DE10111292A1

DE10111292A1 - Lüfteranordnung für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10111292A1
Application number: DE10111292A
Authority: DE
Inventors: Horst Braun; Thomas Berger; Uwe Knappenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-10-10
Also published as: JP2004523198A; WO2002073771A3; WO2002073771A2; MXPA02011005A; EP1405387A2; US6874991B2; US20030228217A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung für eine elektrische Maschine mit einem Lüfter (10), der um eine Achse drehbar ist, wobei Luft in axialer Richtung in den Lüfter (10) einströmt und in radialer Richtung aus dem Lüfter (10) ausströmt, einem Lagerschild (12) und einem Polrad (14), wobei ein Strömungskanal (16) zumindest teilweise von dem Lagerschild (12) und dem Polrad (14) begrenzt wird und der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals (16) in radialer Richtung im Wesentlichen konstant ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung für eine elektrische Maschine mit einem Lüfter, der um eine Achse drehbar ist, wobei Luft in axialer Richtung in den Lüfter einströmt und in radialer Richtung aus dem Lüfter aus strömt, einem Lagerschild und einem Polrad, wobei ein Strömungskanal zumindest teilweise von dem Lagerschild und dem Polrad begrenzt wird.

Stand der Technik

Beim Betrieb elektrischer Maschinen kommt es naturgemäß zu einer Wärmeentwicklung. Man ist bestrebt, diese Wärme abzuführen. Zu diesem Zweck werden häufig Lüfter verwen det, wobei diese um die Achse der elektrischen Maschine drehbar gelagert sind. Bei einer Drehung des Lüfters strömt Luft in axialer Richtung in den Lüfter ein und in radialer Richtung aus dem Lüfter aus.

Bei Generatoren, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt wer den, ist das Gehäuse teilweise als Lagerschild ausgebil det. Ein solches Lagerschild erstreckt sich vom Lager einer Läuferwelle radial nach außen und bildet dann einen Teil der sich axial erstreckenden äußeren Oberfläche des Generators. Daher beeinflusst der Lagerschild sowohl das Einströmen als auch das Ausströmen der Kühlluft.

Als nachteilig ist zu verzeichnen, dass Lagerschilde des Standes der Technik mit scharfen Kanten ausgebildet sind, was Strömungsablösungen und Wirbelbildungen zur Folge hat. Eine derart gestörte Zuströmung verursacht Geräu sche, und die Förderleistung des Lüfters wird verschlech tert.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung von Lüfter 110 und Lager schild 112 des Standes der Technik. Die Anordnung ist ein Teil eines Drehstromgenerators, wobei nur die obere Hälf te des Generators teilweise bis zur Mittellinie 130 dar gestellt ist. Die nicht dargestellte untere Hälfte des Drehstromgenerators weist eine spiegelbildliche Gestalt auf. Luft tritt von links in den Lüfter 110 im Bereich des Lufteintritts 132 ein und im Bereich 134 in radialer Richtung aus dem Lüfter aus. Es ist zu erkennen, dass die Luft vor dem Eintritt in den Lüfter 110 den Lagerschild 112 passieren muss, so dass die Luft von dem Lagerschild 112 und insbesondere den allgemein vorhandenen scharfen Kanten beeinflusst wird. Der Luftaustrittsbereich 134 ist an einer Seite von dem Lagerschild 112 begrenzt. An der anderen Seite stellt das Polrad 136 des Drehstromgenera tors eine Begrenzung dar.

Da der Abstand zwischen dem Lagerschild 112 und dem Pol rad 136 in axialer Richtung konstant ist, nimmt der Strö mungsquerschnitt des Strömungskanals 138 in radialer Richtung aufgrund der Kreisgeometrie zu. Somit wirkt der Strömungskanal 138 wie ein Diffusor, so dass es zu Strömungsablösungen kommen kann. Dies beeinträchtigt die Förderleistung des Lüfters. Ein anderer nachteiliger Effekt der Anordnung von Lüfter 110 und Lagerschild 112 des Standes der Technik besteht darin, dass aufgrund des Abstandes zwischen dem Lüfter 110 und dem Lagerschild 112 eine Rezirkulationsströmung 140 auftreten kann. Da somit erwärmte Luft in den Lüfter 110 eintritt, wird der Wir kungsgrad des Lüfters 110 verschlechtert.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Lüfteranord nung dadurch auf, dass der Strömungsquerschnitt des Strö mungskanals in radialer Richtung im Wesentlichen konstant ist. Der Strömungsquerschnitt nimmt also nicht in radia ler Richtung zu, wie es beim Stand der Technik der Fall ist. Vielmehr ist der Strömungsquerschnitt zumindest nahezu konstant. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Strömungskanal wie ein Diffusor wirkt. Strömungsablö sungen werden insofern vermieden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Strömungs querschnitt durch Anpassung der Form des Lagerschilds im Wesentlichen konstant. Der Lagerschild ist so geformt, dass der axiale Abstand zwischen Polrad und Lagerschild abnimmt, wenn man in radiale Richtung nach außen fort schreitet. Damit lässt sich die aufgrund der Kreisgeomet rie vorliegende Erweiterung des Strömungskanals kompen sieren, so dass letztlich ein Strömungskanal mit im We sentlichen konstantem Strömungsquerschnitt bereitgestellt werden kann.

Es ist zu bevorzugen, dass zwischen dem Lagerschild und dem Lüfter ein minimaler radialer Abstand im Einströmbe reich des Lüfters vorliegt. Dieser minimale radiale Ab stand verhindert ein Rückströmen von bereits erwärmter Luft. Dieses Vermeiden einer Rezirkulationsströmung ver bessert den Wirkungsgrad des Lüfters, da der Lüfter somit praktisch ausschließlich nicht vorgewärmte Luft ansaugt. Ferner wird durch den minimalen radialen Abstand im Ein strömbereich des Lüfters ein Druckausgleich zwischen dem Einströmbereich und dem Ausströmbereich verhindert. Dies beeinflusst das Strömungsverhalten des Lüfters positiv und letztlich ebenfalls den Wirkungsgrad.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Lagerschild abgerundete Kanten auf. Auf diese Weise wer den Strömungsablösungen und Wirbelbildungen verhindert, welche im Stand der Technik aufgrund der scharfen Kanten des Lüfters als nachteilig zu verzeichnen sind. Der Lüf ter arbeitet daher geräuscharm und mit großer Förderleis tung.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind radi ale Streben des Lagerschilds vorgesehen, welche von nach folgend in den Lüfter einströmender Luft umströmt werden, wobei sich die radialen Streben in axialer Richtung ver jüngen. Eine solche Verjüngung der radialen Streben be einflusst das Strömungsverhalten der einströmenden Luft positiv. Die Verjüngung der Streben ist symmetrisch.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass radiale Streben des Lagerschilds axial tropfenförmige Querschnitte aufweisen. Ein solcher tropfenförmiger Quer schnitt weist die erwähnte Verjüngung in Strömungsrich tung der einströmenden Luft auf.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt des Strömungskanals das Strömungsverhalten und letztlich der Wirkungsgrad eines Lüfters einer elektrischen Maschine verbessert werden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Gleichmäßigkeit der Strömung noch durch eine abgerun dete Gestalt des Lagerschilds unterstützt wird.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen bei spielhaft erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung von Lüfter und Lagerschild des Standes der Technik;

Fig. 2 ein Lagerschild zum Einsatz in einer erfin dungsgemäßen Lüfteranordnung; und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung von Lüfter und Lagerschild.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Darstellung des Standes der Technik gemäß Fig. 1 wurde im allgemeinen Teil der vorliegenden Beschreibung erläutert.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Lagerschilds 12 sowie die diesbezügliche Anordnung eines Lüfters 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Lager schild 12 hat einen achsnahen im Wesentlichen zylindri schen Bereich 50. Von diesem zylindrischen Bereich 50 erstrecken sich mehrere Streben. 52. Diese Streben 52 sind auf der dem Betrachter zugewandten Seite breiter und sie verjüngen sich in Richtung auf den Lüfter 10. Der Quer schnitt der Streben 52 entlang einer Schnittebene, die axial ausgerichtet ist und durch die unterbrochene Linie 54 angedeutet ist, ist tropfenförmig. An den Streben 52 setzt ein abgerundeter Bereich 56 des Lagerschilds an. Dieser abgerundete Bereich 56 geht in einen sich in axia ler Richtung erstreckenden Bereich 58 über. Der sich in axialer Richtung erstreckende Bereich 58 hat eine Viel zahl von Öffnungen 60, die den Austritt der erwärmten Luft gestatten.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung. Es ist nur ein Teil der Anordnung darge stellt. Zu erkennen sind der Lüfter 10, das Lagerschild 12 und das Polrad 14. Die Ansicht des Lagerschildes 12 entspricht einem radialen Schnitt durch das Lagerschild gemäß Fig. 2, wobei die in Fig. 2 mit A gekennzeichne ten Blickrichtung gewählt ist. Es ist der zentrale im Wesentlichen zylindrische Teil 50 des Lagerschilds 12 zu erkennen. Ferner erkennt man eine Strebe 52. Der abgerun dete Teil 56 des Lagerschilds ist an seiner dem Lüfter zugewandten Seite so geformt, dass der axiale Abstand zwischen dem Lagerschild 12 und dem Polrad 14 radial nach außen abnimmt. Auf diese Weise wird ein Strömungskanal 16 mit nahezu konstantem Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt. Die Zunahme des Strömungsquerschnittes aufgrund der Kreisgeometrie in radialer Richtung wird durch die Abnahme des axialen Abstandes zwischen dem Polrad 14 und dem Lagerschild 12 kompensiert. Ferner ist zu erkennen, dass zwischen dem Lagerschild 12 und dem Lüfter 10 im Einströmbereich der Luft 62 ein minimaler radialer Ab stand 18 vorliegt. Durch diesen minimalen radialen Ab stand 18 wird sichergestellt, dass die ausströmende Luft 64 nicht durch den Strömungskanal 16 in den Einströmbe reich der Luft zurückströmt. Es kommt somit nicht zu der nachteiligen Rezirkulationsströmung des Standes der Tech nik. Weiterhin wird ein Druckausgleich zwischen dem Ein strömbereich und dem Ausströmbereich vermieden, was zu einer nochmaligen Steigerung der Lüfterleistung führt. Der axiale Abstand zwischen dem Lagerschild 12 und dem Lüfter 10 ist größer gewählt als der minimale radiale Abstand 18. Dies hat Vorteile im Hinblick auf den Aus gleich von Toleranzen, die insbesondere bei der Fertigung entstehen.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

1. Lüfteranordnung für eine elektrische Maschine mit
einem Lüfter (10), der um eine Achse drehbar ist, wobei Luft in axialer Richtung in den Lüfter (10) einströmt und in radialer Richtung aus dem Lüfter (10) ausströmt,
einem Lagerschild (12) und
einem Polrad (14),
wobei ein Strömungskanal (16) zumindest teilweise von dem Lagerschild (12) und dem Polrad (14) begrenzt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals (16) in radialer Richtung im Wesentlichen konstant ist.

2. Lüfteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals (16) durch Anpassung der Form des Lagerschilds (12) in radialer Richtung im Wesentlichen konstant ist.

3. Lüfteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen dem Lagerschild (12) und dem Lüfter (10) ein minimaler radialer Abstand (18) im Ein strömbereich des Lüfters (10) vorliegt.

4. Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (12) abgerundete Kanten aufweist.

5. Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass radiale Streben (52) des Lagerschilds (12), welche von nachfolgend in den Lüfter (10) einströmender Luft umströmt werden, sich in axialer Richtung verjüngen.

6. Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass radiale Streben (52) des Lagerschilds (12) axial tropfenförmige Querschnitte aufweisen.