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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Anmeldung betrifft allgemein Lichtmaschinen in Fahrzeugen und insbesondere Kühlsysteme für derartige Lichtmaschinen.
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HINTERGRUND
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Im Handel erhältliche Fahrzeuge umfassen eine sich drehende elektrische Maschine bzw. eine Lichtmaschine, mit einem internen Lüftungs- oder Kühlsystem zum Führen von Luft durch die Lichtmaschine. 1 veranschaulicht ein Beispiel einer vorhandenen Lichtmaschine 101, die einen Rotor 102 und eine Welle 104 umfasst, die sich durch die Mitte des Rotors 102 erstreckt, der eine ringförmige Form aufweist. Ein vorderes axiales Ende der Welle 104 ist mit einer Antriebsriemenscheibe 106 gekoppelt, die Bewegung von einem Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) auf die Lichtmaschine 101 überträgt. Die Lichtmaschine 101 weist außerdem ein internes Kühlsystem mit einem vorderen Lüfter 112, der an einem vorderen Ende des Rotors 102 axial mit der Welle 104 gekoppelt ist, und einen hinteren Lüfter 114 auf, der an einem hinteren Ende des Rotors 102 axial mit der Welle 104 gekoppelt ist.
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Da die Welle 104 direkt mit beiden Lüftern 112 und 114 und mit dem Rotor 102 gekoppelt ist, verursacht eine Drehung der Welle 104 eine entsprechende Drehung des Rotors 102 und beider Lüfter 112 und 114. Aufgrund dessen drehen sich die Lüfter 112 und 114 mit derselben Drehzahl wie die Lichtmaschinenwelle 104. Darüber hinaus stehen, da die Welle 104 der Lichtmaschine 101 von dem Fahrzeugmotor (über die Antriebsriemenscheibe 106) angetrieben wird, die Lüfterdrehzahlen auch in Zusammenhang mit der Motordrehzahl. Wenn sich der Motor zum Beispiel im Leerlauf befindet, arbeiten die Lüfter 112 und 114 mit ihrer niedrigsten Betriebsdrehzahl (z.B. 1625 rpm). Und wenn die Motordrehzahl hoch ist (z.B. 5000 rpm) arbeiten auch die Lüfter 112 und 114 mit hohen Betriebsdrehzahlen (z.B. 12.500 rpm) (wie z.B. die Kurve B in 11 zeigt).
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Wenn die Lichtmaschinenlüfter mit hohen Drehzahlen arbeiten, kann der durch die Lüfter erzeugte Luftstrom übermäßig groß werden und ein beträchtliches abgestrahltes Geräusch erzeugen, was Probleme (a penalty) hinsichtlich Geräusch, Vibration und Rauheit (Noise, Vibration, and Harshness, NVH) zur Folge hat. Gleichzeitig hat die Größe von Lichtmaschinen zugenommen, um zunehmende elektrische Lasten von Fahrzeugen zu unterstützen, und als eine Nebenwirkung haben auch die internen Wärmelasten für Lichtmaschinen zugenommen. Daher sind für Lichtmaschinen von heute größere Lüfter erforderlich, um für eine angemessene Kühlung zu sorgen, aber sie müssen auch mit sehr hohen Drehzahlen arbeiten, um sich den höheren elektrischen Lasten anzupassen.
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KURZDARSTELLUNG
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Diese Anmeldung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. Die Beschreibung fasst Aspekte der Ausführungsformen zusammen und sollte nicht zur Einschränkung der Ansprüche verwendet werden. Andere Realisierungen werden gemäß den hier beschriebenen Techniken in Betracht gezogen, wie für Fachleute bei einer Einsichtnahme in die folgenden Zeichnungen und die ausführliche Beschreibung ersichtlich ist, und derartige Realisierungen sollen in den Schutzbereich dieser Anmeldung fallen.
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Durch eine beispielhafte Ausführungsform werden eine Lichtmaschinenanordnung mit einer Lichtmaschine, die ein erstes Ende und ein entgegengesetztes Ende aufweist, und einem Kühlsystem bereitgestellt, das derart konfiguriert ist, dass es einen Luftstrom zwischen dem ersten Ende und dem entgegengesetzten Ende fördert. Das Kühlsystem weist einen Lüfter auf, der dem ersten Ende benachbart angeordnet und derart konfiguriert ist, dass er unabhängig von der Lichtmaschine arbeitet, sowie ein Kanalsystem, das das erste Ende umschließt.
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Durch eine andere beispielhafte Ausführungsform wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine Lichtmaschine und ein Lichtmaschinen-Kühlsystem umfasst. Das Lichtmaschinen-Kühlsystem weist einen Lüfter auf, der derart konfiguriert ist, dass er hinsichtlich seines Betriebs von der Lichtmaschine unabhängig ist, und der einem Ende der Lichtmaschine benachbart angeordnet ist, sowie ein Kanalsystem, das das Ende der Lichtmaschine umschließt. Das Fahrzeug weist außerdem ein Steuermodul auf, das derart konfiguriert ist, dass es einen Betrieb des Lüfters aufgrund einer oder mehrerer einen Betrieb der Lichtmaschine betreffenden Eingaben steuert.
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Durch noch eine andere beispielhafte Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern eines Kühlens einer Lichtmaschine mithilfe eines Lüfters bereitgestellt, der hinsichtlich seines Betriebs von der Lichtmaschine unabhängig ist, sowie ein Kanalsystem, das die Lichtmaschine zumindest zum Teil umgibt. Das Verfahren beinhaltet ein Empfangen einer einen Betrieb der Lichtmaschine betreffenden Eingabe an einem Prozessor; ein Ermitteln dass eine vorgegebene Bedingung erfüllt wurde, auf Grundlage der Eingabe, unter Verwendung des Prozessors, und als Reaktion darauf ein Erzeugen eines Steuersignals zum Anpassen einer Betriebsdrehzahl des Lüfters.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Interesse eines besseren Verständnisses der Erfindung kann auf Ausführungsformen Bezug genommen werden, die in den folgenden Zeichnungen gezeigt werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, und es wurden möglicherweise zugehörige Elemente weggelassen, um die hier beschriebenen neuartigen Merkmale zu betonen und klar zu veranschaulichen. Des Weiteren können Systemkomponenten auf unterschiedliche Weise angeordnet sein, wie im Stand der Technik bekannt ist. Außerdem bezeichnen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten übereinstimmende Teile.
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1 zeigt eine herkömmliche Lichtmaschine mit einem internen Kühlsystem.
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2 zeigt eine beispielhafte mit einem externen Lüfter gekoppelte Lichtmaschine gemäß Ausführungsformen.
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3 zeigt ein beispielhaftes Lichtmaschinensystem mit einer Lichtmaschine und einem externen Lüfter gemäß Ausführungsformen.
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4 zeigt eine perspektivische Vorderansicht eines anderen beispielhaften Lichtmaschinensystems mit einer Lichtmaschine und einem externen Kühlsystem gemäß Ausführungsformen.
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5 zeigt eine perspektivische Rückansicht des in 4 gezeigten Lichtmaschinensystems gemäß Ausführungsformen.
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6 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des in 4 gezeigten Lichtmaschinensystems gemäß Ausführungsformen.
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7 und 8 zeigen beispielhafte Luftstrommuster für ein beispielhaftes Lichtmaschinensystem mit einer Lichtmaschine und einem externen Kühlsystem gemäß Ausführungsformen.
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9 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Fahrzeugs mit einem Lichtmaschinensystem gemäß Ausführungsformen.
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10 ist ein Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zum Fördern eines Kühlens einer Lichtmaschine gemäß Ausführungsformen.
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11 ist ein Schaubild, das Lautstärke und Lüfter-Betriebsdrehzahl als Funktionen einer Motordrehzahl für eine herkömmliche Lichtmaschine mit internen Lüftern und für eine Lichtmaschine mit einem externen Kanallüfter mit konstanter Drehzahl gemäß Ausführungsformen zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Während die Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, werden einige beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen in den Zeichnungen gezeigt und im Folgenden beschrieben, davon ausgehend, dass die vorliegende Offenbarung als eine Erläuterung der Erfindung durch Beispiele anzusehen ist und die Erfindung nicht auf die speziellen veranschaulichten Ausführungsformen beschränken soll.
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Bei dieser Anmeldung soll die Verwendung der Disjunktion die Konjunktion einschließen. Die Verwendung bestimmter oder unbestimmter Artikel soll keine Kardinalität anzeigen. Insbesondere soll eine Bezugnahme auf „das“ Objekt oder „ein“ Objekt auch eines aus einer möglichen Mehrzahl derartiger Objekte bezeichnen.
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2 zeigt eine beispielhafte Lichtmaschine 201 zum Erzeugen von Energie für die elektrischen Komponenten eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) gemäß Ausführungsformen. Bei Ausführungsformen kann die Lichtmaschine 201 in einem beliebigen aus einer Anzahl von Fahrzeugen verwendet werden, und die genaue Größe oder das genaue Modell der Lichtmaschine 201 können in Abhängigkeit von dem Fahrzeugtyp unterschiedlich sein. Allerdings bleiben die Komponenten der Lichtmaschine 201 in jedem Fall dieselben. Wie in 2 gezeigt, weist die Lichtmaschine 201 einen ringförmigen Rotor 202 auf, eine Welle 204 die axial mit dem Rotor 202 gekoppelt ist, und eine Getriebe- oder eine Antriebsriemenscheibe 206, die mit einem vorderen axialen Ende der Welle 204 verbunden ist. Wenn der Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) läuft, übersetzt die Antriebsriemenscheibe 206 eine Drehbewegung von einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Fahrzeugmotors auf die Welle 204, was bewirkt, dass sich der Rotor 202 dreht. Herkömmlicherweise kann die Antriebsriemenscheibe 206 mithilfe eines Riemens (nicht gezeigt) angetrieben werden, der mit dem Fahrzeugmotor gekoppelt ist, und eine Drehzahl der Welle 204 beträgt, gesteuert mithilfe einer Übersetzung, ein Mehrfaches der Motordrehzahl. Beispielsweise kann die Wellendrehzahl ein 2,5- bis 3-faches der Motordrehzahl betragen.
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Die Lichtmaschine 201 erzeugt eine Wechselstromleistung (AC-Leistung) mithilfe von Elektromagnetismus, der durch eine Beziehung zwischen dem Rotor 202 und einem Stator gebildet 208 wird, der zu der Lichtmaschine 201 zählt. Der Stator 208 besteht aus stationären Wicklungen bzw. Drahtspulen, die einen feststehenden Eisenkern umgeben. Der Rotor 202 ist innerhalb des Stators 208 mit ausreichend Raum oder Toleranz zwischen beiden derart angeordnet, dass der Rotor 202 sich mit hohen Drehzahlen drehen kann, ohne die Wände des Stators 208 zu berühren. Der Rotor 202 weist eine induktive Wicklung 210 auf, die ebenfalls ringförmig ist und aus Kupferdraht oder einem anderen geeigneten Material besteht. Der Rotor 202 weist außerdem dreieckige Pole (triangular finger poles) 216 auf, die derart gegeneinander versetzt sind, dass sich die Nord- und Südpole, die die Wicklung 210 umgeben, miteinander abwechseln. Während sich der Motor dreht, dreht sich der Rotor 202 zusammen mit der Wicklung 210 in dem Stator 208, und das abwechselnde Muster der Pole 216 erzeugt ein Magnetfeld, das wiederum Spannung in dem Stator 208 induziert. Die Lichtmaschine 201 weist außerdem einen Spannungsregler (nicht gezeigt) auf, der den in der Wicklung 210 fließenden elektrischen Strom steuert und dadurch die Spannung regelt, die einer mit der Lichtmaschine 201 gekoppelten Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) zugeführt wird.
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Gemäß Ausführungsformen kann die Lichtmaschine 201 hinsichtlich ihres Betriebs der herkömmlichen Lichtmaschine 101 ähneln, abgesehen davon, dass die Lichtmaschine 201 kein internes Kühlsystem oder interne Lüfter aufweist. Das heißt: Die internen Lüfter 112 und 114, die direkt an der Welle 104 der herkömmlichen Lichtmaschine 101 angebracht sind, wurden aus der Lichtmaschine 201 entfernt, wie in 2 gezeigt. Stattdessen kann gemäß Ausführungsformen ein externer Lüfter (z.B. wie in 3 gezeigt), der mechanisch und/oder hinsichtlich seines Betriebs unabhängig von der Lichtmaschine 201 ist, bereitgestellt werden, um einen kühlenden Luftstrom in die Lichtmaschine 201 einzuführen, wie im Folgenden ausführlicher erörtert wird. Darüber hinaus kann der externe Lüfter gemäß Ausführungsformen derart konfiguriert sein, dass er mit einer konstanten Betriebsdrehzahl arbeitet, die unabhängig von der Motordrehzahl oder Wellendrehzahl ist. Wie nachfolgend mit Bezug auf 11 erörtert, kann, indem die Lüfter-Betriebsdrehzahl konstant gehalten wird, die Lautstärke der Lichtmaschine 201 auch konstant bleiben, wodurch Geräuschprobleme (noise penalty issues) beseitigt werden.
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3 zeigt ein beispielhaftes Lichtmaschinensystem 300 mit einem Lichtmaschinengehäuse 318 zum Unterbringen einer Lichtmaschine 301 gemäß Ausführungsformen. Die Lichtmaschine 301 kann im Wesentlichen der Lichtmaschine 201, ähneln, die in 2 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde. Es versteht sich, dass Kühlung wesentlich für den Wirkungsgrad der Lichtmaschine 301 ist. Dementsprechend kann das Lichtmaschinengehäuse 318 eine Anzahl von Lüftungsöffnungen 320 aufweisen, damit diese zur Wärmeabführung beitragen. Außerdem weist das Lichtmaschinensystem 300 einen externen Lüfter 322 auf, der an einem hinteren Ende 324 des Lichtmaschinengehäuses 318 befestigt und auf dieses gerichtet ist. Eine Anordnung des externen Lüfters 322 an dem hinteren Ende 324 kann vorteilhaft sein, da das hintere Ende 324 der Lichtmaschine 301 einen überwiegenden Teil der Wärme (z.B. etwa 80 %) erzeugt, die von der Lichtmaschine 301 abgeführt wird. Bei dem externen Lüfter 322 kann es sich um jeden geeigneten Lüftertyp handeln, der in der Lage ist, einen ausreichenden Luftstrom zum Kühlen der Lichtmaschine 301 in dem Lichtmaschinengehäuse 318 zu liefern. Der externe Lüfter 322 kann zum Beispiel so ausgewählt sein, dass er groß genug ist, um eine angemessene Kühlung bei hohen Betriebsdrehzahlen der Lichtmaschine und/oder bei hohen Temperaturen der Lichtmaschine zu liefern. Bei Ausführungsformen ist der externe Lüfter 322 ein Lüfter mit variabler Drehzahl, der auf unterschiedliche Betriebsdrehzahlen eingestellt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen ähnelt der externe Lüfter 322 einem vorhandenen Lüfter, der zum Kühlen von Antriebsstrangkomponenten in dem Fahrzeug verwendet wird.
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Bei einigen Ausführungsformen arbeitet der externe Lüfter 322 derart, dass er einen kühlenden Luftstrom in Richtung auf das Lichtmaschinengehäuse 318 drückt, wobei der Luftstrom die Lüftungsöffnungen 320 passiert und über die Lichtmaschine strömt. Bei anderen Ausführungsformen arbeitet der externe Lüfter 322 derart, dass er warme Luft aus dem Lichtmaschinengehäuse 318 saugt, wobei der Luftstrom von der Lichtmaschine durch die Lüftungsöffnungen 320 kommt. In einigen Fällen wird der Druck- oder Saugbetrieb des externen Lüfters 322 dadurch festgelegt, ob der Lüfter 322 relativ zu dem hinteren Ende 324 des Gehäuses 318 nach hinten gerichtet oder nach vorn gerichtet angeordnet ist. Bei anderen Ausführungsformen kann der externe Lüfter 322 derart konfiguriert sein, dass er eine Auswahl des Druck- oder Saugbetriebs ermöglicht, indem er einen Mechanismus zum Ändern einer Drehrichtung der Lüfterflügel aufweist.
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4 und 5 zeigen eine perspektivische Vorder- und Rückansicht einer beispielhaften Lichtmaschinenanordnung 400 mit einem Lichtmaschinengehäuse 418 und einem externen Kühlsystem 430 gemäß Ausführungsformen. Das Lichtmaschinengehäuse 418 kann mechanisch und hinsichtlich seines Betriebs im Wesentlichen dem Lichtmaschinengehäuse 318 ähneln, das in 3 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde. Insbesondere kann das Lichtmaschinengehäuse 418 eine Lichtmaschine 401 aufweisen, die der in 2 gezeigten Lichtmaschine 201 ähnelt, ein hinteres Ende 424 sowie mehrere Lüftungsöffnungen 420, um eine Wärmeabführung innerhalb der Lichtmaschine zu fördern. Wie in 4 zu sehen ist, weist das Lichtmaschinengehäuse 418 außerdem ein vorderes Ende 426 entgegengesetzt zu dem hinteren Ende 424 auf. Das vordere Ende 426 weist eine Antriebsriemenscheibe 406 auf, die der Antriebsriemenscheibe 206 ähnelt, die in 2 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde. Eine Welle 404, die der Welle 204 ähnelt, die in 2 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde, erstreckt sich von der Lichtmaschine 401 an dem vorderen Ende 424 und ist axial mit der Antriebsriemenscheibe 406 gekoppelt.
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Gemäß Ausführungsformen weist das Kühlsystem 430 ein Kanalsystem 432 und einen Lüfter 422 auf, der im Wesentlichen dem externen Lüfter 322 ähnelt, der in 3 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde. Wie in 4 und 5 gezeigt, weist das Kanalsystem 432 eine kreisförmige oder im Wesentlichen kreisförmige Ummantelung auf, die zumindest zum Teil das hintere Ende 424 des Lichtmaschinengehäuses 418 umschließt. Das Kanalsystem 432 kann derart konfiguriert werden, dass es einen Luftstrom um das Lichtmaschinengehäuse 418 herum und in der Lichtmaschine fördert, indem es beispielsweise ausreichend Abstand zwischen dem Gehäuse 418 und dem Kanalsystem 432 bietet.
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Zur Veranschaulichung zeigt 6 einen beispielhaften Schnitt des Lichtmaschinensystems 400 gemäß Ausführungsformen. Der Veranschaulichung halber werden das Kanalsystem 432, das Lichtmaschinengehäuse 418 und die Lichtmaschine 401 als vollständig kreisförmige Komponenten gezeigt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass in einigen Fällen eine oder mehrere dieser Komponenten möglicherweise nur im Wesentlichen kreisförmig sind. Wie in 6 gezeigt, ist ein Radius R1 des Kanalsystems 432 größer als ein Radius R2 des Lichtmaschinengehäuses 418. Gemäß Ausführungsformen können die Größe der Differenz zwischen den Radien R1 und R2 sowie andere Gestaltungselemente für das Kanalsystem 432 (z.B. Länge, Breite, Material usw.) durch eine Anzahl von Faktoren bestimmt sein, darunter beispielsweise eine Größe der Lichtmaschine 401 und/oder eines Lichtmaschinengehäuses 418, der Fahrzeugtyp und die Komponenten in ihm, die Menge verfügbaren freien Raums, der das Lichtmaschinengehäuse 418 umgibt, die Leistung und/oder Drehzahl des Lüfters 422 und dergleichen.
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7 und 8 zeigen gemäß Ausführungsformen ein beispielhaftes Lichtmaschinensystem 700 mit einem Lichtmaschinengehäuse 718 und einem externen Kühlsystem 730. Bei Ausführungsformen kann das Lichtmaschinengehäuse 718 im Wesentlichen dem Lichtmaschinengehäuse 318 ähneln, das in 3 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde. Das Kühlsystem 730 weist einen Lüfter (nicht gezeigt) auf, der mit einem hinteren Ende 724 des Lichtmaschinengehäuses 718 gekoppelt ist, wobei der Lüfter dem externen Lüfter 322 ähnelt, der in 3 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde. Das Kühlsystem 730 weist außerdem ein Kanalsystem 732 auf, das mit dem hinteren Ende 724 des Lichtmaschinengehäuses 718 gekoppelt ist und dieses umgibt, um einen Luftstrom in dem Lichtmaschinengehäuse 718 und einer Lichtmaschine (nicht gezeigt) darin zu verbessern. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Kanalsystem 732 einen kreisförmigen Hauptkörper 734 (hier auch als eine „Ummantelung“ und ein „kreisförmiger Kanal“ bezeichnet) und einen zylinderförmigen ausgestreckten Abschnitt oder Arm 736 (hier auch als ein „zylinderförmiger Kanal“ bezeichnet). In einigen Fällen weist das Kanalsystem 732 außerdem einen konischen Auslass 738 auf, der mit einem Ende 740 des ausgestreckten Arms 736 gekoppelt ist, das weg von oder entgegengesetzt zu einem vorderen Ende 726 des Gehäuses 718 positioniert ist. Gemäß Ausführungsformen kann der Hauptkörper 724 des Kanalsystems 732 derart gestaltet sein, dass er einen kühlenden Luftstrom in das Lichtmaschinengehäuse 718 und um die Lichtmaschine herum leitet, der benötigt wird, um die Lichtmaschine kühl zu halten. Zum Beispiel kann ein Radius des Hauptkörpers 734 speziell ausgewählt werden, um einen geeigneten Luftstrom um das Lichtmaschinengehäuse 718 herum zu fördern, wie in 6 gezeigt. In ähnlicher Weise kann ein Durchmesser des ausgestreckten Arms 736 derart ausgewählt werden, dass er einen Luftstrom durch den Arm 736 und/oder zwischen dem Hauptkörper 734 und dem Arm 736 fördert.
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Wie in 7 gezeigt, kann bei einigen Ausführungsformen der Lüfter des Kühlsystems 730 derart konfiguriert sein, dass er kühle Luft durch die Lüftungsöffnungen 720, die sich in dem vorderen Ende 726 des Gehäuses 718 befinden, und in die Lichtmaschine saugt und anschließend erwärmte Luft durch das hintere Ende 724 des Gehäuses 718 und aus dem ausgestreckten Arm 736 des Kanalsystems 730 saugt. Wie in 8 gezeigt, kann bei anderen Ausführungsformen der Lüfter des Kühlsystems 730 derart konfiguriert sein, dass er kühle Luft durch den ausgestreckten Arm 736 des Kanalsystems 730 und in die Lichtmaschine durch das hintere Ende 724 des Gehäuses 718 saugt und anschließend erwärmte Luft aus der Lichtmaschine durch das vordere Ende 726 des Lichtmaschinengehäuses 718 drückt. Wie vorstehend mit Bezug auf den in 3 gezeigten externen Lüfter 322 erörtert, kann bei einigen Ausführungsformen der Druck- oder Saugbetrieb des Lüfters dadurch festgelegt werden, ob der Lüfter relativ zu dem hinteren Ende 724 des Gehäuses 718 nach hinten gerichtet oder nach vorn gerichtet angeordnet ist. Und bei anderen Ausführungsformen kann der Lüfter selbst derart konfiguriert sein, dass er eine Auswahl des Druck- oder Saugbetriebs ermöglicht, indem er einen Mechanismus zum Ändern einer Drehrichtung der Lüfterflügel aufweist.
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9 zeigt ein Blockschaltbild eines beispielhaften Fahrzeugs 805 mit einer Lichtmaschine 801, die der Lichtmaschine 201 ähnelt, die in 2 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde. Das Fahrzeug 805 weist außerdem einen Lüfter 822 auf, der dem externen Lüfter 322 ähnelt, der in 3 gezeigt wird und vorstehend erörtert wurde. Des Weiteren weist das Fahrzeug 805 einen Fahrzeugmotor 807 auf, der mechanisch mit der Lichtmaschine 801 gekoppelt ist, um die Lichtmaschine 801 anzutreiben, wie vorstehend mit Bezug auf 2 erörtert wurde. Das Fahrzeug 805 weist außerdem eine Fahrzeugbatterie 809 auf, die elektrisch mit der Lichtmaschine 801 gekoppelt ist, um von dieser eine Spannung zu erhalten. Wie vorstehend erörtert, arbeiten die Lichtmaschine 801 und die Fahrzeugbatterie 809 in Verbindung miteinander, um Energie für die elektrischen Komponenten des Fahrzeugs 805 zu erzeugen. Bei Ausführungsformen versorgt die Fahrzeugbatterie 809 den Lüfter 822 sowie eine Anzahl anderer Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise, die Innenraum- und Außenleuchten (nicht gezeigt) und das Armaturenbrett (nicht gezeigt).
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Des Weiteren weist das Fahrzeug 805 ein Motorsteuermodul (engine control module, ECM) 811 zum Steuern eines Betriebs des Motors 807 und, bei Ausführungsformen, des Lüfters 822 auf. Um diese Aufgabe zu lösen, empfängt das ECM 811 Eingaben von einer Anzahl von Fahrzeugsensoren 840, die sich an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs befinden, und verwendet diese Eingaben, um zu überwachen, ob die Betriebsbedingungen der Sensoren 840 innerhalb eines normalen Betriebsbereichs liegen. Wenn ein Problem erkannt wird, passt das ECM 811 die Betriebsbedingungen der Sensoren 840 an, um das Fahrzeug 805 zu einem Normalbetrieb zurückzuführen. Wenn das Problem auf diese Weise nicht behoben werden kann, löst das ECM 811 die Motorkontrollleuchte („check engine light“) oder dergleichen aus, um den Fahrzeugführer über das Problem zu benachrichtigen. Zum Beispiel können zu den Sensoren 840, die Dateneingaben an das ECM 811 senden, ein Kühlmitteltemperatursensor (der die Temperatur des Motors 807 überwacht), ein Spannungsregler (der die in dem gesamten Fahrzeug 805 zugeführte Energiemenge überwacht und anpasst), Positionssensoren (die die Zyklen des Motors 807 erkennen), ein Sauerstoffsensor (der eine Abgasqualität misst) und dergleichen zählen. Gemäß Ausführungsformen kann das ECM 811 einen Mikroprozessor oder Prozessor 842 zum Ausführen von Computerprogrammcode aufweisen, der in einem Speicher 844 des ECM 811 gespeichert ist. Zum Beispiel kann der Computerprogrammcode festlegen, wie das ECM 811 verschiedene von den Sensoren 840, dem Motor 807, der Lichtmaschine 801, der Fahrzeugbatterie 809 und/oder dem Lüfter 822 empfangene Eingaben analysiert und auf diese reagiert.
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Bei Ausführungsformen ist das ECM 811 derart konfiguriert, dass es einen Betrieb des Lüfters 822 aufgrund von einer oder mehreren Eingaben steuert, die die Betriebsbedingungen der Lichtmaschine 801 betreffen oder über diese informieren. Zum Beispiel kann das ECM 811 aufgrund der Eingaben festlegen, ob der Lüfter 822 ein- oder ausgeschaltet werden sollte, ob die Lüfterdrehzahl erhöht oder verringert werden sollte, oder dass der Lüfter 822 auf einer konstanten Betriebsdrehzahl gehalten werden sollte. In einigen Fällen beinhalten die eine oder mehreren Eingaben eine von dem Motor 807 oder einem der Fahrzeugsensoren 840 (z.B. einem Geschwindigkeitssensor) empfangene Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, wobei die Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs in direktem Bezug zu der Betriebsdrehzahl der Lichtmaschine steht. In einigen Fällen beinhalten die eine oder mehreren Eingaben eine von der Lichtmaschine 801 oder einem der Fahrzeugsensoren 840 (z.B. einem Temperatursensor) empfangene Temperatur der Lichtmaschine 801, wobei die Lichtmaschinentemperatur anzeigt, ob mehr oder weniger Kühlung für die Lichtmaschine 801 benötigt wird. Gemäß Ausführungsformen kann das ECM 811 auch derart konfiguriert sein, dass es eine derzeitige Betriebsdrehzahl des Lüfters 822 ermittelt. Zum Beispiel kann das ECM 811 die Lüfterdrehzahl aufgrund von von der Fahrzeugbatterie 809 empfangenen Nutzungsinformationen ermitteln. Die aktuellen Nutzungsinformationen können insbesondere eine Anzahl von Ampere beinhalten, die dem Lüfter 822 durch die Fahrzeugbatterie 809 zugeführt wird, und das ECM 811 kann derart konfiguriert sein, dass es eine Lüfterdrehzahl auf Grundlage der dem Lüfter 822 zugeführten Strommenge berechnet.
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Aufgrund der einen oder mehrerer empfangener Eingaben und/oder der derzeitigen Lüfterdrehzahl kann das ECM 811 in der Lage sein, eine aktuelle Betriebsbedingung der Lichtmaschine 822 und/oder des Motors 807 zu ermitteln. Außerdem kann bei Ausführungsformen das ECM 811 derart konfiguriert sein, dass es aufgrund der einen oder mehrerer Eingaben ermittelt, ob eine vorgegebene Bedingung von der aktuellen Betriebsbedingung erfüllt wird. Wenn die Bedingung erfüllt wurde, erzeugt das ECM 811 ein Steuersignal, um eine Betriebsdrehzahl des Lüfters 822 dementsprechend anzupassen. Zum Beispiel kann die vorgegebene Bedingung erfüllt sein, wenn die Lichtmaschinentemperatur einen vorbestimmten Temperaturschwellenwert überschreitet, und/oder wenn die Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs einen vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwert überschreitet. Und als Reaktion auf eine dieser Feststellungen kann das ECM 811 zum Beispiel die Lüfterdrehzahl erhöhen, um der Lichtmaschine 801 mehr kühlenden Luftstrom zuzuführen.
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10 zeigt gemäß Ausführungsformen einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens 1000 zum Steuern eines Kühlens einer Lichtmaschine (wie beispielsweise der Lichtmaschine 201, 301 und/oder 401) mithilfe eines Lüfters, der hinsichtlich seines Betriebs unabhängig von der Lichtmaschine ist (wie beispielsweise der externe Lüfter 322) und eines Kanalsystems, das zumindest zum Teil ein hinteres Ende der Lichtmaschine umgibt (wie beispielsweise das Kanalsystem 432). Das Verfahren 1000 kann insbesondere zum Steuern eines Betriebs des unabhängigen, externen Lüfters verwendet werden, um ein Kühlen der Lichtmaschine und von deren Gehäuse, wie beispielsweise dem Lichtmaschinengehäuse 318, durch das Kanalsystem einer Lichtmaschinenanordnung zu fördern oder zu verbessern. Bei Ausführungsformen kann ein Motorsteuermodul (ECM) wie beispielsweise das ECM 811 das Verfahren 1000 durch Ausführen von Logik realisieren, die in einem Speicher des ECM gespeichert ist, wie zum Beispiel dem Speicher 844.
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Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren 1000 einen Schritt 1002, bei dem aktuelle Nutzungsdaten des externen Lichtmaschinenlüfters empfangen werden. In derartigen Fällen beinhaltet das Verfahren 1000 außerdem einen Schritt 1004, bei dem eine Betriebsdrehzahl des Lüfters auf Grundlage der aktuellen Nutzungsinformationen ermittelt wird. Das Verfahren 900 beinhaltet außerdem bei Schritt 1006 ein Empfangen einer einen Betrieb der Lichtmaschine betreffenden Eingabe, wie beispielsweise einer Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs oder einer Lichtmaschinentemperatur. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren 1000 außerdem bei Schritt 1008 ein Analysieren der Eingabe mit Bezug auf eine vorgegebene Bedingung, zum Beispiel durch Vergleichen der empfangenen Eingabe mit der vorgegebenen Bedingung. Bei Schritt 1010 wird eine Feststellung darüber getroffen, ob die vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Wenn sie nicht erfüllt wurde, kehrt das Verfahren 1000 zu Schritt 1006 zurück und wartet darauf, neue Eingaben zu empfangen. Wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt wurde, schreitet das Verfahren 1000 fort zu Schritt 1012, wo ein Steuersignal erzeugt wird, um die bei Schritt 1004 ermittelte Betriebsdrehzahl des Lüfters anzupassen. Die vorgegebene Bedingung kann zum Beispiel erfüllt sein, wenn die Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs oder die Lichtmaschinentemperatur einen gegebenen Schwellenwert überschreitet. Bei Ausführungsformen kann das Steuersignal derart konfiguriert sein, dass es die Betriebsdrehzahl des Lüfters durch Ein- oder Ausschalten des Lüfters, durch Erhöhen oder Verringern der Betriebsdrehzahl oder durch Halten des Lüfters auf einer konstanten Betriebsdrehzahl anpasst. Es sollte beachtet werden, dass, wenn die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt ist, die Betriebsdrehzahl des Lüfters auf dem in Schritt 1004 ermittelten Niveau bleibt.
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11 zeigt ein Schaubild 1100, in dem eine Lichtmaschinenlautstärke in Sone und eine Lüfter-Betriebsdrehzahl in Umdrehungen pro Minute (rpm) als eine Funktion einer Motordrehzahl in rpm für zwei unterschiedliche Lichtmaschinensysteme aufgetragen sind. Es sollte beachtet werden, dass 2 Sone doppelt so laut wie 1 Sone sind, 4 Sone doppelt so laut wie 2 Sone sind usw. Das erste Lichtmaschinensystem weist ein herkömmliches wellengetriebenes Kühlsystem auf, wie beispielsweise die in 1 gezeigten Lüfter 112 und 114. Das zweite Lichtmaschinensystem weist ein externes Kühlkanalsystem auf, wie zum Beispiel das Kühlsystem 430, das den externen Lüfter 422 und das Kanalsystem 432 umfasst, wie in 4 und 5 gezeigt. In 11 zeigt die Kurve A, dass bei dem ersten Lichtmaschinensystem die Lichtmaschinenlautstärke als eine Funktion der Motordrehzahl stetig zunimmt, und die Kurve B zeigt, dass bei dem ersten Lichtmaschinensystem die Lüfter-Betriebsdrehzahl als eine Funktion der Motordrehzahl linear zunimmt. Im Gegensatz dazu zeigt die Kurve C, dass bei dem zweiten Lichtmaschinensystem die Lichtmaschinenlautstärke als eine Funktion der Motordrehzahl konstant bleibt, und die Kurve D zeigt, dass bei dem zweiten Lichtmaschinensystem die Betriebsdrehzahl als eine Funktion der Motordrehzahl ebenfalls konstant bleibt.
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Studien haben gezeigt, dass bei herkömmlichen Lichtmaschinen wellengetriebene Lichtmaschinenlüfter, die mit über 6000 rpm arbeiten, ein beträchtliches abgestrahltes Geräusch und auch einen übermäßigen Luftstrom erzeugen, der zum Kühlen der Lichtmaschine nicht notwendigerweise erforderlich ist. Aufgrund der Geräuschpegel wiegt jeglicher elektrische Vorteil eines Betriebs bei hohen Lichtmaschinendrehzahlen (z.B. über 6000 rpm) erheblich weniger schwer als die Geräuschprobleme (noise penalty) bei denselben hohen Drehzahlen. Dementsprechend kann bei den hier beschriebenen Ausführungsformen die Betriebsdrehzahl des externen Lüfters für eine beliebige Lichtmaschinendrehzahl auf unter 6000 rpm oder zum Beispiel bei etwa 5000 rpm gehalten werden, wie in dem Schaubild 1100 gezeigt. Indem die Betriebsdrehzahl des Lüfters unabhängig von einer Lichtmaschinendrehzahl durchgehend auf einem bevorzugten Niveau gehalten wird, kann die Lichtmaschinenlautstärke bei allen Motordrehzahlen auf einem vorteilhaft niedrigen Niveau gehalten werden (beispielsweise unter 1 Sone wie in dem Schaubild 1100 gezeigt), und gleichzeitig kann zugelassen werden, dass die Lichtmaschine mit sehr hohen Drehzahlen arbeitet, die ein effizientes Erzeugen elektrischer Energie ohne irgendwelche NVH-Probleme ermöglichen. Es sollte beachtet werden, dass die Betriebsdrehzahl des Lüfters in Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren, darunter beispielsweise eine Größe der Lichtmaschine und des für diese erforderlichen Luftstroms, auf anderen Niveaus unter 6000 rpm gehalten werden könnte.
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Daher kann im Gegensatz zu herkömmlichen Lichtmaschinen, die ein zu starkes Geräusch und hohe Motordrehzahlen erzeugen, das hier beschriebene externe Kühlkanalsystem bei allen Motordrehzahlen, auch den höchsten Motordrehzahlen, eine wesentliche Geräuschminderung herbeiführen. Darüber hinaus kann die Lichtmaschine, da die Lichtmaschinendrehzahl durch Motordrehzahl und Übersetzung vorgeschrieben ist, durch Verwenden eines Kühlsystems, das wie hier beschrieben von einer Motordrehzahl entkoppelt ist oder von dieser unabhängig arbeitet, mit höheren Drehzahlen arbeiten, um ohne ein Geräuschproblem (oder NVH-Problem) zunehmenden elektrischen Lasten des Fahrzeugs gerecht zu werden.
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Jegliche Prozessbeschreibungen oder Blöcke in den Figuren, wie beispielsweise 10, sollten so verstanden werden, dass sie Module, Segmente oder Codeabschnitte repräsentieren, die eine oder mehreren ausführbare Anweisungen zum Realisieren spezifischer logischer Funktionen oder Schritte in dem Prozess enthalten, und alternative Realisierungen sind in dem Schutzbereich der hier beschriebenen Ausführungsformen eingeschlossen, in denen Funktionen, abhängig von der betreffenden Funktionalität, in anderer Reihenfolge als der gezeigten oder erörterten ausgeführt werden können, darunter im Wesentlichen gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge, wie Fachleute verstehen werden.
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Es wird betont, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere jegliche „bevorzugte“ Ausführungsformen, mögliche Beispiele für Realisierungen sind, die hier lediglich dargelegt werden, um ein klares Verständnis der Grundgedanken der Erfindung zu ermöglichen. Zahlreiche Änderungen und Abwandlungen können an der/den vorstehend beschriebenen Ausführungsform(en) vorgenommen werden, ohne wesentlich von dem Sinn und den Grundgedanken der hier beschriebenen Techniken abzuweichen. Alle derartigen Abwandlungen sollen hier in dem Schutzbereich dieser Offenbarung enthalten und durch die folgenden Ansprüche geschützt sein.
