DE19745007A1

DE19745007A1 - Device and method for evaluating the noise of electrical machines or devices

Info

Publication number: DE19745007A1
Application number: DE19745007A
Authority: DE
Inventors: Clemens Simon; Alan Dr Syrop
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1997-10-11
Publication date: 1998-04-23

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bewertung der Geräusche von elektrischen Maschinen oder Geräten und/oder deren stromdurchflossener Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10.The invention relates to an apparatus and a method to evaluate the noise of electrical machines or Devices and / or their current-carrying components after the The preamble of claim 1 and claim 10.

Die Bewertung der Betriebsgeräusche von elektrischen Maschinen oder Geräten, die über wenigstens eine Spulenwicklung verfügen und im herkömmlichen stromführenden Betriebszustand ein magnetisches Wechselfeld aufweisen, ist vor allem unter dem Gesichtspunkt der Geräuschminimierung bei der Entwicklung derartiger Maschinen und Geräte bzw. bei der optimalen Komponentenauswahl von Interesse. Unter Spulenwicklung soll im folgenden eine Anordnung elektrischer Leiter in beispielsweise elektrischen Maschinen, Transformatoren, Elektromagneten oder dergleichen verstanden werden. The evaluation of the operating noise of electrical Machines or devices that have at least one Have coil winding and in the conventional current-carrying Operating state have an alternating magnetic field especially from the point of view of noise minimization in the development of such machines and devices or the optimal component selection of interest. Under In the following, coil winding is intended to be an electrical arrangement For example in electrical machines, Understood transformers, electromagnets or the like will.

Bei einer bekannten Ausführungsform werden z. B. die Betriebsgeräusche einer Lichtmaschine für ein Kraftfahrzeug bewertet. Dieser elektrische Generator, meist in Form eines Drehstromsynchronläufers, wird zur elektrischen Energieversorgung im Kraftfahrzeug in der Regel über den Keilriemen vom Verbrennungsmotor angetrieben und ist auf diese Weise starken Drehzahlschwankungen unterworfen. Daher sollte auch die Geräuschprüfung über einen entsprechenden Drehzahlbereich erfolgen. Dazu wird der Generator auf einem Prüfstand angeordnet. Um am Generator die gewünschten Drehzahlen einstellen zu können, ist ein zusätzlicher leistungsstarker Antrieb notwendig, der beispielsweise über einen Riemenantrieb angekoppelt wird. Für die Erzielung von neutralen Meßbedingungen sollte der Aufbau in einer Geräuschmeßzelle erfolgen, wobei überdies darauf zu achten ist, daß die Laufgeräusche des zusätzlichen Antriebs die Bewertung der Betriebsgeräusche des Generators nicht nachteilig beeinflussen.In a known embodiment, for. B. the Operating noise of an alternator for a motor vehicle rated. This electrical generator, usually in the form of a Three-phase synchronous rotor, becomes electrical Energy supply in the motor vehicle usually via the V-belt driven by the internal combustion engine and is on subject to strong speed fluctuations. Therefore the noise test should also have an appropriate Speed range. To do this, the generator is on a Test bench arranged. To the desired on the generator Being able to set speeds is an additional one powerful drive necessary, for example a belt drive is coupled. To achieve neutral measurement conditions, the structure should be in a Noise measuring cell take place, in addition, pay attention to it is that the running noise of the additional drive No evaluation of the operating noise of the generator adversely affect.

Die Bewertung des Generators bei der jeweiligen Drehzahl kann nach einer subjektiven Methode von einer Anzahl Testpersonen vorgenommen werden. Die subjektive Beurteilung ist selbstverständlich immer mit Ungenauigkeiten behaftet. Bei einer anderen Vorgehensweise wird über Mikrofone die Größe der Amplituden der abgestrahlten Schwingungen im Luftschall aufgenommen. Hierdurch erhält man eine gute Reproduzierbarkeit der Messung und objektive Vergleichskurven zu anderen Messungen.The evaluation of the generator at the respective speed can by a subjective method of a number Testers are made. The subjective assessment is of course always subject to inaccuracies. Another approach is via microphones Size of the amplitudes of the emitted vibrations in the Airborne sound recorded. This gives you a good one Reproducibility of the measurement and objective Comparison curves to other measurements.

Bei bestimmten Drehzahlen nimmt die Lautstärke des Geräusches aufgrund von Resonanzbedingungen stark zu. Das Anfahren dieser Resonanzstellen ist allerdings mit dem oben beschriebenen Aufbau, d. h. mit der zusätzlichen leistungsstarken Antriebseinheit, nicht immer in exakter Weise möglich. Dies liegt daran, daß aufgrund der Lastschwankungen bei einer Umdrehung des Generators die Drehzahl ebenfalls innerhalb der Umdrehung schwankt und somit eine bestimmte Drehzahl nicht mit ausreichender Genauigkeit eingestellt werden kann.At certain speeds, the volume of the Noise due to resonance conditions. The Approaching these resonance points is however with the above described structure, d. H. with the additional powerful drive unit, not always in exact Way possible. This is because due to the Load fluctuations in one revolution of the generator Speed also fluctuates within the revolution and thus a certain speed is not sufficient Accuracy can be adjusted.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Bewertung der Geräusche von elektrischen Maschinen oder Geräten mit wenigstens einer Spulenwicklung, bereitzustellen, bei der ein geringerer Konstruktionsaufwand notwendig und die Genauigkeit der Bewertung verbessert ist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Bewertung der Geräusche aufgezeigt werden, das im Vergleich zum Stand der Technik ebenfalls einfacher und genauer ist. Das Verfahren soll sich für die Überwachung der Fertigung eignen.The invention has for its object a device for Evaluation of the noise of electrical machines or Devices with at least one coil winding, provide at a lower design effort necessary and the accuracy of the evaluation is improved. Furthermore, a method for evaluating the noise is said to be be shown that compared to the prior art is also easier and more precise. The procedure is supposed to suitable for monitoring production.

Advantages of the invention

Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, daß mittels einer elektrischen Erregung der Spulenwicklung das dadurch erzeugte magnetische Wechselfeld und die wiederum dadurch verursachten mechanischen Schwingungen ein Geräusch erzeugen. Mit diesem Geräusch läßt sich einerseits das im herkömmlichen Strom führenden Betriebszustand auftretende Geräusch nachbilden. Darüber hinaus gibt das vom magnetischen Wechselfeld hervorgerufene Geräusch Auskunft über die Einhaltung von Funktionsparametern des stromdurchflossenen Bauteils oder über die Einhaltung von bestimmten Fertigungsparameter, nach denen das stromdurchflossenen Bauteil hergestellt wurde. Damit ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Fertigungskontrolle bzw. zur Qualitätsprüfung von stromdurchflossenen Bauteilen einzusetzen. Die elektrische Maschine bzw. das elektrische Gerät muß zur Qualitätsprüfung nicht im fertig montierten Zustand vorliegen.The main idea of the invention is that by means of a electrical excitation of the coil winding generated alternating magnetic field and this in turn caused mechanical vibrations a noise produce. With this sound you can on the one hand conventional current-carrying operating state occurring Emulate noise. In addition, there is the magnetic alternating field caused noise information on compliance with the functional parameters of the current-carrying component or compliance with certain manufacturing parameters, according to which the current-carrying component was manufactured. So that's it possible, the device according to the invention and the Method according to the invention for production control or Quality inspection of current-carrying components to use. The electrical machine or the electrical The device does not have to be fully assembled for quality inspection Condition.

Bezogen auf die Geräuschprüfung von Generatoren ist kein leistungsstarker Antrieb notwendig, der diesen auf die Drehzahl bringt, für die eine Bewertung durchgeführt werden soll. Statt dessen wird beispielsweise die Ständerwicklung des Generators mit einer Wechselspannung beaufschlagt, deren Frequenz der zu bewertenden Drehzahl entspricht. Überraschenderweise stellen sich dadurch am Generator Betriebsgeräusche ein, die im wesentlichen denen entsprechen, als wenn der Rotor des Generators auf der der Frequenz entsprechenden Drehzahl laufen würde. Dies begründet sich vor allem darin, daß bei herkömmlichen elektrischen Maschinen, die Betriebsgeräusche im wesentlichen durch die Wechselwirkungen der magnetischen Kräfte in der Maschine zustandekommen. Eine Abweichung von einer Messung bei tatsächlicher Rotation kann allerdings auftreten, wenn andere Geräuschquellen, wie beispielsweise Lagergeräusche, Streifergeräusche, Riemenantriebsgeräusche oder dergleichen dominant werden. Durch eine derartige Bewertung ist es somit außerdem möglich, die durch das Magnetfeld hervorgerufenen Geräusche von sonstigen Geräuschquellen eindeutig zu trennen. Die vom magnetischen Wechselfeld erzeugten Geräusche können in vielfältiger Weise detektiert bzw. weiterverarbeitet werden. Bei mehrspuligen elektrischen Maschinen kann eine mehrphasige Speisung vorteilhaft sein, bei der ggf. Wellenform und/oder Phasenlage der Wechselspannung frei einstellbar sind. Auf diese Weise gewinnt man bei der Analyse der Betriebsgeräusche weitere Freiheitsgrade.Related to the noise test of generators is none powerful drive necessary, this on the Brings speed, for which an evaluation will be carried out should. Instead, for example, the stator winding of the generator with an alternating voltage, the Frequency corresponds to the speed to be assessed. Surprisingly, this turns on the generator Operating noises that are essentially those correspond as if the rotor of the generator on the Frequency would run corresponding speed. This is mainly due to the fact that in conventional electrical machines, the operating noise in the essentially through the interactions of the magnetic Forces come into being in the machine. A deviation from a measurement with actual rotation can, however occur when other sources of noise, such as Bearing noises, scraping noises, belt drive noises or the like become dominant. By such It is therefore also possible to evaluate by the Magnetic field generated noise from other Clearly separate sources of noise. The magnetic one Alternating field noise can be generated in many ways are detected or further processed. With multi-reel electrical machines can be a multi-phase supply be advantageous in the event of waveform and / or The phase position of the AC voltage can be freely adjusted. On this is how you win when analyzing the Operating noise further degrees of freedom.

Um die Bewertung über einen bestimmten Frequenzbereich, also Drehzahlbereich, durchführen zu können, wird desweiteren vorgeschlagen, daß die Wechselspannungsquelle in ihrer Frequenz variabel ist.To evaluate over a certain frequency range, so Speed range to be able to carry out, furthermore suggested that the AC voltage source in their Frequency is variable.

Zur rechnergesteuerten Durchführung der Messung wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Frequenz der Wechselspannungsquelle automatisch einstellbar ist.For the computer-controlled execution of the measurement further suggested that the frequency of the AC voltage source is automatically adjustable.

Außerdem ist es besonders bevorzugt, wenn bei Generatoren Antriebsmittel für eine Drehbewegung des Läufers während der Bestromung vorgesehen sind. Bei elektrischen Maschinen ist die magnetische Kopplung nicht völlig unabhängig von der Stellung des Läufers im Vergleich zum Ständer. Durch eine Drehung des Läufers, die sehr langsam sein kann, (beispielsweise 140 Umdrehungen pro Minute) werden derartige Unsymmetrien ausgemittelt. Dabei ist es im weiteren vorteilhaft, eine variable Drehzahl des Rotors zu ermöglichen.It is also particularly preferred if in the case of generators Drive means for rotating the rotor during the Current supply is provided. With electrical machines the magnetic coupling is not completely independent of the Position of the runner compared to the stand. By a Rotation of the rotor which can be very slow (e.g. 140 revolutions per minute) become such Averaged asymmetries. It is further here advantageous to a variable speed of the rotor enable.

Um in vergleichsweise einfacher Weise eine Drehbewegung des Läufers realisieren zu können, wird außerdem vorgeschlagen, daß die Antriebsmittel einen vorzugsweise leisen Getriebemotor umfassen.In order to make a rotary movement of the It is also proposed to be able to realize that the drive means preferably quiet Include geared motor.

Zur rationellen Verarbeitung von detektierten Geräuschen wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Mittel zur Verarbeitung einen elektronischen Rechner beinhalten. For the rational processing of detected noises it is also proposed that the funds for Processing include an electronic calculator.

Außerdem ist es besonders vorteilhaft, wenn die Aufnahmeeinrichtung wenigstens ein Mikrofon zur Detektion des Schalldrucks umfaßt. Hiermit wird eine besonders gängige Methode zur Geräuschmessung verwirklicht.It is also particularly advantageous if the Recording device at least one microphone for detection of sound pressure. This becomes a particularly common one Realized method of noise measurement.

Ebenso ist es in einer vorteilhaften Ausführungsform bevorzugt, wenn die Aufnahmeeinrichtung wenigstens einen Sensor zur Detektion von Körperschall beinhaltet. Auf diese Weise kann eine im Vergleich zur Schalldruckmessung feinfühligere Meßwerterfassung möglich werden.It is also in an advantageous embodiment preferred if the receiving device at least one Includes sensor for the detection of structure-borne noise. To this One way can be compared to sound pressure measurement more sensitive data acquisition is possible.

Die Vorrichtung und das Verfahren lassen sich analog einsetzen zur Prüfung anderer Bauteile, wie z. B. von piezoelektrischen Bauteilen. Wichtig für die Ausnutzung der Erfindung ist, daß eine elektrische Erregung einer mechanischen Schwingung des Bauteils vorliegt.The device and the method can be analogous use for testing other components, such as B. from piezoelectric components. Important for the exploitation of the Invention is that electrical excitation mechanical vibration of the component is present.

Embodiments

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Ein zweites Ausführungsbeispiel wird anhand eines Verfahren zur Überprüfung der Fertigungsqualität eines stromdurchflossenen Bauteils beschrieben.A first embodiment of the invention is in the Drawings shown and is based on the following Description explained in more detail. A second Embodiment is based on a method for Checking the manufacturing quality of a current-carrying Component described.

Im einzelnen zeigen:In detail show:

Fig. 1a und b das schematische Schaltbild eines Dreiphasengenerators mit erfindungsgemäßer Wechselspannungsbestromung (a) bzw. gleichspannungsversorgtem Rotor (b), Fig. 1a and b shows the schematic diagram of a three-phase generator according to the invention Wechselspannungsbestromung (a) or gleichspannungsversorgtem rotor (b),

Fig. 2 einen Generator in den Prüfstand einer Geräuschmeßzelle eingespannt in der schematischen Seitenansicht, Fig. 2 is a generator in the test a Geräuschmeßzelle clamped in the schematic side view,

Fig. 3 den Prüfstand mit Generator aus Fig. 2 in der schematischen Draufsicht, Fig. 3 with the test generator of FIG. 2 in the schematic plan view,

Fig. 4 die Verläufe der durch ein Mikrofon aufgenommenen Schalldruckpegel des Betriebsgeräusches eines Generators für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung und für ein herkömmliches Verfahren, Fig. 4 shows the waveforms of the picked up by a microphone sound pressure level of operating noise of a generator for the novel process for the evaluation and for a conventional method,

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Schalldruckpegel des Betriebsgeräusches zweier Generatoren bei einer konstanten Erregerfrequenz (Drehzahl). Fig. 5 shows the time course of the sound pressure level of the operating noise of two generators at a constant excitation frequency (speed).

In Fig. 1a und b ist ein schematisches Schaltbild einer Lichtmaschine für ein Kraftfahrzeug, z. B. eines zwölfpoligen Drehstromsynchronläufers, dargestellt. Im folgenden soll der Begriff Stator anstatt Ständer verwendet werden, da es sich um eine Synchronmaschine handelt. Der sich drehende Teil wird als Rotor oder Läufer bezeichnet. Entsprechend Fig. 1a werden die Statorwicklungen 1, 2, 3 über die Anschlüsse A, B, C sowie den Sternpunkt S und einen Vorwiderstand R erfindungsgemäß mit einer Wechselspannungsquelle 4 verbunden. Der Rotor 5 (Fig. 1b) kann zur Ausbildung eines magnetischen Rotorfelds aus einer Gleichspannungsquelle 6 versorgt werden. Eine mögliche Drehbewegung des Rotors soll durch die gestrichelt eingezeichneten Rotorpositionen 5' bzw. 5'' angedeutet werden.In Fig. 1a and b is a schematic diagram of an alternator for a motor vehicle, z. B. a twelve-pole three-phase synchronous rotor shown. In the following, the term stator should be used instead of stator, since it is a synchronous machine. The rotating part is called a rotor or rotor. According to FIG. 1 a , the stator windings 1 , 2 , 3 are connected to an AC voltage source 4 via the connections A, B, C and the star point S and a series resistor R. The rotor 5 ( FIG. 1b) can be supplied from a DC voltage source 6 to form a magnetic rotor field. A possible rotary movement of the rotor is to be indicated by the rotor positions 5 'or 5 ''shown in broken lines.

Die Wechselspannungsquelle 4 läßt sich beispielsweise in der Frequenz und in der Amplitude einstellen. Eine durch die Quelle 4 angelegte Wechselspannung erzeugt in den Statorwicklungen 1 bis 3 ein magnetisches Wechselfeld. Hierdurch wird der Stator in mechanische Schwingungen versetzt, die im wesentlichen das Betriebsgeräusch verursachen. In der Regel wird der Stator auf bestimmte Frequenzen "empfindlicher" reagieren, d. h. es wird sich eine besonders starke Schwingung ausprägen. In Abhängigkeit davon, wie der Stator in seiner Umgebung angeordnet ist, wird das Betriebsgeräusch leiser oder lauter sein. Die Anordnung oder Ankopplung des Stators in seinem Umfeld kann beispielsweise in einem theoretischen Modell durch eine Übertragungsfunktion erfaßt werden.The AC voltage source 4 can be set, for example, in frequency and in amplitude. An AC voltage applied by the source 4 generates an alternating magnetic field in the stator windings 1 to 3 . As a result, the stator is set in mechanical vibrations, which essentially cause the operating noise. As a rule, the stator will react "more sensitively" to certain frequencies, ie a particularly strong vibration will develop. Depending on how the stator is arranged in its environment, the operating noise will be quieter or louder. The arrangement or coupling of the stator in its environment can be detected, for example, in a theoretical model using a transfer function.

Um den tatsächlichen Betriebsfall nachzuempfinden, wird der Rotor mit einer üblichen Gleichspannung beaufschlagt (bei einem permanentmagnetischen Rotor entfällt dies selbstverständlich). Hierdurch ändert sich die magnetische Kopplung im Generator und damit auch das von diesem abgegebene Geräusch. Wie sich bei Versuchen herausgestellt hat, wird das Betriebsgeräusch lauter, da sich der Stator über die magnetischen Kräfte am Rotor "abstützen" kann, wodurch sich die Amplitude der Statorschwingung vergrößert. Wie weiter unten noch detaillierter beschrieben werden wird, hat zusätzlich die Winkelstellung des Rotors in bezug auf den Stator einen Einfluß auf die am Generator auftretenden Schwingungen und damit auf die Geräuschbildung. Dies liegt in erster Linie daran daß sich die magnetische Kopplung zwischen Stator und Rotor durch das Aufeinandertreffen von daran angebrachten Klauen bzw. Zähnen während der Rotation des Rotors kontinuierlich verändert.To recreate the actual operating case, the Normal DC voltage applied to the rotor (at this is not necessary for a permanent magnetic rotor Of course). This changes the magnetic Coupling in the generator and thus that of this emitted noise. As it turned out in experiments operating noise becomes louder because the stator can "support" the magnetic forces on the rotor, which increases the amplitude of the stator vibration. As will be described in more detail below, also has the angular position of the rotor in relation to the stator has an influence on those occurring on the generator Vibrations and thus on noise. This is because primarily because the magnetic coupling between stator and rotor due to the collision of claws or teeth attached to it during rotation of the rotor changed continuously.

Zweckmäßigerweise wird zur Bewertung der Betriebsgeräusche ein Amplitudenspektrum aufgenommen, bei dem beispielsweise mittels eines oder mehreren Mikrofone der Schalldruckpegel in der Umgebung des Generators in einen bestimmten Frequenzbereich gemessen wird. Eine derartige Messung kann in einer Geräuschmeßzelle durchgeführt werden, die einen Prüfstand entsprechend der Fig. 2 und 3 besitzt. Hierzu wird ein Generator 7 (beispielsweise 12poliger Drehstromsynchronläufer) auf einen Montagetisch 8 aufgespannt. Die Geräuschmeßzelle, die Störgeräusche und Reflexionen ausschließen soll, verfügt im Ausführungsbeispiel über drei Mikrofone 9, 10, 11. Die Mikrofone 9 und 10 sind in einer Ebene parallel zum Montagetisch auf einer Kreislinie mit einem Radius von ungefähr r = 30 cm um das Zentrum des Generators 7 angeordnet. Das dritte Mikrofon 11 ist in einer Höhe h von beispielsweise 50 cm senkrecht zur Tischebene über dem Zentrum des Generators positioniert. Als Zentrum kann die Mitte des Rotors auf seiner Drehachse 12 festgelegt werden. Um eine langsame Drehbewegung des Rotors (beispielsweise 1 bis 200 Umdrehungen pro Minute) realisieren zu können, ist ein leiser Getriebemotor 13 angeordnet, der über einen Antriebsriemen 14 die Drehachse 12 des Rotors 5 antreibt. Erfindungsgemäß kann auf einen leistungsstarken Antrieb, mit dem bei einer herkömmlichen Bewertung der Rotor des Generators auf Drehzahlen von mehreren tausend Umdrehungen pro Minute gebracht wird, ganz verzichtet werden. Ein dazu notwendiger entsprechend dimensionierter Antriebsriemen 15 ist in Fig. 2 zum besseren Verständnis dennoch angedeutet. Damit entfallen auch Maßnahmen, die bei einem leistungsstarken Motor getroffen werden müssen, um diesen akustisch von der Meßvorrichtung zu trennen. Das bei der herkömmlichen Bewertung aufgrund der hohen Drehzahl des Rotors sich einstellende magnetische Wechselfeld und die damit verbundenen Betriebsgeräusche lassen sich, um dies nochmal deutlich zum Ausdruck zu bringen, erfindungsgemäß durch das Anlegen einer Wechselspannung, deren Frequenz der Drehzahl des Rotors entspricht, nachempfinden. Somit ist der zusätzliche leistungsstarke Antrieb überflüssig, wodurch sich die Vorrichtung zur Bewertung der Betriebsgeräusche erheblich vereinfacht.An amplitude spectrum is expediently recorded for evaluating the operating noises, in which, for example, the sound pressure level in the vicinity of the generator is measured in a specific frequency range by means of one or more microphones. Such a measurement can be carried out in a noise measuring cell which has a test stand corresponding to FIGS. 2 and 3. For this purpose, a generator 7 (for example a 12-pole three-phase synchronous rotor) is clamped onto an assembly table 8 . In the exemplary embodiment, the noise measuring cell, which is intended to exclude noise and reflections, has three microphones 9 , 10 , 11 . The microphones 9 and 10 are arranged in a plane parallel to the assembly table on a circular line with a radius of approximately r = 30 cm around the center of the generator 7 . The third microphone 11 is positioned at a height h of, for example, 50 cm perpendicular to the table plane above the center of the generator. The center of the rotor on its axis of rotation 12 can be defined as the center. In order to be able to implement a slow rotary movement of the rotor (for example 1 to 200 revolutions per minute), a quiet geared motor 13 is arranged which drives the axis of rotation 12 of the rotor 5 via a drive belt 14 . According to the invention, a powerful drive with which the rotor of the generator is brought up to speeds of several thousand revolutions per minute can be completely dispensed with. A correspondingly dimensioned drive belt 15 required for this is nevertheless indicated in FIG. 2 for better understanding. This also eliminates measures that have to be taken with a powerful motor in order to acoustically separate it from the measuring device. The magnetic alternating field which arises in the conventional evaluation due to the high rotational speed of the rotor and the associated operating noises can, to express this again clearly, be reproduced according to the invention by applying an alternating voltage, the frequency of which corresponds to the rotational speed of the rotor. The additional powerful drive is thus unnecessary, which considerably simplifies the device for evaluating the operating noises.

Die gute Korrelation eines herkömmlich aufgenommenen Amplitudenspektrums 16 und eines erfindungsgemäß gewonnenen Amplitudenspektrums 17 soll in dem Schaubild von Fig. 4 verdeutlicht werden. Beide Meßkurven wurden beispielsweise über das Mikrofon 9 aufgenommen, wobei auf der Ordinate die Amplitude des Schalldrucks in mPa (Millipascal) und auf der Abszisse die Frequenz bzw. Drehzahl in kHz (Kilohertz) aufgetragen ist. Die Hauptresonanzstelle tritt für beide Meßverfahren nahezu an der gleichen Stelle auf, wobei überdies die Amplituden nahezu deckungsgleich sind. Erst ab ungefähr 4.5 kHz fällt die erfindungsgemäß aufgenommene Kurve stark ab, da der nur sehr langsam sich drehende Rotor (beispielsweise 140 Umdrehungen pro Minute) die im herkömmlichen Fall mit größerer Drehzahl anwachsenden Geräusche eines Lüfters bzw. des Antriebsriemens nicht abstrahlen kann. Der Meßbereich unter einem kHz ist nicht von großer Bedeutung, da diese Drehzahl in einem Fahrzeug nicht auftritt.The good correlation of a conventionally recorded amplitude spectrum 16 and an amplitude spectrum 17 obtained according to the invention is to be illustrated in the diagram in FIG. 4. Both measurement curves were recorded, for example, via the microphone 9 , the amplitude of the sound pressure in mPa (millipascals) being plotted on the ordinate and the frequency or speed in kHz (kilohertz) being plotted on the abscissa. The main resonance point occurs at almost the same point for both measuring methods, and the amplitudes are almost congruent. The curve recorded according to the invention drops sharply only from approximately 4.5 kHz, since the rotor, which rotates only very slowly (for example 140 revolutions per minute), cannot emit the noise of a fan or the drive belt, which increases in the conventional case at a higher speed. The measuring range below one kHz is not of great importance since this speed does not occur in a vehicle.

Zur Aufnahme der Betriebsgeräusche sind unterschiedliche Mikrofonpositionen möglich, wobei es sich herausgestellt hat, daß eine Positionierung des Mikrofons im Bereich des Mikrofons 9 besonders geeignete Meßwerte liefert.Different microphone positions are possible for recording the operating noises, and it has been found that positioning the microphone in the area of the microphone 9 provides particularly suitable measured values.

Bei der Aufnahme des erfindungsgemäßen Amplitudenspektrums 17 gemäß Fig. 4, hat sich, wie bereits erwähnt, der Rotor mit einer geringen Umdrehungszahl von ungefähr 140 Umdrehungen pro Minute gedreht. Wird diese Drehzahl weiter erniedrigt, auf beispielsweise wenige Umdrehungen pro Minute, kann im zeitlichen Verlauf eines Mikrofonsignals für eine bestimmte angelegte Wechselspannungsfrequenz der Einfluß der Rotor bzw. Statorgeometrie sichtbar gemacht werden (siehe Fig. 5a und b). In Fig. 5a entspricht der große gestrichelte Kasten 18 einer Umdrehung. Der kleinere gestrichelte Kasten 19 entspricht dem Weiterdrehen des Rotors um ein Polpaar. Schließlich umfaßt der kleinste durchgezogene Kasten 20 das Weiterdrehen des Rotors um eine Nutung auf einem Polpaar. Deutlich ist jede Nutung im Kurvenverlauf sowohl in Fig. 5b als auch in Fig. 5a zu sehen. Dabei ist der Kurvenverlauf in Fig. 5b für einen lauten Generator und der in Fig. 5a für einen leisen Generator stellvertretend. Vergleicht man den Verlauf des Schalldruckpegels p für ein Polpaar, so ist für den lauten Generator eine ansteigende Tendenz des Schalldruckpegels feststellbar, wohingegen beim leisen Generator eine abfallende Tendenz vorhanden ist (vergleiche die gestrichelten Kasten 19 in Fig. 5a und 5b). Das erfindungsgemäße Bewertungsverfahren gibt somit zusätzlich Aufschlüsse über das Zusammenspiel von Rotor und Stator in einem Generator. Gegebenenfalls lassen sich auch Aussagen über Ungleichmäßigkeiten im magnetischen Feld in Bezug auf den Drehwinkel des Rotors oder einen unrund laufenden Rotor machen.When recording of the amplitude spectrum of the present invention 17 according to Fig. 4, has, as already mentioned, the rotor is rotated with a low rotational speed of about 140 revolutions per minute. If this speed is further reduced, for example to a few revolutions per minute, the influence of the rotor or stator geometry can be made visible in the course of a microphone signal for a specific AC voltage frequency applied (see FIGS . 5a and b). In Fig. 5a, the large dashed box 18 corresponds to one revolution. The smaller dashed box 19 corresponds to the further rotation of the rotor by a pair of poles. Finally, the smallest solid box 20 comprises rotating the rotor one groove on a pair of poles. Each groove in the course of the curve can be clearly seen both in FIG. 5b and in FIG. 5a. The curve in FIG. 5b is representative of a loud generator and that of FIG. 5a is representative of a quiet generator. If one compares the course of the sound pressure level p for a pair of poles, an increasing tendency of the sound pressure level can be ascertained for the loud generator, whereas there is a decreasing tendency for the quiet generator (compare the dashed boxes 19 in FIGS. 5a and 5b). The evaluation method according to the invention thus provides additional information about the interaction of the rotor and stator in a generator. If necessary, statements can also be made about irregularities in the magnetic field in relation to the angle of rotation of the rotor or an out-of-round rotor.

Mit Hilfe der erindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bewertung der Betriebsgeräusche lassen sich die Amplitudenspektren unterschiedlicher Generatoren in einfacher Weise aufnehmen und zu ihrer Analyse miteinander vergleichen. Dabei schließt das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung auch die Bewertung an vorher erwärmten Generatoren nicht aus. Dies kann sinnvoll sein, da im Betriebsfall beispielsweise in einem Kraftfahrzeug) die Generatoren eine typische Temperatur von 160°C und Maximalwerte bis 200°C erreichen. Bei diesen Temperaturen ändert sich das mechanische und magnetische Verhalten der für den Generator verwendeten Materialien, vor allem das von Kunstharz, in dem Wicklungen eingebettet sind. Die Erwärmung in der Vorrichtung kann beispielsweise auf ohmschem Wege durch einen erhöhten Stromfluß in den Spulenwicklungen erfolgen. Daran anschließend können die Amplitudenspektren erfindungsgemäß aufgenommen werden.With the help of the device according to the invention or the inventive method for evaluating the Operating noise can be the amplitude spectra different generators in a simple way and compare them for their analysis. It closes the inventive method and the device Evaluation on previously heated generators is not sufficient. This can be useful, as in a motor vehicle) the generators are typical Reach temperature of 160 ° C and maximum values up to 200 ° C. At these temperatures, the mechanical and magnetic behavior of those used for the generator Materials, especially that of synthetic resin, in which windings are embedded. The heating in the device can for example, ohmic way through an elevated Current flow in the coil windings take place. That the amplitude spectra can then be used according to the invention be included.

Aufgrund der Einfachheit des Verfahrens und der Vorrichtung kann eine Anwendung nicht nur für die Produktentwicklung, sondern auch in der Serienproduktion bzw. Fertigung sinnvoll sein.Because of the simplicity of the method and the device an application can not only be used for product development, but also useful in series production or manufacturing be.

Weiterhin läßt sich die Vorrichtung und das Verfahren zur Fertigungskontrolle bzw. Qualitätsprüfung von stromdurchflossenen elektrischen Bauteilen einsetzen. Diese Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nutzt den Einfluß der Schwingungsdämpfung auf die Geräuschbildung. So kann mit dem beschriebenen Verfahren beispielsweise die Einhaltung einer bestimmten Schichtdicke an stromdurchflossenen Bauteilen überprüft werden, denn die Schichtdicke wirkt sich schwingungsdämpfend auf das Schallspektrum der mechanischen Schwingung aus.Furthermore, the device and the method for Production control or quality inspection of use current-carrying electrical components. This Application of the method according to the invention uses the influence the vibration damping on the noise. So with compliance with the described method, for example a certain layer thickness of current-carrying Components are checked because the layer thickness affects vibration damping on the sound spectrum of the mechanical Vibration off.

Als Beispiel sei die Prüfung der Schichtdicke eines mit Isolierlack überzogenen Drahtes einer Spulenwicklung genannt. Nach dem Beschichten des Drahtes, beispielsweise durch Eintauchen in ein Lack-Bad, wird an die Spulenwicklung eine Wechselspannung angelegt. Anhand des durch die elektrische Erregung erzeugten Geräusches wird auf die Schichtdicke der Isolierung geschlossen. Dazu wird vorher das Geräusch eines Drahtes mit einer Sollschichtdicke als Standardschallspektrum aufgenommen. Das Standardschallspektrum wird dann mit dem aufgenommenen Schallspektrum der geprüften Spulenwicklung verglichen. Weicht das Schallspektrum der geprüften Spulenwicklung vom Standardschallspektrum ab, liegt nicht die erforderliche Schichtdicke vor. Dieser Fehler würde, abgesehen von einer eventuellen Sichtprüfung, erst im montierten Zustand entdeckt, wenn eine Prüfung der komplett montierten elektrischen Maschine vorgenommen wird.As an example, check the layer thickness with one Insulating coated wire of a coil winding called. After coating the wire, for example by immersing in a lacquer bath, is attached to the coil winding an AC voltage is applied. Based on the electrical excitation generated noise is on the Layer thickness of the insulation closed. To do this beforehand the noise of a wire with a nominal layer thickness as Standard sound spectrum recorded. The Standard sound spectrum is then recorded with the Sound spectrum of the tested coil winding compared. Does the sound spectrum of the tested coil winding differ from Standard sound spectrum, is not the required Layer thickness before. This error would, apart from one Possible visual inspection, only when assembled discovered when an inspection of the fully assembled electrical machine is made.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Güteprüfung von Silikondämpfern zur Schwingungsabsorption an elektrischen Motoren. Another area of application is, for example Quality check of silicone dampers for vibration absorption electric motors.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Fertigungskontrolle bzw. Qualitätsprüfung entspricht der in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Anordnung, wobei anstelle des Generators eine oder mehrere Spulen des stromdurchflossenen Bauteils angeordnet werden.The device for carrying out the method for manufacturing control or quality inspection corresponds to the arrangement described in FIGS. 1 to 3, one or more coils of the current-carrying component being arranged instead of the generator.

Claims

1. Device for evaluating the noise of electrical machines or devices and / or their current-carrying components, with at least one coil winding in which an alternating magnetic field occurs, with a receiving device ( 9 , 10 , 11 ) for detecting the noise and with means for processing of the signals of the recording device, characterized in that at least one AC voltage source ( 4 ) is provided for energizing the at least one coil winding ( 1 , 2 , 3 ) of the electrical machine or of the electrical device or of the component through which current flows to generate a mechanical oscillation with which the sound can be trained.

2. Device according to claim 1, characterized in that with the frequency of the AC voltage the noise in conventional current-carrying operating state can be reproduced is.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the AC voltage source ( 4 ) is variable in frequency.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the frequency of the AC voltage source ( 4 ) is automatically adjustable.

5. The device according to claim 1, characterized in that Drive means for a rotary movement of a rotor provided electrical machine during energization are.

6. The device according to claim 5, characterized in that the drive means comprise a geared motor ( 13 ) whose speed is adjustable.

7. The device according to claim 1, characterized in that the means for processing the signals are electronic Include calculator.

8. The device according to claim 1, characterized in that the receiving device comprises at least one microphone ( 9 , 10 , 11 ) for detecting the sound pressure.

9. The device according to claim 1, characterized in that the receiving device for at least one sensor Includes detection of structure-borne noise.

10. Procedure for evaluating the noise of electrical Machines or devices and / or their current-carrying Components with at least one coil winding in the one alternating magnetic field occurs, the noise recorded and the recorded signals processed are characterized in that the coil winding for Training the alternating magnetic field with a AC voltage is applied and that by the alternating magnetic field caused mechanical vibration generates a noise from the pickup device is recorded.

11. The method according to claim 10, characterized in that with the frequency of the AC voltage the noise in replicated conventional current-carrying operating state becomes.

12. The method according to claim 11, characterized in that the measurement of noise at different frequencies is carried out.

13. The method according to claim 10, characterized in that to measure the size of the amplitude of the noise radiated vibration is recorded in airborne sound.

14. Use of the method according to claim 10 for Production control and / or quality inspection of current-carrying components, with a previously specified frequency of the AC voltage occurring Noise is assessed such that the sound spectrum of the recorded sound with a predetermined one Standard sound spectrum, the sound of the target state corresponds, is compared.