DE19549204C2

DE19549204C2 - Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator

Info

Publication number: DE19549204C2
Application number: DE19549204A
Authority: DE
Inventors: Douglas-Brent Hackett; Hans-Joachim Dipl Ing Lutz; Wolfgang Dipl Ing Gottfried; Uwe Dipl Ing Knappenberger; Frank Schreiber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-12-30
Filing date: 1995-12-30
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2015-12-31
Also published as: DE19549204A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, insbesondere von einem Drehstromgenerator für Fahrzeuge mit mindestens einem Innenlüfter, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Generator ist bereits aus der DE 41 29 411 C2 bekannt. Bei dieser Ausführungsform sind die Öffnungen auf der Stirnseite eines antriebsseitigen Lagerschildes für den Eintritt der Kühlluft nach außen hindurch eine Luftleitrippe des Lagerschildes begrenzt und sie sind zur Mittelachse der Maschine durch die Lagernabe begrenzt. Damit sind die Eintrittsöffnungen für die Kühlluft des dahinter liegenden Radiallüfters relativ klein und der Luftdurchsatz dadurch begrenzt. Außerdem treten bei höheren Drehzahlen durch die Lüfterschaufeln in diesem Bereich störende Strömungsgeräusche auf.

Eine ähnliche Lösung ist aus der US-PS 5,250,864, Fig. 2 bekannt, wobei am Lagerschild die Luftleitrippe für die einströmende Kühlluft auch noch axial zu den Lüfterschaufeln hin vorsteht. Dies gilt auch für die Ausführungsform nach der DE-PS 839 675, bei der die Luftleitrippe des Lagerschildes als axial nach innen vorstehende Ringwand ausgebildet ist. Bei diesen bekannten Lösungen liegt jedoch zwischen dem Ende der Ringwand bzw. Luftleitrippen und den Lüfterschaufeln ein axialer Luftspalt, der einen geräuschverursachenden Bypass für die Kühlluft bildet, die hier an den Lüfterschaufeln stirnseitig vorbeibewegt und in Schwingung versetzt wird.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, den Luftdurchsatz und damit die Kühlung im Ständerbereich der Maschine zu verbessern und die Strömungsgeräusche zu verringern.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Maschine mit einer auf der Innenseite des Lagerflansches oberhalb der Lüfterschaufeln angeordneten Ringwand gemäß dem Kennzeichnungsmerkmal des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Eintrittsöffnungen für die Kühlluft größer gewählt werden können und einen deutlich größeren Luftdurchsatz zulassen, wobei die Strömungsgeräusche verringert werden, indem ein bisheriger Strömungsbypaß zwischen den Lüfterschaufeln und dem Lagerflansch durch die erfindungsgemäße Ringwand reduziert wird, die den axial äußerer Bereich der Lüfterschaufeln überdeckt. Durch den größeren Luftdurchsatz ergibt sich ferner eine Temperaturabsenkung an der Maschine.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch 1 angegebenen Merkmals. Zur Vermeidung des Geräusche verursachenden Bypasses zwischen den Lüfterschaufeln und dem Lagerflansch ist es von Vorteil, wenn die Ringwand mit ihrem Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Lüfterschaufeln ist und somit die Lüfterschaufeln an ihrem axial äußeren Bereich überdeckt. Ein optimaler Luftdurchsatz wird dadurch erzielt, daß die stirnseitigen Lufteintritts-Öffnungen von der Lagernabe bis zur Ringwand reichen. Eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse ergibt sich auch dadurch, daß die Ringwand in einer radial nach außen verlaufenden Abrundung in den Lagerflansch übergeht. Der Strömungswiderstand des vom Lüfter radial nach außen geblasenen Luftstroms läßt sich dadurch verringern, daß die Luftaustrittsfenster am Außenumfang des als Gehäuseschale ausgebildeten Lagerflansches schlitzförmig ausgebildet sind und einerseits bis zur Ringwand sowie andererseits bis zum Ständerblechpaket der Maschine reichen. Eine weitere Reduzierung des Strömungswiderstandes sowie ein besserer Wärmeübergang von der Ständerwicklung der Maschine zur Kühlluft läßt sich dadurch erreichen, daß der Wickelkopf der Ständerwicklung auf seiner Innenseite oberhalb der Lüfterschaufeln derart geprägt ist, daß er sich zum Lagerflansch hin konisch erweitert.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Querschnitt der Antriebsseite eines Drehstromgenerators bis zu seiner Mittelachse.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist ein mit 10 bezeichneter Drehstromgenerator mit seinem Antriebsbereich und mit seiner oberen Hälfte bis zur Mittellinie 11 im Querschnitt dargestellt, wobei die nicht dargestellte untere Hälfte eine spiegelbildliche Gestalt aufweist. Der Generator 10 hat einen Ständer 12 aus einem geschichteten Blechpaket 13, in dem eine Drehstromwicklung 14 eingezogen ist. Der Ständer 12 wird zwischen zwei Gehäusehälften 15 und 16 verspannt, wobei diese Gehäusehälften jeweils als Lagerflansch ausgebildet sind. In einer Nabe 17 des jeweiligen Lagerflansches ist ein Lager 18 für die Läuferwelle 19 eines Klauenpolläufers 20 eingesetzt. Der Klauenpolläufer 20 trägt eine Erregerwicklung 21, die über eine nicht dargestellte Schleifringanordnung hinter dem nicht dargestellten linken Lager mit einer Gleichspannung zu versorgen ist. Beidseitig der Erregerwicklung 21 sind am Umfang ineinandergreifende Klauenpolhälften 22 angeordnet und mit der Läuferwelle 19 fest verbunden. Auf der Stirnseite der Klauenpolhälfte 22 ist ein Radiallüfter 23 festgespannt, dessen Lüfterschaufeln 24 am Außenumfang in Axialrichtung nach außen abgewinkelt sind. Oberhalb der Lagernabe 17 befinden sich an der Stirnseite des Lagerflansches 16 mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Öffnungen 25 für den Eintritt der Kühlluft. Oberhalb eines aus dem Blechpaket 13 vorstehenden Wickelkopfes 26 der Drehstromwicklung 14 befinden sich im Lagerflansch 16 eine Vielzahl am Umfang verteilter Fenster 27 für den radialen Austritt der Kühlluft. Durch Pfeile 28 wird der Verlauf der Kühluft verdeutlicht, der auf der Antriebsseite der Maschine von dem Radiallüfter 23 durch die Öffnungen 25 eingesogen und radial am Wickelkopf 26 entlang durch die Luftaustrittsfenster 27 nach außen geblasen wird.

Zur Reduzierung des axialen Lüfterschaufel-Wandabstandes ist der Lagerflansch 16 auf seiner Innenseite mit einer nach innen gerichteten, dicht oberhalb der Lüfterschaufeln 24 endenden Ringwand 29 versehen. Damit werden die Lüfterschaufeln 24 teilweise überdeckt. Das geförderte Luftvolumen steigt, da Rückströmungen vor den Lüfterschaufeln 24 vermieden werden. Es kann bei gleicher Förderleistung ein kleinerer Lüfter eingesetzt werden. Der Lüfterwirkungsgrad wird besser und das Strömungsgeräusch wird reduziert. Außerdem können große axiale Bauteiltoleranzen durch diese Lösung aufgefangen werden und wirken sich nicht auf die Luftfördermenge aus.

Der Innendurchmesser D der Ringwand 29 ist dabei etwas größer als der Außendurchmesser d der Lüfterschaufeln gewählt und die Ringwand 29 ist in ihrer axialen Länge A so bemessen, daß sie die den axial äußeren Bereich der Lüfterschaufeln 24 überdeckt. Eine Vergrößerung der Lufteintrittsöffnungen 25 bis zur Ringwand 29 reduziert den Strömungswiderstand und erhöht den Luftdurchsatz. Der Radiallüfter 23 saugt die Luft axial an, wobei diese Maßnahme in Verbindung mit einem schwächer ausgebildeten Radiallüfter bei Erzielung eines unveränderten Luftdurchsatzes zur Geräuschabsenkung führt. Eine weitere Optimierung des Strömungswiderstandes wird mit einer Abrundung b erzielt, mit der die Ringwand 29 radial nach außen verlaufend in den Lagerflansch 16 übergeht. Ein solcher Einströmradius an den Lufteintrittsöffnungen bewirkt auch bei standardmäßigen Generatoren einen geringen Strömungswiderstand.

Für den Luftaustritt aus dem Generator ist vorgesehen, die Austrittsfenster 27 am Außenumfang des Lagerflansches 16 bis vor das Blechpaket 13 zu verlängern und dadurch den Strömungswiderstand zu reduzieren. Für die vom Wickelkopf abzuführende Verlustwärme der elektrischen Maschine wird der Wärmeübergang zur Kühlluft dadurch verbessert, daß der Wickelkopf 26 auf seiner Innenseite 26a derart geprägt ist, daß er sich oberhalb der Lüfterschaufeln 24 zum Lagerflansch 16 hin konisch erweitert.

Die in der Figur für die Antriebsseite des Generators dargestellte Ausführungsform zur Verbesserung und Geräuschminderung der Luftkühlung am rechten Lagerflansch kann in gleicher Weise auch am linken, nicht dargestellten bürstenseitigen Lagerflansch verwendet werden. Die Lösung ist auch nicht auf Drehstromgeneratoren mit Klauenpol- Läufern beschränkt sondern für elektrische Maschinen mit einer Ständerwicklung allgemein verwendbar. Dabei können auch sogenannte Diagonal-Lüfter zum Einsatz kommen, bei denen der Luftstrom diagonal von innen nach außen durch das Maschinengehäuse strömt.

Claims

1. Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator für Fahrzeuge, mit einem Läufer und mindestens einem stirnseitig dazu angeordneten Lüfter, wobei der Kühlluftstrom von am Außenumfang des Lüfters abgewinkelten Lüfterschaufeln in Axialrichtung durch stirnseitig angeordnete Lufteintrittsöffnungen eines ein Lager für die Läuferwelle aufnehmenden Lagerflansches in die Maschine eingesogen und radial an einem Wickelkopf einer Ständerwicklung entlang durch am Außenumfang des Maschinengehäuses angeordnete Luftaustrittsfenster nach außen geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerflansch (16) eine nach innen gerichtete, dicht oberhalb der Lüfterschaufeln (24) endende Ringwand (29) aufweist, die die Lüfterschaufeln (24) an ihrem axial äußeren Bereich überdeckt.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsfenster (27) im Lagerflansch (16) angeordnet sind.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Lufteintritts- Öffnungen (25) von einer Lagernabe (17) bis zur Ringwand (29) reichen.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwand (29) an den Lufteintrittsöffnungen (25) in einer radial nach außen verlaufenden Abrundung (b) in den Lagerflansch (16) übergeht.

5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustritts fenster (27) schlitzförmig ausgebildet sind und einerseits bis zur Ringwand (29) sowie andererseits zu einem Ständerblechpaket (13) der Maschine reichen.

6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkopf (26) auf seiner Innenseite (26a) oberhalb der Lüfterschaufeln (24) derart geprägt ist, daß er sich zum Lagerflansch (16) hin konisch erweitert.