus gewährleistet die Erfindung eine gute Gesamtsicherung der Wicklung 14 im Verhältnis zum Blechpaket 6. Ein derartiger Silikonklebstoff hat den Vorteil, daß er im Warmzustand ebenso wie im Kaltzustand, insbesondere zwischen -20 und 200°, geschmeidig bleibt. Er ermöglicht daher eine Geräuschminderung in allen normalen Betriebsphasen des Wechselstromgenerators.

Die Polräder weisen vorteilhafterweise, wie vorstehend erwähnt, geräuschdämpfende Abschrägungen auf.

An der Erfindung können natürlich zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Bei der erfindungsgemäßen Maschine kann es sich um einen Motor handeln.

In einer Ausführungsform ist der Wechselstromgenerator im einzelnen so konstruiert, daß er reversibel ist und als Elektromotor betrieben werden kann, um den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs anzulassen, wie dies in der FR-B-2 745 444 beschrieben wird. Eine solche Maschine wird als Anlassergenerator bezeichnet.

Das elastische Dämpfungselement kann eine in den Nuten angebrachte Elastomerfolie sein.

Das Dämpfungselement kann eine nicht elastische Dämpfung ausführen.

Diese Erfindung kann natürlich auch bei Ständern zur Anwendung kommen, deren Wicklung starre Leiter in Haarnadelform umfaßt.

Claims (9)

1. Rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge, umfassend einen Läufer (5) und einen Ständer (2) mit einem Blechpaket (6) und einer Drahtwicklung (14), die in Nuten (10) des Blechpakets angeordnet ist, wobei ein mechanisches Dämpfungselement (46) zwischen den Drähten (12) und den Nuten (10) eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine in jeder Nut (10) zwischen den Drähten (12) und der Nut eingefügte Folie (30) umfaßt und daß das mechanisches Dämpfungselement (46) zwischen der Folie (30) und der Nut (10) eingefügt ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (46) elastisch ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (46) Silikon enthält.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (46) einen Klebstoff enthält.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Substanz (22) enthält, die die Drähte (12) untereinander starr sichert, wobei sie sich mit der Folie (30) in Kontakt befindet.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (2) im Gehäuse (3) der Maschine über ein Abstandsstück (119, 120) aus einem dämpfenden Werkstoff gelagert ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Wechselstromgenerator handelt.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Anlassergenerator handelt.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung Leiter in Form von Haarnadeln enthält.