CZ292383B6 - Elektrický stroj - Google Patents

Abstract

Elektrick² stroj, zejm na pro spouÜt n spalovac ho motoru a pro nap jen palubn elektrick s t motorov ho vozidla proudem, je proveden s mezi n m a spalovac m motorem uspo° dan²m p°evodov²m ·stroj m, upraven²m pro mo nost p°epojov n elektrick ho stroje (2) z jeho motorov ho provozu s jedn m po tem ot ek na gener torov² provoz s jin²m po tem ot ek, a zase zp t. Pro p°epojov n elektrick ho stroje (2) je p°evodov ·stroj opat°eno nastavovac m lenem, kter² je spojen s extern ovl dan²m mechanick²m °adic m prost°edkem (14), p°i em p°evodov ·stroj je vytvo°eno s alespo dv ma p°evodov²mi stupni a jednou neutr ln polohou, ur enou pro p°eruÜen spojen mezi elektrick²m strojem (2) a spalovac m motorem.\

Description

Vynález se týká elektrického stroje, zejména pro spouštění spalovacího motoru a pro napájení palubní elektrické sítě motorového vozidla proudem, s mezi nám a spalovacím motorem uspořádaným převodovým ústrojím, upraveným pro možnost přepojování elektrického stroje z jeho motorového provozu s jedním počtem otáček na generátorový provoz s jiným počtem otáček, a zase zpět.

Dosavadní stav techniky

Je známé, že spalovací motoiy v motorových vozidlech musí být spouštěny pomocí spouštěcího ústrojí, protože se samy nerozběhnou. Za tímto účelem se obvykle používají elektricky poháněné spouštěcí motory, které jsou pomocí spouštěcího relé, vytvořeného jako takzvané zasouvací relé, spojeny se zdrojem proudu. Současně se pro roztáčení pastorku spouštěcího motoru uvede tento pastorek do záběru s ozubeným věncem upraveným obvykle na setrvačníku spalovacího motoru. Pro dosažení samostatného chodu spalovacího motoru musí být spouštěcí motor vypnut, aby se předešlo zvýšenému opotřebení a vytváření velkého hluku. Pokud má spouštěč zůstat z určitých důvodů ve stálém záběru, musí být rovněž dimenzován pro trvalý provoz při vyšších otáčkách.

Je rovněž známé opatřit spalovací motory generátorem, který je obvykle s nimi trvale v chodu, a který jednak zabezpečuje trvalé napájení elektrické palubní sítě a jednak nabíjení zdroje proudu potřebného pro provoz spouštěcího motoru. Tento generátor, který je rovněž označován jako osvětlovací dynamo, je obvykle poháněn klikovým hřídelem pomocí klínového nebo ozubeného řemenu. Tento generátor vydává svůj jmenovitý výkon typicky při středním počtu otáček, avšak musí být dimenzován tak, aby mohl i při volnoběžném počtu otáček spalovacího motoru poskytovat dostatečný elektrický výkon. Současně však musí být také vytvořen pro maximální počet otáček spalovacího motoru a přitom mít ještě dostatečné chlazení. Chlazení při vyšších počtech otáček se zpravidla uskutečňuje vzduchovou ventilací, která je podporována upravenými křídly větráku. K tomu přistupuje výrazné kolísání spalovacího motoru a setrvačnost generátoru, což vyžaduje pohon prostřednictvím řemenu.

Má-Ii být spouštěcí motor provozován současně také jako generátor, vyskytuje se nejprve problém vytvoření odpovídajícího počtu otáček. Při provozu jako spouštěcího motoru je potřebný relativně vysoký výkon při nižším počtu otáček, protože spalovací motor musí být spouštěn až do dosažení volnoběžného počtu otáček. Pro zabezpečení přenosu takového velkého výkonu se volí popsané připojení prostřednictvím dvojice ozubených kol na stranu motoru, které se po spuštění spalovacího motoru oddělí. Generátor však musí být schopný zabezpečovat dostatečné poskytování výkonu v širší a větší oblasti počtu otáček, aniž by přitom při maximálním počtu otáček byl vystaven nebezpečí přehřátí. Pokud však má být generátor vytvořen pro vydávání vysokého elektrického výkonu, jak je to nutné u moderních motorových vozidel s velkým počtem elektrických spotřebičů, jako servomotorů, narazí obvyklý řemenový pohon velmi brzy na hranice své výkonnosti.

Jsou sice již známá řešení, u kterých se předpokládá současné využití generátoru také jako spouštěče, jako tomu bylo například u takzvaných dynamických spouštěčů u motocyklů a skútrů dřívějších let. Zde však musel poskytovat generátor jen velmi malý výkon, takže mohl být po spuštění motoru bez problémů provozován v oblasti malé účinnosti. Z prostorových důvodů byl generátor často upraven na konci klikového hřídele a běžel se stejným počtem otáček jako spalovací motor. Kolísání točivého momentu nepředstavovalo u obvykle používaných vysokootáčkových dvoutaktních motorů rovněž žádný problém.

-1CZ 292383 B6 j Starší patentová přihláška DE 196 29 839.3 dále popisuje spalovací motor pro motorová vozidla, který je proveden s převodovým ústrojím působícím na hnací kola motorového vozidla, přičemž I vstupní hřídel tohoto převodového ústrojí je spojitelný s výstupním hřídelem spalovacího motoru, a s elektrickým strojem, který je spojitelný s převodovým ústrojím prostřednictvím vloženého 5 převodu, a který může být provozován jednak jako spouštěcí motor pro spouštění spalovacího motoru a jednak jako generátor pro napájení elektrické palubní sítě motorového vozidla proudem. Nevýhodou tohoto provedení je však opět jeho nutné dimenzování jako spouštěcí motor s vysokým točivým momentem při nízkých otáčkách, což je však současně nevýhodné pro provoz jako generátor s vysokými otáčkami.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je vytvořit elektrický stroj, zejména pro spouštění spalovacího motoru, který 15 může být provozován jako motor i jako generátor, a který bude mít při provozu jako spouštěč spalovacího motoru dostatečný mechanický výkon, který lze bezpečně přenášet, a při provozu jako generátor, když se spalovací motor otáčí s vyššími otáčkami, bude poskytovat dostatečně vysoký elektrický výkon.

Uvedený úkol splňuje elektrický stroj, zejména pro spouštění spalovacího motoru a pro napájení palubní elektrické sítě motorového vozidla proudem, smezi ním a spalovacím motorem uspořádaným převodovým ústrojím, upraveným pro možnost přepojování elektrického stroje z jeho motorového provozu s jedním počtem otáček na generátorový provoz s jiným počtem otáček, a zase zpět, podle vynálezu, jehož podstatou je, že pro přepojování elektrického stroje je 25 převodové ústrojí opatřeno nastavovacím členem, který je spojen s externě ovládaným mechanickým řadicím prostředkem, přičemž převodové ústrojí je vytvořeno s alespoň dvěma převodovými stupni a jednou neutrální polohou, určenou pro přerušení spojení mezi elektrickým strojem a spalovacím motorem.

Elektrický stroj podle vynálezu má tu výhodu, že možností přizpůsobení počtu otáček pomocí převodového ústrojí generátoru může generátor běžet při běžícím spalovacím motoru motorového vozidla stále v oblasti vysoké účinnosti. Již při nízkých otáčkách klikového hřídele je tak zabezpečen vysoký elektrický výkon generátoru, což umožňuje bezpečně napájet proudem četně elektrické spotřebiče současných moderních motorových vozidel, aniž by například při delším 35 volnoběžném provozu v silniční zácpě nastalo nebezpečí pomalého vybití akumulátoru vozidla.

Současně však může elektrický stroj podle vynálezu dodávat vysoký točivý moment potřebný pro spuštění spalovacího motoru, pokud se vhodně zvolí převod převodového ústrojí. Vzhledem kjednoduché konstrukci a ke snadné obsluze je pro nastavení otáček elektrického stroje vhodným převodovým ústrojím planetový převod. Takové planetové převody mají kromě toho 40 velmi malé nároky na zastavěný prostor, takže mohou být snadno integrovány do motorového vozidla.

Výhodné provedení vznikne z přídavné volnoběžné polohy kromě dvou s výhodou nastavitelných převodových stupňů planetového převodu. Vysouvací páka může být uvedena do střední polohy, 45 čímž lze přerušit účinné spojení elektrického stroje s hnacím ústrojím spalovacího motoru. Rotor elektrického stroje po zařazení neutrální polohy pomalu doběhne. Taková spínací poloha může být zvláště výhodná pro uskutečnění různých úsporných provozních stavů vozidla, při nichž se šetří palivo, jako je například režim bez současného běhu elektrické části generátoru. Protože známé generátory jsou poháněny permanentně s konstantním převodem, spotřebují i při 50 vypnutých spotřebičích a zcela nabitém akumulátoru určité přídavné množství paliva. Přídavně upravená volnoběžná poloha v planetovém převodu na rozdíl od toho umožňuje odpojení generátoru při nabitém akumulátoru a přerušení funkčního spojení mezi generátorem a pohonem. Takové odpojení je také výhodné pro ochranu elektrického stroje proti přetížení nebo přehřátí. Například je také možné automaticky zvolit při příliš vysokém počtu otáček nebo při značném

-2CZ 292383 B6 ohřevu elektrického stroje neutrální polohu, což umožňuje realizovat efektivní zabezpečení proti přetížení.

U stroje podle vynálezu je dále výhodná ta skutečnost, že je vždy možná jen jedna spínací poloha planetového převodu. Ve srovnání s obvyklými provedeními s magnetickou spojkou a volnoběhem má zařízení podle vynálezu tu výhodu, že není možné žádné nezamýšlené připojení, to znamená současné vložení dvou stupňů. Navíc jsou převodová kola planetového převodu permanentně ve vzájemném záběru, to znamená, že přepojení převodu se uskutečňuje bez vzájemného vysunutí ozubených kol, čímž odpadá nutnost přídavné synchronizace.

Stroj podle vynálezu má mimoto výhodu jen velmi nepatrné přídavné potřeby energie. Protože zvolená řadicí poloha planetového převodu a tím také převod zůstává konstantní bez dalšího vnějšího přívodu energie, je potřebný přídavný přívod energie jen v okamžiku přepínání převodu. Tuto přepínací energii lze vytvořit mechanickou cestou. Stejně tak jsou však možné elektromagnetická, hydraulická nebo pneumatická přepínací ústrojí.

Vzhledem k prostorovému sloučení spouštěče a generátoru do jedné jediné konstrukční části se dále značně redukují konstrukční a montážní náklady, což přináší ekonomické výhody. Protože jsou také sníženy nároky na prostor na spalovacím motoru, vytváří se zvýšená konstrukční volnost při polohování spalovacího motoru v motorovém vozidle a jeho vedlejších agregátů. Obvyklá výrobní zařízení a poznatky pro výrobu spouštěčů a generátorů mohou být dále využívány. Různé konstrukční součástí odpovídají beze změny současné sérii spouštěčů a generátorů.

Dále je výhodné, když je spouštěcí a generátorový stroj podle vynálezu chlazen kapalinou, což lze provést připojením na okruh chladicí kapaliny spalovacího motoru. Kromě znázorněného provedení s kapalinovým chlazením je volitelně také možná vzduchem chlazená verze s vlastním nebo přídavným chladicím dmýchadlem.

Výhodné také je, když je spouštěcí a generátorový stroj a zejména přepínatelný planetový převod mazán olejem, což lze účelně provést mazáním provozním olejem převodovky.

Další výhodná možnost nasazení elektrického stroje spočívá v podpoře synchronizace pohonu. Toho lze dosáhnout cílenými rázy otočného momentu pro urychlení nebo pro zabrzdění vstupního hřídele převodu funkčně spojeného s elektrickým strojem. Tímto způsobem lze při příslušně dimenzovaném elektrickém stroji podpořit obvyklou synchronizaci ve spínacím pohonu nebo může dokonce zcela odpadnout. Nutné je k tomu jen zřetelné předimenzování, protože při přídavném urychlení vstupního hřídele pohonu při vyšším počtu otáček spalovacího motoru je nutné vytvářet vyšší mechanický výkon.

Další výhodná uspořádání vynálezu vyplývají z ostatních znaků, které jsou uvedeny v závislých patentových nárocích.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněn celkový axonometrický pohled na elektrický stroj s převodem pohonu.

Na obr. 2 je znázorněn axonometrický pohled na stroj podle obr. 1, avšak bez vnější skříně.

Na obr. 3 je znázorněn úplný řez elektrickým strojem s planetovým převodem z obr. 1.

-3CZ 292383 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno axonometrické vyobrazení elektrického stroje 2, který je obklopen v podstatě válcově provedenou skříní 6 s chladicím prostorem 42. Kruhová čelní strana 8 skříně 6 5 má centrální průchod 10 pro poháněči hřídel 12 planetového převodu 4, který je spojen s elektrickým strojem 2. Na vnější plášťové ploše válcové skříně 6 je v oblasti čelní strany 8 upraven radiálně vytvořený řadicí prostředek 14 ve tvaru vysouvací páky. Tento řadicí prostředek 14 ve tvaru vysouvací páky může být posouván v axiálním směru a zabezpečuje volbu požadovaného převodu pohonu.

Na obr. 2 je znázorněn elektrický stroj 2 z obr. 1 s odebranou skříní 6. Zvláště dobře je zde patrno vidlicovité spojení řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky, který je pevně uložen na korunovém převodovém kole 18 planetového převodu 4 a tak může zabezpečovat axiální posunutelnost korunového převodového kola 18.

Na obr. 3 je znázorněn úplný řez elektrického stroje 2, opatřeného planetovým převodem 4. Patrné je zde také obklopení elektrického stroje 2 a planetového převodu 4 skříní 6. Na té straně, která je protilehlá vzhledem k čelní straně 8 skříně 6, je skříň 6 otevřená, aby v případě potřeby zůstaly elektrický stroj 2 a planetový převod 4 přístupné. Příruba 38, která je spojena se skříní 6 20 a ve svém průměru přes ni přečnívá, slouží jako víko skříně 6 na zadní straně a současně jako uložení rotoru 20 elektrického stroje 2 s valivým ložiskem 26. Aby se uložení na konci uzavřelo ve směru navenek a tím se chránilo před vlivy okolního prostředí, je na přírubu 38 nasazeno další skříňové víko 40. Toto skříňové víko 40 může být s přírubou 38 sešroubováno nebo zajištěno vzpěmým pojistným kroužkem.

Planetový převod 4 zabezpečuje funkční spojení elektrického stroje 2 s pohonem motorového vozidla, například se zde blíže neznázoměným vstupním hřídelem převodovky hlavní převodovky motorového vozidla. Rotor 20 elektrického stroje 2 je uložen ve dvou valivých ložiskách 26 a 28. Na obr. 3 vlevo upravené valivé ložisko 26 je podepřeno svým vnějším 30 kroužkem na přírubě 38. Obě valivá ložiska 26, 28 jsou na obr. 3 znázorněna jako radiální kuličková ložiska. Stejně tak je však možné provést uložení prostřednictvím kuželíkových ložisek nebo čtyřbodových kuličkových ložisek nebo podobných ložiskových konstrukcí.

Na konci, který je přivrácený k planetovému převodu 4, má rotor 20 ozubení a vytváří tak 35 současně centrální převodové kolo 22 planetového převodu 4. S tímto centrálním převodovým kolem 22 je v záběru více planetových převodových kol 24, která jsou opět v záběru s korunovým převodovým kolem 18, které obklopuje planetová převodová kola 24. Korunové převodové kolo 18 je uloženo prostřednictvím dvou valivých ložisek, to je vysouvacího ložiska 30 a menšího ložiska 32. Korunové převodové kolo 18 má navíc uložení pro vnější kroužek 40 valivého ložiska 28, ve kterém je uložen rotor 20. Korunové převodové kolo 18 je dále spojeno s řadicím prostředkem 14 ve tvaru vysouvací páky a je nepatrně axiálně posuvné, aby se tak umožnila výměna převodových stupňů v planetovém převodu 4. Tak má korunové převodové kolo 18 dvě radiální třecí plochy 44 a 46, které buď mohou pevně spojovat s korunovým převodovým kolem 18 unášeč 13 planetového kola, který je ve spojení s poháněcím hřídelem 12, 45 nebo mohou přitlačovat korunové převodové kolo 18 na vnitřní skříňovou čelní stranu 9 a tak jej zablokovat. Pokud není žádná z těchto obou radiálních třecích ploch 44. 46 uzavřena, je planetový převod 4 v neutrální poloze, protože se v této poloze mohou centrální převodové kolo 22. planetové převodové kolo 24 a korunové převodové kolo 18 volně otáčet. Rotor 20 elektrického stroje 2 přitom není v žádném funkčním spojení s poháněcím hřídelem 12.

Přepojení planetového převodu 4, to znamená změna převodu, se uskutečňuje axiálním posunutím korunového převodového kola 18 prostřednictvím řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky, který je s ním pevně spojen. V následujícím bude popsán případ běžícího spalovacího motoru a elektrického stroje 2, který je v generátorovém provozu a který tak přejímá 55 mechanický kroutící moment od spalovacího motoru. Při dosednutí korunového převodového

-4CZ 292383 B6 kola 18 na unášeč 13 planetového kola prostřednictvím radiální třecí plochy 46 je na poháněcím' hřídeli 12 vytvářený kroutící moment přenášen prostřednictvím s korunovým převodovým kolem* funkčně spojeného unášeče 13 planetového kola na centrální převodové kolo 22 a tím také na} rotor 20 elektrického stroje 2. Planetová převodová kola 24 přitom nezabírají s ozubeními centrálního převodového kola 22 nebo korunového převodového kola 18, ale pohybují se společně s korunovým převodovým kolem 18, s unášečem 13 planetového kola a s centrálním převodovým kolem 22 se stejným počtem otáček. Vysouvací ložisko 30 se přitom volně protáčí. Převodový poměr planetového převodu 4 má v této poloze například hodnotu i = 2. Počet otáček rotoru 20 elektrického stroje 2 je shodný jako u poháněcího hřídele 12.

Při axiálním posunutí řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky je posunuto korunové převodové kolo 18 včetně vysouvacího ložiska 30 směrem vpravo. Ovládací síla pro posunutí řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky přitom může být vytvářena magneticky ovládaným relé, hydraulickým nebo pneumatickým stavěčem nebo obdobným způsobem. Při dosednutí korunového převodového kola 18 na vnitřní skříňovou čelní stranu 9 radiální třecí plochou 44 je korunové převodové kolo 18 prostřednictvím skříně 6 zablokováno. Kroutící moment je přenášen z poháněcího hřídele 12 na unášeč 13 planetového kola, čímž planetová převodová kola 24 obíhají a jsou v záběhu s korunovým převodovým kolem 18 a s centrálním převodovým kolem 22. Protože korunové převodové kolo 18 nemůže obíhat, ale je pevně spojeno se skříní 6, přenášejí planetová převodová kola 24 jejich kroutící moment na centrální převodové kolo 22, které je pevně spojeno s rotorem 20 elektrického stroje 2. Vysouvací ložisko 30 v této provozní poloze pevně stojí. Převodový poměr planetového převodu 4 má v této poloze například hodnotu i = 5. Počet otáček poháněcího hřídele 12 je potom snížen a je v poměru i = 1 : 5 k počtu otáček unášeče 13 planetového kola.

Konečně lze při dostatečně velké zvolené axiální posouvací dráze upravit centrální polohu řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky, ve které korunové převodové kolo 18 nedosedá ani na radiální třecí plochu 44, ani na radiální třecí plochu 46. Unášeč 13 planetového kola se pohybuje s počtem otáček poháněcího hřídele 12. Planetová převodová kola 24 se mohou volně otáčet a zabírají jak s korunovým převodovým kolem 18, tak také s centrálním převodovým kolem 22. Protože se však volně může otáčet také korunové převodové kolo 18, nemůže být přenášen žádný kroutící moment na centrální převodové kolo 22 a tím také na rotor 20 elektrického stroje 2. Tato centrální poloha planetového převodu 4 tak odpovídá neutrální poloze, ve které je funkční spojení elektrického stroje 2 s pohonem motorového vozidla, například se vstupním hřídelem převodu hlavní převodovky, přerušeno.

Claims (6)

1. Elektrický stroj, zejména pro spouštění spalovacího motoru a pro napájení palubní elektrické sítě motorového vozidla proudem, s mezi ním a spalovacím motorem uspořádaným převodovým ústrojím, upraveným pro možnost přepojování elektrického stroje (2) z jeho motorového provozu s jedním počtem otáček na generátorový provoz s jiným počtem otáček, a zase zpět, vyznačující se tím, že pro přepojování elektrického stroje (2) je převodové ústrojí opatřeno nastavovacím členem, který je spojen s externě ovládaným mechanickým řadicím prostředkem (14), přičemž převodové ústrojí je vytvořeno s alespoň dvěma převodovými stupni a jednou neutrální polohou, určenou pro přerušení spojení mezi elektrickým strojem (2) a spalovacím motorem.

2. Elektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že převodovým ústrojím je planetový převod (4).

-5CZ 292383 B6

3. Elektrický stroj podle nároku 2, vyznačující se tím, že planetový převod (

4) je opatřen převodovými koly (18,22, 24) se stálým záběrem.

5 4. Elektrický stroj podle nároku 1,vyznačující se tím, že řadicí prostředek (14) je ovladatelný mechanicky, elektromagneticky, hydraulicky nebo pneumaticky.

5. Elektrický stroj podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že v jeho skříni (6) je pro chlazení jeho staronového vinutí upraven chladicí prostor (42), který je to připojen na okruh chladicí kapaliny spalovacího motoru.

6. Elektrický stroj podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačuj ící se tím, že je opatřen integrovaným nebo externě uspořádaným chladicím větrákem.

15 7. Elektrický stroj podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že prostor skříně (6) s převodovým ústrojím je připojen na okruh olejového čerpadla spalovacího motoru.