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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselstrommaschine für ein Automobil, und betrifft spezieller eine Wechselstrommaschine mit Kühllufteinlaßfenstern, von denen jedes einen ungleichmäßigen Öffnungsbereich entlang einer Drehrichtung eines Kühllüfters besitzt.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Das Ausmaß der Geräusche, die durch einen Kühllüfter einer Wechselstrommaschine erzeugt werden, variiert in Einklang mit der Lüftergestalt, der Gestalt der Kühllufteinlaßfenster und einer Form einer Lüfterabdeckung (shroud). In Verbindung mit der Lüftergestalt wurden bereits vielfältige Vorschläge gemacht, um die Lüftergeräusche zu unterdrücken. Bei derartigen Vorschlägen wurde die Zahl der Lüfterflügel und die Lüftergestalt vielfältig verändert, um die Geräusche zu reduzieren, die durch den Kühllüfter erzeugt werden. In Verbindung mit der Gestalt der Kühllufteinlaßfenster wird in der
JP H07-107704 A vorgeschlagen, die Fenster in einer nicht kreisförmigen Gestalt auszubilden und die Fenster in vielfältigen Gestalten auszuführen, die voneinander verschieden sind, um dadurch Ordnungskomponenten der Lüftergeräusche zu zerstreuen und dadurch die Geräusche als Gesamtheit zu unterdrücken.
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In Verbindung mit der Form der Lüfterabdeckung wird in der französischen Patentveröffentlichung
FR 2 745 439 A1 vorgeschlagen, Speichen aus einem Gehäuse herzustellen, und zwar in einer geneigten Beziehung relativ zu einer radialen Richtung. Eine Abdeckungsoberfläche, die den Lüfterflügeln gegenüber liegt, ist an einer rückwärtigen Fläche von jeder Speiche ausgebildet und es werden Druckunterschiede, die auftreten, wenn die Lüfterflügel jede Abdeckungsoberfläche passieren, geglättet, indem die Speichen schräg verlaufen. Auf diese Weise werden Lüftergeräusche unterdrückt.
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Aus der
DE 694 02 479 T2 ist eine Wechselstrommaschine bekannt, bei welcher der Neigungswinkel von an einer Peripherie des Gehäuses augebildeten Leitwandteilen gegenüber der Radialrichtung so eingestellt, dass er in der Umgebung des vorderen Endes eines Trägerteils in Drehrichtung der Lüfterflügel gesehen größer und in der Umgebung des hinteren Endes des Trägerteils kleiner ist.
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Bei dem Vorschlag, der in der oben erwähnten
JP H07-107704 A gemacht wird, erfolgen Änderungen lediglich hinsichtlich der Gestalt der Kühllufteinlaßfenster und es wird keine Druckabweichung in einem Raum zwischen den Lüfterflügeln und einer Lüfterabdeckung in Betracht gezogen. Obwohl die oben erwähnte französische Patentveröffentlichung vorschlägt, die Speichen in einer geneigten Beziehung relativ zu der radialen Richtung auszubilden, ist es nicht wünschenswert, die Speichen in einer solchen Form auszubilden, da die geneigte Speiche länger wird als eine sich radial erstreckende Speiche und dadurch die mechanische Festigkeit der Speiche verschlechtert wird. Ferner ist es nicht wünschenswert, die geneigten Speichen in einem Formungsprozeß herzustellen, da ein geschmolzener Metallfluß nicht sanft verläuft, und zwar verglichen mit sich radial erstreckenden Speichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben erläuterte Problem entwickelt und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Wechselstrommaschine zu schaffen, bei der die durch den Kühllüfter erzeugten Geräusche effektiv unterdrückt werden. Spezifischer gesagt, werden Druckänderungen in einem Raum zwischen einer Lüfterabdeckung und den Lüfterflügeln oder Lüfterblättern geglättet.
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Eine Wechselstrommaschine für die Verwendung in einem Automobil enthält ein Gehäuse, einen Stator mit einer Ankerwicklung und einen Rotor mit einer Feldwicklung. Der Stator ist fest in dem Gehäuse enthalten und der Rotor ist innerhalb des Stators angeordnet und wird drehbar in dem Gehäuse gehaltert. Ein Kühllüfter mit einer Vielzahl an Lüfterblättern oder Lüfterflügeln ist wenigstens an einem axialen Ende des Rotors angeschlossen und eine Vielzahl von Kühllufteinlaßfenstern sind an einem axialen Ende des Gehäuses ausgebildet, so daß die Fenster dem Kühllüfter gegenüber liegen. Die Ankerwicklung und andere Komponenten der Wechselstrommaschine werden durch die Kühlluft gekühlt, die durch den Kühllüfter angesaugt wird, der zusammen mit dem Rotor in Drehung versetzt wird.
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Jedes der Kühllufteinlaßfenster ist in einem Raum zwischen zwei benachbarten Speichen des Gehäuses ausgebildet. Eine Abdeckungswand, die den Lüfterflügeln gegenüber liegt, ist an einer radialen Außenseite von jedem Fenster ausgebildet. Ein Öffnungsbereich des Fensters ist unregelmäßig ausgebildet, so daß dieser allmählich entlang einer Drehrichtung des Kühllüfters abnimmt bzw. kleiner wird, während die Abdeckungsoberfläche entlang der Drehrichtung allmählich zunimmt. Ein äußerer Rand oder Einfassung des Fensters ist durch einen inneren Rand oder Einfassung der Abdeckungsoberfläche definiert.
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Der Abdeckungsoberflächenbereich, welcher den Lüfterflügeln gegenüber liegt, und zwar pro Einheit eines Drehwinkels des Kühllüfters, nimmt allmählich gemäß der Drehung des Kühllüfters zu. Mit anderen Worten nimmt ein Abstand zwischen einer Drehachse des Kühllüfters und der inneren Umrandung oder dem Innenrand der Lüfterspeiche allmählich entlang der Drehrichtung ab. Der Druck in einem Raum zwischen den Lüfterflügeln und der Lüfterspeiche ändert sich sanft, und zwar mit der Drehung des Kühllüfters, da der Bereich oder die Fläche der Lüfterspeiche, welcher den Lüfterflügeln gegenüber liegt, sich allmählich ändert, und zwar entsprechend der Drehung des Kühllüfters. Auf diese Weise werden Geräusche, die durch den Kühllüfter erzeugt werden, unterdrückt.
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Die Oberfläche von jedem Lüfterflügel verläuft parallel zur Drehachse des Kühllüfters und ist von einer radialen Richtung ausgehend von der Drehachse geneigt. Der innere Rand oder Einfassung der Abdeckungsoberfläche ist so ausgebildet, daß ein Winkel zwischen der Flügeloberfläche und dem inneren Rand oder Einfassung (als ein Flügelwinkel bezeichnet) relativ groß ist, wenn ein Lüfterflügel beginnt, in Eingriff mit jedem Fenster zu gelangen, und wird allmählich kleiner gemäß der Drehung des Kühllüfters. Auf diese Weise werden die von dem Kühllüfter erzeugten Geräusch effektiv unterdrückt.
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Der innere Rand ist so ausgebildet, daß der Flügelwinkel sich in jedem Fensterfall in einem Bereich von etwa 30 Grad ändert. Beispielsweise kann der Flügelwinkel zu Beginn des Flügeleingriffs mit dem Fenster bei 57 Grad liegen und kann am Ende des Eingriffs bei 25 Grad liegen. Da die Flügeloberfläche von der radialen Richtung aus geneigt verläuft, wird die durch den Kühllüfter angesaugte Kühlluft nicht nur in radialer Richtung geblasen, sondern wird auch in axialer Richtung geblasen. Auf diese Weise können die Lüftergeräusche noch weiter reduziert werden. Die zwischen den Fenstern positionierten Speichen sind so ausgeführt, daß sie sich geradlinig in der radialen Richtung erstrecken, um dadurch deren mechanische Festigkeit sicherzustellen und um den Fluß des geschmolzenen Metalls sanft oder weich bei einem Formungsprozeß bei der Herstellung des Gehäuses zu gestalten.
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Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich unmittelbar aus einem besseren Verständnis der bevorzugten Ausführungsform, die im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Wechselstrommaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
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2 ist eine Draufsicht, die eine Frontseite eines Frontgehäuses der Wechselstrommaschine darstellt;
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3 ist eine Draufsicht, die einen Teil A zeigt, der in 2 eingekreist ist, und zwar in einem vergrößerten Maßstab, in welchem ein Lüfterflügel zu einer Position dreht, wo er beginnt, ein Kühllufteinlaßfenster zu kreuzen;
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4 zeigt eine Draufsicht, die das gleiche Teil wie 3 veranschaulicht, bei dem der Lüfterflügel zu einer angenähert mittleren Position des Kühllufteinlaßfensters gedreht hat; und
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5 ist eine Draufsicht, die das gleiche Teil wie 3 veranschaulicht, bei dem der Lüfterflügel zu einem Endabschnitt des Kühllufteinlaßfensters gedreht wurde.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Um zuerst auf 1 einzugehen, so wird eine Gesamtkonstruktion einer Wechselstrommaschine 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Wechselstrommaschine 1 enthält einen Stator 2, einen Rotor 3, ein Gehäuse 4, einen Gleichrichter 5, eine rückwärtige Abdeckung 6 und eine Riemenscheibe 7. Der Stator 2 ist aus einem zylinderförmigen Statorkern 22 gebildet, der eine Vielzahl an Schlitzen und eine Ankerwicklung 21 aufweist, die in der Vielzahl der Schlitze angeordnet ist. Der Rotor 3 ist innerhalb des Stators 2 angeordnet und umfaßt eine Welle 31, einen Rotorkern 32, eine Feldwicklung 33, Gleitringe 34, 35, Kühllüfter 36, 37 und andere zugeordnete Komponenten. Der Rotorkern 32 besteht aus einem Paar an Kernen, von denen jeder die gleiche Anzahl an Krallenvorrichtungen (claws) besitzt, und umfaßt eine Feldwicklung 33, die auf den Rotorkern 32 gewickelt ist und zwischen dem Paar der Kerne eingefaßt ist.
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Ein Kühllüfter 36 mit Lüfterblättern oder Lüfterflügeln 361 ist mit einer Frontfläche des Rotorkerns 32 verbunden (eine Frontseite und eine rückwärtige Seite der Wechselstrommaschine 1 ist in 1 dargestellt), wobei die Verbindung über eine Punktschweißverbindung oder ähnliches erfolgt. Die Lüfterflügel 361 stehen aufrecht von der Frontfläche ab und eine Oberfläche jedes Flügels ist relativ zu einer radialen Richtung geneigt, die sich von einer Drehachse des Rotors 3 aus erstreckt (die geneigte Richtung ist in den 3, 4 und 5 dargestellt). Der Kühllüfter 36 saugt Kühlluft von der Frontseite des Gehäuses 4 an und bläst die angesaugte Luft sowohl in der radialen Richtung als auch in der axialen Richtung aus. In ähnlicher Weise ist ein anderer Kühllüfter 37 mit Lüfterblättern 371 mit einer rückwärtigen Fläche des Rotorkerns 32 verbunden. Der Kühllüfter 37, welcher mit der rückwärtigen Fläche verbunden ist, besteht aus einem Zentrifugallüfter, der die Kühlluft von der rückwärtigen Seite her ansaugt und die angesaugte Luft in radialer Richtung ausbläst.
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An dem rückwärtigen Ende der Welle 31 ist ein Paar von Gleit- oder Schleifringen 34, 35 vorgesehen, um elektrischen Strom der Feldwicklung 33 zuzuführen. Es sind Bürsten 38 vorhanden, die gleitfähig das Paar der Schleifringe 34, 35 kontaktieren, um elektrischen Strom der Feldwicklung 33 zuzuführen.
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Das Gehäuse 4, welches den Stator 2, den Rotor 3 und andere Komponenten darin enthält, besteht aus einem kappenförmig gestalteten Frontgehäuse 41 und einem kappenförmig gestalteten rückwärtigen Gehäuse 42. Das Frontgehäuse 41 und das rückwärtige Gehäuse 42 sind miteinander über Schrauben 43 verbunden. Ein axiales Ende des Statorkernes 22 stößt an eine Innenflanke des Frontgehäuses 41 an und das andere axiale Ende des Statorkernes 22 stößt an einen Flanschabschnitt 431 des Bolzens oder Schraube 43 an und es wird dadurch der Statorkern 22 fest zwischen dem Frontgehäuse 41 und dem rückwärtigen Gehäuse 42 eingefaßt.
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Eine Lagerbox 415, die ein Frontlager 8 enthält, ist an einem Zentrumsabschnitt einer axialen Endwand 412 des Frontgehäuses 41 ausgebildet. Die Lagerbox 415, die ein rückwärtiges Lager 9 enthält, ist an einem Zentrumsabschnitt einer axialen Endwand 422 des rückwärtigen Gehäuses 42 ausgebildet. Eine Welle 31 des Rotors 3 wird drehbar durch das Frontlager 8 und das rückwärtige Lager 9 gehaltert. Die frontseitige Lagerbox 415 ist mit einer Außenwand 414 über radial verlaufende Speichen 416 verbunden (in 2 gezeigt). Die rückseitige Lagerbox 425 wird in ähnlicher Weise durch Speichen gehaltert, die an dem rückwärtigen Gehäuse 42 ausgebildet sind.
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Es sind Kühllufteinlaßfenster 411 an der axialen Endwand 412 des Frontgehäuses 41 und zwischen benachbarten zwei Speichen 416 ausgebildet, wie in 2 dargestellt ist. Die Kühllufteinlaßfenster 421 an der Rückseite sind ähnlich an der axialen Endwand 422 des rückwärtigen Gehäuses 42 ausgebildet. Es sind Kühlluftauslaßöffnungen 413 an der Außenwand 414 des Frontgehäuses 41 ausgebildet. Es sind Auslaßöffnungen an der rückwärtigen Seite (nicht gezeigt) in ähnlicher Weise an einer Außenwand des rückwärtigen Gehäuses 42 ausgebildet. Die durch die Kühllüfter 36, 37 durch die Kühllufteinlaßfenster 411, 421 angesaugte Kühlluft wird durch die Kühlluftauslaßöffnungen ausgeblasen.
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Der Gleichrichter 5 ist außerhalb des rückwärtigen Gehäuses 42 angeordnet und ist durch eine rückwärtige Abdeckung 6 abgedeckt, die aus einer Aluminiumplatte gebildet ist. Eine Vielzahl an Lufteinlaßlöchern sind in der rückwärtigen Abdeckung 6 ausgebildet. Der Gleichrichter 5 enthält Positiv-Seite-Gleichrichterelemente, die mit einer Wärmeableitflosse 54 verbunden sind, und enthält Negativ-Seite-Gleichrichterelemente, die mit einer Wärmeableitflosse 53 verbunden sind. Anschlüsse zum Anschließen der Ankerwicklung 21 und des Gleichrichters 5 sind an einer Anschlußplatte 55 angeordnet. Eine Riemenscheibe 7 ist mit dem Frontende der Welle 31 verbunden und der Rotor 3 wird durch die Riemenscheibe 7 in Drehung versetzt, die durch eine Kraftfahrzeugmaschine (nicht gezeigt) über einen Antriebsriemen angetrieben wird.
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Um nun auf die 2 bis 5 einzugehen, so werden das Kühllufteinlaßfenster 411, eine Abdeckungswand 428 (shroud wall), die eine Abdeckungsoberfläche 417 an ihrer rückwärtigen Seite bildet, und eine Beziehung zwischen den Lüfterflügeln 361 und dem Fenster 411 in Einzelheiten beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, sind eine Vielzahl an Kühllufteinlaßfenstern 411 an der axialen Endwand 412 des Frontgehäuses 41 ausgebildet. Jedes Fenster 411 ist an einer radialen Außenseite einer kreisförmigen Wand 429 und zwischen benachbarten zwei Speichen 416 ausgebildet. Eine Abdeckungswand 428, von der eine rückwärtige Fläche eine Abdeckungsfläche 417 bildet, ist an einer radialen Außenseite von jedem Fenster 411 ausgebildet. Die Abdeckungswand 428 ist durch eine innere Umrandung oder Rand 418 und einen Außenumfang 419 definiert, der koaxial zu der kreisförmigen Wand 429 ist. Die Abdeckungsoberfläche 417 liegt einem axialen Ende 362 des Lüfterflügels 361 gegenüber, wobei ein kleiner Raum dazwischen gebildet ist. Die Abdeckungsoberfläche 417 enthält auch eine rückwärtige Fläche der Speichen 416. Obwohl die Kühllufteinlaßfenster 421 an der rückwärtigen Seite in den Zeichnungen nicht in Einzelheiten gezeigt sind, liegt ein axiales Ende 372 des Lüfterflügels 371 einer Abdeckungsoberfläche 427 des rückwärtigen Gehäuses 42 gegenüber, wie in 1 gezeigt ist.
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Der Kühllüfter 36, der mit dem Rotor 3 verbunden ist, dreht sich zusammen mit dem Rotor 3 in der Uhrzeigerrichtung, und zwar gesehen von der Frontseite aus. Die Abdeckungswand 428, die durch den inneren Rand 418 und den Außenumfang 419 definiert ist, vergrößert sich allmählich entlang der Drehrichtung, wie in 2 gezeigt ist. Mit anderen Worten, nimmt der Öffnungsbereich des Fensters 411 allmählich entlang der Drehrichtung ab. Dies bedeutet auch, daß ein Bereich der Abdeckungswand 428 pro Drehwinkeleinheit allmählich entlang der Drehrichtung zunimmt. Es kann auch gesagt werden, daß ein Abstand von einer Drehachse des Rotors 3 zu dem inneren Rand 418 allmählich entlang der Drehrichtung abnimmt.
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Ein Abschnitt des Frontgehäuses 41, der das Kühllufteinlaßfenster 411 enthält (mit ”A” in 2 eingekreist), ist in den 3, 4 und 5 in einem vergrößerten Maßstab dargestellt. In diesen Zeichnungen sind zwei Typen von Lüfterflügeln zum Zwecke der Erläuterung gezeigt, so daß ein Lüfterflügel A 361a durch ein Fenster 411 gesehen wird, und ein Lüfterflügel B 361b durch ein anderes Fenster 411 gesehen wird. Bei einer tatsächlichen Wechselstrommaschine wird jedoch nur ein Typ eines Lüfterflügels verwendet. 3 zeigt eine Situation, bei der der Lüfterflügel beginnt, in Anlage oder Eingriff mit dem inneren Rand 418 der Abdeckungswand 428 zu gelangen. 4 zeigt eine Situation, bei der der Lüfterflügel zu einem Zentrumsabschnitt des Fensters 411 gelangt. 5 zeigt eine Situation, bei der der Lüfterflügeleingriff mit dem Fenster 411 dabei ist, beendet zu werden.
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In Verbindung mit dem Lüfterflügel A 361a ist ein Flügelwinkel relativ zu dem inneren Rand 418, der als ein Winkel definiert ist, welcher zwischen einer Tangentenlinie des inneren Randes 418 an der Kreuzungsstelle des inneren Randes 418 und dem axialen Ende 362a des Lüfterflügels 361a definiert ist, und einem axialen Ende 362a des Flügels mit θa in 3 bezeichnet, mit θa' in 4 und mit θa'' in 5 bezeichnet. Der Flügelwinkel θa beträgt etwa 57°, θa' liegt bei ca. 45° und θa'' beträgt etwa 25°. Dies bedeutet, daß das Kühllufteinlaßfenster 411 und der Lüfterflügel A 361a so ausgeführt sind, daß der Flügelwinkel allmählich entsprechend der Drehung des Kühllüfters 36 im Uhrzeigersinn abnimmt. In Verbindung mit dem Lüfterflügel B 361b ist der Flügelwinkel in ähnlicher Weise definiert. Der Flügelwinkel θb, der in 3 gezeigt ist, liegt bei etwa 41°, θb', der in 4 gezeigt ist, beträgt etwa 29° und θb'', welcher in 5 gezeigt ist, liegt bei etwa 9°. Dies bedeutet, daß auch im Fall des Lüfterflügels B der Flügelwinkel allmählich entsprechend der Drehung des Kühllüfters abnimmt.
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Wie oben beschrieben ist, ändert sich im Fall des Lüfterflügels A 361a der Flügelwinkel von 57° auf 25°, das heißt in einem Bereich von etwa 30°. Im Falle des Lüfterflügels B 361b ändert sich der Flügelwinkel von 41° auf 9°, das heißt in einem Bereich von etwa 30°. Das heißt, die Gestalt des Kühllufteinlaßfensters 411, das heißt die Gestalt des Innenrandes 418, ist so geformt, daß sich der Flügelwinkel in einem Bereich von etwa 30° ändert, und zwar ungeachtet dem Typ der Lüfterflügel. Es wurde bewiesen, und zwar anhand von Experimenten, daß die Lüftergeräusche effektiv dadurch unterdrückt werden, indem man die Flügelwinkeländerung in dem Bereich von etwa 30° einstellt. Die Gestalt der Abdeckungswand 428, deren rückwärtige Fläche die Abdeckungsoberfläche 417 darstellt, ist so festgelegt, daß sie die Flügelwinkeländerungen in dem Bereich von etwa 30° befriedigt.
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Die Wechselstrommaschine 1, die oben beschrieben ist, wird mit Hilfe der Fahrzeugmaschine (nicht gezeigt) angetrieben. Wenn sich der Rotor 3 dreht, wird Wechselstrom in der Ankerwicklung 21 des Stators 2 erzeugt. Der Wechselstrom wird mit Hilfe des Gleichrichters 5 im Gleichstrom gleichgerichtet und der Gleichstrom wird dann der im Fahrzeug mitgeführten Batterie zugeführt (nicht gezeigt). Die Kühllüfter 36, 37 werden zusammen mit dem Rotor 3 in Drehung versetzt, wodurch die Ankerwicklung 21, der Gleichrichter 5 und andere Komponenten der Wechselstrommaschine 1 gekühlt werden.
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Da ein Abstand von der Drehachse des Rotors 3 zu dem Innenrand 418 der Abdeckungswand 428 allmählich entlang der Drehrichtung abnimmt, nimmt der Bereich der Abdeckungsfläche 417, welcher dem axialen Ende 362 des Lüfterflügels 361 gegenüber liegt, allmählich in der Uhrzeigerrichtungsdrehung des Kühllüfters 36 zu. Es werden daher plötzliche Änderungen in dem Druck zwischen dem Lüfterflügel 361 und der Abdeckungsoberfläche 417 vermieden und dadurch werden Lüftergeräusche, die zwischen dem Lüfterflügel 361 und der Abdeckungsoberfläche 417 erzeugt werden, unterdrückt.
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Da ein Bereich der Abdeckungsoberfläche 417 pro Drehwinkeleinheit des Kühllüfters 36 allmählich in Einklang mit der Drehung im Uhrzeigersinn des Kühllüfters 36 zunimmt, werden Druckänderungen in dem Raum zwischen dem Lüfterflügel 361 und der Abdeckungsoberfläche 417 geglättet. Daher werden Lüftergeräusche auf Grund der Druckänderungen gemildert.
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Da der Abdeckungsoberflächenbereich, welcher dem axialen Ende 362 des Lüfterflügels 361 gegenüber liegt, allmählich entsprechend der Drehung des Kühllüfters 36 zunimmt, indem der Flügelwinkel (θa oder θb) allmählich entlang der Drehrichtung abnimmt, werden Druckänderungen in dem Raum zwischen dem axialen Ende 362 und der Abdeckungsoberfläche 417 (shroud surface) geglättet. Die Lüftergeräusche werden dadurch effektiv unterdrückt, indem der Flügelwinkel zum Abnehmen gebracht wird, und zwar in einem Bereich von etwa 30°.
