專利名稱：具有用于降低冷卻風(fēng)扇噪音的外殼的機動車交流發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機動車輛的交流發(fā)電機，該交流發(fā)電機含有冷卻風(fēng)扇。
背景技術(shù)：
交流發(fā)電機通常安裝在機動車輛上。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而在交流發(fā)電機中產(chǎn)生的交流電被整流為直流電，且用該整流后的直流電對車載電池充電。冷卻風(fēng)扇安裝在轉(zhuǎn)子的軸向端，用于冷卻定子線圈。由于冷卻風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，外部空氣通過形成在外殼的軸向端壁上的入口被吸入交流發(fā)電機，且冷卻空氣從形成在外殼的徑向外壁上的出口排放。換句話說，在外殼的軸向上引入的外部空氣冷卻該定子線圈且在外殼的徑向上排放。
在鄰近出口的地方會產(chǎn)生氣流噪音，因為冷卻氣流在此擾動。該冷卻氣流也會在鄰近入口的地方擾動，其中外殼的肋條和輻條在此形成。因此，氣流噪音也會在鄰近入口的地方產(chǎn)生。
至今已經(jīng)有各種建議來降低鄰近出口處的氣流噪音。這些建議包括改變冷卻風(fēng)扇葉片的形狀；改進(jìn)定子線圈的線圈端形式；以及改變出口的形狀。通過利用這些建議中的一個或者多個，可以抑制鄰近出口處的氣流擾動，以降低出口附近的氣流噪音。
另一方面，要降低在入口附近產(chǎn)生的氣流噪音，WO-00/16467建議使外殼的肋條在相對于徑向方向，與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向上傾斜。其建議將傾斜角設(shè)置在25度到35度的范圍內(nèi)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過傾斜肋條不能充分降低氣流噪音。這是因為形成在外殼的軸向端壁上的肋條的尺寸在軸向方向上和在沿著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向上沒有足夠大。這些肋條的形成只是為了防止諸如小石頭等之類的外來顆粒通過入口進(jìn)入外殼。因此，肋條在尺寸上做得比用來將軸承箱連接到外殼的圓柱形部分的輻條小很多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是由于上述的問題而產(chǎn)生的，且本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的交流發(fā)電機，其中充分減小了在鄰近入口處產(chǎn)生的冷卻氣流噪音。
在機動車輛中使用的交流發(fā)電機包括外殼、固定安裝在外殼中的定子，以及可旋轉(zhuǎn)地支撐在外殼中的轉(zhuǎn)子。冷卻風(fēng)扇連接到轉(zhuǎn)子的軸向端表面。當(dāng)轉(zhuǎn)子由發(fā)動機轉(zhuǎn)動時，交流電就會在設(shè)置在定子中的定子線圈中產(chǎn)生。該產(chǎn)生的交流電通過安裝在交流發(fā)電機上的整流器被整流為直流電。該直流電供應(yīng)到車載電池來對其充電。
多個作為結(jié)構(gòu)元件的輻條在外殼的軸向端壁上形成。用于引入冷卻空氣的入口在每對相鄰的輻條之間形成。肋條也在每個入口處形成，以防止諸如小石頭之類的外來顆粒進(jìn)入外殼。和用作結(jié)構(gòu)元件的輻條相比，肋條在沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向的寬度和軸向上的長度上都要小的多。
當(dāng)冷卻風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)時，冷卻空氣從入口進(jìn)入，且設(shè)置在定子中的定子線圈和纏繞在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子線圈都被冷卻。為了降低鄰近入口處產(chǎn)生的氣流噪音，輻條在相對于從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心延伸的徑向線，與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相對的方向上傾斜。
該傾斜角最好設(shè)置在10°到45°范圍內(nèi)，且最好設(shè)置在10°到25°范圍內(nèi)?？梢灾粌A斜一些輻條來替代傾斜所有輻條。每根輻條的兩側(cè)可以都傾斜，或者只有位于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的下游的每根輻條的一側(cè)可以傾斜。
根據(jù)本發(fā)明，在鄰近入口處產(chǎn)生的氣流噪音極大地減小了。通過參考附圖而很好地理解下面描述的優(yōu)選實施例，可以更容易地理解本發(fā)明的其它目的和特征。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的交流發(fā)電機的平面視圖，其是從交流發(fā)電機的前側(cè)觀察的；圖2顯示了圖1中顯示的交流發(fā)電機的截面視圖；圖3是顯示形成在前面外殼的軸向端壁上的輻條和肋條高度的示意圖；圖4是根據(jù)總值和包絡(luò)值來顯示氣流噪音水平的圖，本發(fā)明的實施例的噪音水平和傳統(tǒng)的交流發(fā)電機的噪音水平相比；圖5是顯示具有不同傾斜角的輻條的交流發(fā)電機的氣流噪音減小量的圖；
圖6是顯示具有前外殼的交流發(fā)電機的平面視圖，其中有一些輻條是傾斜的，其是從該交流發(fā)電機的前側(cè)看的；以及圖7是顯示具有前外殼的交流發(fā)電機的平面視圖，其中只有輻條的一側(cè)是傾斜的，其是從該交流發(fā)電機的前側(cè)看的。
具體實施例方式
參考圖1和2，將描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。在機動車輛中使用的交流發(fā)電機1包括轉(zhuǎn)子2、定子3、前外殼4、后外殼5、電刷裝置6、整流器7、電壓調(diào)節(jié)器8和其它相關(guān)的元件。
該轉(zhuǎn)子2包括一對固定地連接到轉(zhuǎn)子軸24上的轉(zhuǎn)子芯22、23，以及纏繞在由相互鄰接轉(zhuǎn)子芯對22、23形成的中心體上的勵磁線圈21。每個轉(zhuǎn)子芯22、23具有六爪，形成磁極。冷卻風(fēng)扇25通過焊接等連接到轉(zhuǎn)子芯22的前軸向端表面。該冷卻風(fēng)扇25是軸流式風(fēng)扇或者是軸流式風(fēng)扇和離心式風(fēng)扇的組合。冷卻空氣從交流發(fā)電機1的前側(cè)引入交流發(fā)電機1，并在徑向上排出。同樣地，另一個冷卻風(fēng)扇26通過焊接等連接到轉(zhuǎn)子芯23的后軸向端表面。該冷卻風(fēng)扇26是離心式風(fēng)扇，其在軸向方向上引入冷卻空氣，且在徑向上排出。
一對滑環(huán)27、28連接到轉(zhuǎn)子軸24的后端部分。保持在電刷裝置6中的一對電刷61、62可滑動地接觸滑環(huán)對，以從整流器7向勵磁線圈21供應(yīng)勵磁電流。定子3由圓柱形的定子芯31和三相定子線圈32構(gòu)成，且三相定子線圈32纏繞在形成在定子芯31中的槽上。整流器7由其上攜帶正向整流元件的散熱板和其上攜帶負(fù)向整流元件的另一個散熱板構(gòu)成。該整流元件通過焊接等方式電子和機械連接到各散熱板。在定子3中產(chǎn)生的交流電通過整流器7整流為直流電。
交流發(fā)電機外殼由前外殼4和后外殼5構(gòu)成，該前外殼4和后外殼5通過四個貫穿螺栓34插入形成在外殼4、5的外部周圍上的其間具有相等間距的各自的支撐部分420中而相互連接。該定子3固定地保持在前外殼4和后外殼5之間。該轉(zhuǎn)子2設(shè)置在定子3的內(nèi)孔中，其間具有一小段空氣間隙。該轉(zhuǎn)子2由保持在前外殼4中的軸承36和保持在后外殼5中的另一個軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐。
電壓調(diào)節(jié)器8控制供應(yīng)到勵磁線圈21的電流的量，從而交流發(fā)電機的輸出電壓保持在預(yù)定水平。皮帶輪9通過螺母91固定地連接到轉(zhuǎn)子軸24的前端。通過皮帶將皮帶輪9連接到發(fā)動機，該轉(zhuǎn)子2由該發(fā)動機(沒有顯示)轉(zhuǎn)動。后蓋92設(shè)置在交流發(fā)電機1的后側(cè)，以覆蓋電刷裝置6、整流器7和電壓調(diào)節(jié)器8。
通過向勵磁線圈21供應(yīng)勵磁電流，在轉(zhuǎn)子2中產(chǎn)生磁場，同時轉(zhuǎn)子2由發(fā)動機轉(zhuǎn)動。該轉(zhuǎn)子2在如圖1所示的方向旋轉(zhuǎn)(從交流發(fā)電機1的前側(cè)看為順時針方向)。在定子線圈32中產(chǎn)生三相交流電，且產(chǎn)生的交流電通過整流器7整流為直流電。該直流電供應(yīng)到車載電池，并對其充電。
冷卻風(fēng)扇25連接到轉(zhuǎn)子芯22的前端表面，且沿著和轉(zhuǎn)子2相同的方向和轉(zhuǎn)子2一起旋轉(zhuǎn)。由于冷卻風(fēng)扇25的旋轉(zhuǎn)，冷卻空氣通過形成在前外殼4的軸向端壁45上的入口440進(jìn)入交流發(fā)電機1。該勵磁線圈21由冷卻氣流的軸向分量冷卻，而定子線圈32的前線圈端由冷卻氣流的徑向分量冷卻。
同樣，另一個冷卻風(fēng)扇26連接到轉(zhuǎn)子芯23的后端表面，且也和轉(zhuǎn)子2一起旋轉(zhuǎn)。由于冷卻風(fēng)扇26的旋轉(zhuǎn)，冷卻空氣進(jìn)入交流發(fā)電機1，且吹到整流器7和電壓調(diào)節(jié)器8，然后到達(dá)定子線圈32的后線圈端。該冷卻空氣最后在徑向上從后外殼5排出。因此，整流器7、電壓調(diào)節(jié)器8和后線圈端都被冷卻。
現(xiàn)在，通過參考圖1和2將要詳細(xì)描述前外殼4。該前外殼4基本為杯狀的，且包括軸向端壁45和連接到軸向端壁45的圓柱形部分。用于在其中容納軸承36的軸承箱400形成在軸向端壁45的中心部分，且由四根輻條430支撐，每根輻條從軸承箱400朝著前外殼4的圓柱形部分延伸。用于將交流發(fā)電機1安裝在發(fā)動機體上的安裝撐桿410、412形成為從前外殼4向上和向下延伸。用于將前外殼4連接到后外殼5的貫穿螺栓34插入到四個支撐部分420中，這些支撐部分420以相等的間距形成在安裝撐桿410、412的腳部。
用于將冷卻空氣引入前外殼4的開口在每對相鄰的輻條之間形成，且開口被形成在其中的肋條432分割成多個入口440。這些肋條432基本沿著徑向延伸。輻條430形成為有足夠的機械強度，以支撐軸承箱400，從而又支撐轉(zhuǎn)子2。另一方面，肋條432形成為具有小得多的機械強度，因為它們只是用來防止諸如小石頭等之類的外來顆粒進(jìn)入交流發(fā)電機。
圖3顯示了輻條430和肋條432的截面圖，沿著轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)方向分解開。如圖3所示，輻條430在軸向上的高度比肋條432在軸向上的高度要高，輻條430沿著旋轉(zhuǎn)方向的寬度比肋條432沿著旋轉(zhuǎn)方向的寬度要寬。要降低鄰近入口440處的氣流噪音，每根輻條430在相對于從轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)中心延伸的徑向線，與轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)方向相對的方向上傾斜，如圖1所示。傾斜角α設(shè)置在范圍10°到45°內(nèi)。
圖4根據(jù)在不同旋轉(zhuǎn)速度(rpm)處的dB-A來顯示氣流噪音水平。在圖中，顯示了總噪聲水平和包絡(luò)噪音水平(包括各階分量的噪音水平)。實線顯示根據(jù)本發(fā)明的交流發(fā)電機1的噪音水平，而虛線顯示了傳統(tǒng)的其輻條不傾斜(傾斜角α＝0°)的交流發(fā)電機的噪音水平。該圖顯示實際測量的結(jié)果。從圖中很明顯看出，根據(jù)本發(fā)明的交流發(fā)電機中的氣流噪音水平在總體水平和包絡(luò)水平兩者都改進(jìn)了。特別是，在從5000rpm到12000rpm的旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)，噪音水平有了很大改進(jìn)。
圖5顯示了具有不同傾斜角α的交流發(fā)電機中測量的噪音水平減少量的測試結(jié)果。噪音水平減少量是沒有傾斜角的傳統(tǒng)交流發(fā)電機的噪音水平和分別具有10°、20°或45°傾斜角的交流發(fā)電機的噪音水平的差值，其顯示在縱坐標(biāo)上。在橫坐標(biāo)上，顯示了傾斜角α。實線顯示了總值，而虛線顯示了包絡(luò)值。其證明了通過在從10°到45°的范圍內(nèi)傾斜輻條430可以降低噪音水平。更具體地，總值的噪音水平降低了3(dB-A)，而包絡(luò)值的噪音水平降低了2-4(dB-A)。
隨著傾斜角α變得越大，入口440的開口區(qū)域變得越小。因此，最好將傾斜角α設(shè)置在10°到25°的范圍內(nèi)，以獲得期望的噪音水平降低，而又使入口440的開口區(qū)域維持在足夠的水平。
根據(jù)本發(fā)明，輻條430在高度和寬度上都比肋條432大，輻條430在相對于徑向方向，與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相對的方向上傾斜。通過以這樣的方式傾斜輻條430，在鄰近入口440處產(chǎn)生的冷卻氣流擾動被抑制到最小水平。因此，入口440周圍的氣流噪音水平可以降低。通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過設(shè)置傾斜角α在10°到45°范圍內(nèi)，可以使噪音水平很大的降低。
本發(fā)明并不局限于上述的實施例，而且其可以有各種修改。例如，輻條430中的一些而不是所有輻條可以傾斜，如圖6所示。在如圖6所示的交流發(fā)電機中，三根輻條430傾斜，一根輻條不傾斜。這種方式可以使噪音水平降低到一定程度。盡管在上述實施例中，每根輻條430的兩側(cè)都傾斜，也可以只傾斜定位在轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)方向的下游的輻條的一側(cè)。如圖7所示，輻條430A只有一側(cè)傾斜。通過這種方式也能獲得噪音的降低。
通過參考上述的優(yōu)選實施例已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明，但在不背離如后附的權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行形式上和細(xì)節(jié)上的變化，這對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通人員來說是可以理解的。
權(quán)利要求
1.一種用于機動車輛的交流發(fā)電機，該交流發(fā)電機包括外殼，其基本成圓柱形，且具有軸向端壁；定子，其固定地設(shè)置在外殼中；轉(zhuǎn)子，其可旋轉(zhuǎn)地支撐在定子內(nèi)，該轉(zhuǎn)子包括固定到其軸向端表面的冷卻風(fēng)扇，其中多個輻條形成在該外殼的軸向端壁上；面向該冷卻風(fēng)扇的空氣入口形成在該輻條的兩側(cè)，這樣根據(jù)固定到該轉(zhuǎn)子的該冷卻風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，冷卻空氣通過入口引入到外殼中；以及該輻條相對于從該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心延伸的徑向線，在與該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相對的方向上傾斜。
2.如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)電機，其特征在于該輻條傾斜的傾斜角在10°到45°范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)電機，其特征在于只有定位在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向下游的輻條的一側(cè)傾斜。
4.如權(quán)利要求2所述的交流發(fā)電機，其特征在于該傾斜角設(shè)置為不超過25°。
5.如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)電機，其特征在于多個輻條中只有一些輻條傾斜，而其它輻條不傾斜。
全文摘要
用于機動車輛的交流發(fā)電機主要包括外殼、具有勵磁線圈的轉(zhuǎn)子和具有定子線圈的定子。冷卻風(fēng)扇連接到轉(zhuǎn)子的軸向端。定子固定地設(shè)置在外殼中，且轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地支撐在外殼中。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，定子線圈中產(chǎn)生交流電，且該交流電被整流為直流電，以對車載電池充電。用于將冷卻空氣引入到外殼的入口在形成在外殼的軸向端壁上的輻條間形成。該輻條在相對于徑向，與該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相對的方向上傾斜，從而降低了在輻條周圍產(chǎn)生的氣流噪音。
文檔編號H02K19/16GK1490921SQ0315880
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月12日
發(fā)明者中野一敏 申請人:株式會社電裝