DE1941538A1

DE1941538A1 - Electric series motor for compressors of exhaust gas detoxifiers

Info

Publication number: DE1941538A1
Application number: DE19691941538
Authority: DE
Inventors: Otwin Dipl-Ing Reschauer
Original assignee: ELEKTRISCHE GERAETE MBH GES
Current assignee: ELEKTRISCHE GERAETE MBH GES
Priority date: 1969-08-14
Filing date: 1969-08-14
Publication date: 1971-02-25

Description

Elektrischer Reihenschlußmotor für Verdichter von Abgasentgiftern. Electric series motor for compressors in exhaust gas detoxifiers.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Reihenschlußmotor für Verdichter von Abgasentgiftern für Verbrennungsmotoren. The invention relates to an electric series motor for compressors of exhaust gas detoxifiers for internal combustion engines.

Bei Abgasentgiftern, die mit Gas, insbesondere Luft fördernden Gebläsen arbeiten, ist es erforderlich, drehzahuteuerbare Antriebsmotoren für das Gebläse zu verwenden. Darüberhinaus besteht die Forderung, die Baueinheit aus Verdichter und Elektromotor möglichst klein und wartungsfrei zu gestalten. Darüberhinaus muß der Antriebsmotor für den Verdichter möglichst drehzahlstabil sein. In the case of exhaust detoxifiers, the blowers conveying gas, in particular air work, it is necessary to have variable speed drive motors for the fan to use. In addition, there is a requirement that the unit consists of a compressor and to make the electric motor as small as possible and maintenance-free. In addition, must the drive motor for the compressor should be as rotationally stable as possible.

Für die Lösung des genannten Problems bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Eine genaue technische Analyse der Vorgänge in einem Abgasentgifter, der mit einem Verdichter arbeitet, läßt erkennen, daß es notwendig ist, einen zwar drehzahlstabilen Antriebsmotor für das Gebläse eines Abgaentgifters zu schaffen, daß dieser Antriebsmotor andererseits aber drehzahlsteuerbar sein muß. Der durchschnittliche Fachmann wird bei dieser Problemstellung an die Lösung mit Hilfe einer kontinuierlichen, stufenlosen Drehzahlsteuerung, beispielsweise mit Hilfe von Tyristoren denken. Eine solche Steuerung ist wegen der erforderlichen zusätzlichen teueren Bauelemente sehr aufwendig. Sie ist außerdem platzraubend und kann infolgedessen die gestellten Forderungen nicht erfüllen. There are various options for solving the problem mentioned at. A detailed technical analysis of the processes in an exhaust gas detoxifier, which with a compressor works, it can be seen that it is necessary, although speed-stable Drive motor for the fan of an Abgaentgifters to create that this drive motor on the other hand, however, it must be speed controllable. The average professional will in this problem to the solution with the help of a continuous, stepless Think about speed control, for example with the help of thyristors. Such a control is very expensive because of the additional expensive components required. she is also space-consuming and as a result cannot meet the requirements fulfill.

Nach Kenntnis des Problems, ein Gebläse für Abgasentgifter zu schaffen, liegt der erste erfinderische Schritt bereits darin, daß der Erfinder erkannt hat, daß es genügt, einen in Drehzahlstufen steuerbaren Motor zu verwenden. Für die Drehzahlsteuerung in einzelnen Stufen bietet sich für den Durchschnittsfachmann ein Permanent-Magnet-Motor mit zuschaltbaren Vorwiderständen an. Ein solcher Motor kann jedoch die gestellte Aufgabe nicht lösen, da er einen für die erforderliche Leistung zu großen Raumbedarf hat. After knowing the problem of creating a blower for exhaust gas detoxifiers, the first inventive step lies in the fact that the inventor has recognized that it is sufficient to use a motor controllable in speed stages. For speed control a permanent magnet motor is available to the average person skilled in the art in individual stages with switchable series resistors. Such a motor can, however, be used Do not solve the task because it takes up too much space for the required performance Has.

Ein wesentliches Verdienst des Erfinders besteht nun darin, daß er, durch gründliche technische Analyse des Abgasentgiftungsvorgangs, erkannt hat, daß der Antriebsmotor für den Verdichter lediglich etwa 2mal am Tag kurzzeitig mit Höchstleistung arbeiten muß, und zwar während der nur 2mal am Tag erforderlichen Aufheizperioden des Abgasentgifters. Die Zahl der Aufheizvorgänge des Abgasentgifters ist auch bei häufigem Start des Verbrennungsmotors nicht größer. Die Erfindung schlägt zum Antrieb des Verdichters einen elektrischen Reihenschlußmotor vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er in Reihe schaltbare Bereiche der Feldwicklung aufweist; deren Ohm'scher Widerstand zur Erzeugung der den Drehzahlstufen zugeordneten Spannungsabfälle verwendet wird, wobei durch die erzeugbaren unterschiedlichen Spannungsstufen eine Drehzahl in mindestens vier Drehzahlstufen in einem Abgabeleistungsbereich von größer oder gleich 1:8 ohne zusätzliche Bauelemente allein durch die Unterteilung der Feldwicklung erzielt wird. Ein solcher Reihenschlußmotor wird so ausgelegt, daß er kurzzeitig, nämlich während der nur 2mal am Tag auftretenden Anheizperioden des Abgasentgifters überlastet wird,und daß er in der übrigen Zeit nur im Dauer-Betriebspunkt arbeitet. Ein wesentliches Verdient des Erfinders besteht also darin, erkannt zu haben, daß es genügt, einen Motor zu verwenden, der kurzzeitig überlastbar ist. Diese Erkenntnis hat dazu geführt, daß als Antriebsmotor für den Verdichter ein Reihenschlußmotor verwendet wird. Die an sich naheliegende Verwendung eines Permanent-Magnet-Motors würde bedingen, daß dieser größer dimensioniert sein müßte, um einen nur 2mal am Tag erreichten Betriebs zustand überhaupt erreichen zu können. Ein Permanent-Magnet-Motor als Antrieb müßte also eine nur 2mal am Tag ausgelastete Überkapazität aufweise». An essential merit of the inventor is that he, through a thorough technical analysis of the exhaust gas decontamination process, recognized that the drive motor for the compressor only about 2 times a day briefly at maximum power has to work, namely during the heating-up periods required only 2 times a day of the exhaust gas detoxifier. The number of heating processes of the exhaust gas detoxifier is also at frequent starting of the internal combustion engine is not greater. The invention proposes to drive of the compressor before an electric series motor, which is characterized is that it has in series switchable areas of the field winding; their ohmic Resistor used to generate the voltage drops assigned to the speed levels is, with the different voltage levels that can be generated a rotational speed in at least four speed levels in a power output range of greater than or equal to 1: 8 without additional components solely through the subdivision of the field winding is achieved. Such a series motor is designed so that it briefly, namely during the heating-up periods of the exhaust gas detoxifier, which only occur twice a day is overloaded, and that it only works in the continuous operating point for the rest of the time. One of the inventors' major merits is to have recognized that it is sufficient to use a motor that can be overloaded for a short time. This realization has led to a series motor as the drive motor for the compressor is used. The obvious use of a permanent magnet motor would require that this would have to be dimensioned larger, around one only 2 times on Day reached operational status at all. A permanent magnet motor the drive would therefore have to show an overcapacity that is only used twice a day ».

Diese Steuerung eines Permanent-Magnet-Motors mit äußeren Vorwiderständen weist außerdem zusätzlich erforderlichen Raumbedarf folgendenNachteil auf: Bei einer Steuerung mit Hilfe von Vorschaltwiderständen muß sich der Wirkungsgrad eines solchen Motors verringern. Die Erfindung vermeidet diesen wesentlichen Nachteil, indem sie zur Erzeugung der verschiedenen Spannungsstufen statt eines nur Ohm'schen Widerstandes einen Feldwicklungsanteil hinzuschaltet, der nicht nur einen Ohm'schen Widerstand aufweist, sondern gleichzeitig zur Feldverstärkung dient. Die Vereinigung von Ohm'schem Widerstand und feldoerzeugendem Widerstand führt dazu, daß durch den Ohmschen Anteil die erforderliche Spannungsabsenkung eintritt und durch den feldoerzeugenden Anteil eine Feldverstärkung.This control of a permanent magnet motor with external series resistors also has the following disadvantage in addition to the space required: Control with the help of series resistors must be the efficiency of such Reduce motor. The invention avoids this significant disadvantage by to generate the various voltage levels instead of a mere ohmic resistance adding a field winding component, which is not just an ohmic resistance has, but also serves to strengthen the field. The union of Ohm'schem Resistance and field-generating resistance leads to the fact that through the ohmic component the required voltage drop occurs and due to the field-generating portion a field enhancement.

Die Windungszahlen, die Wicklungsanordnung, der Drahtdurchmesser und das Drahtmaterial werden neben den magnetischen Erfordernissen so gewählt, daß eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Verlustwärme erreicht wird. Wie bereits geschildert, wird die für die niedrige Drehzahl zusätzlich zur Erhöhung des dagnetischen Flusses nötige Spannungsabsenkung für den Anker ausschließlich durch die Feldwindungen be-.alsnJ ~ wirkt. Äußere Vorwiderstände werden ollständig vermieden. Bei den niedrigen Drehzahlstufen wird unter diesen Voraussetzungen selbst im Bereich höherer magnetischer Sättigung des Polringes die zugeführte elektrische Leistung weitestmöglich zur- Erzeugungder magnetischen Induktion und damit zur Drehzahlabsenkung ausgenützt. The number of turns, the winding arrangement, the wire diameter and the wire material are selected in addition to the magnetic requirements so that a uniform distribution of the heat loss is achieved. As already is described, the for the low speed in addition to increasing the magnetic Flux necessary voltage reduction for the anchor exclusively through the field windings be-.alsnJ ~ works. External series resistances are completely avoided. At the low Under these conditions, speed levels become more magnetic even in the higher range Saturation of the pole ring as much as possible of the electrical power supplied. Generation of the magnetic induction and thus used to reduce the speed.

Die Erfindung schlägt gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ferner vor, daß die Beldwicklungsanteile für die höchste Drehzahlstufe symmetrisch angeordnet sind, und daß die Wicklungsanteile für die niedrigeren Drehzahlstufen asymmetrisch angeordnet und zugeschaltet werden.The invention also proposes according to a further feature of the invention that the Field winding components for the highest speed level are arranged symmetrically, and that the winding components for the lower speed levels are arranged and switched on asymmetrically.

Für erhöhte Ansprüche an Wirkungsgrad und thermische Ausnützung sowie für die Verwendung eines möglichst einfachen Stufenschalters hat es sich als zweckmäßig erwiesen, alle Wicklungsanteile symmetrisch zuzuschalten. For increased demands on efficiency and thermal utilization as well it has proven to be useful for using a tap changer that is as simple as possible proven to switch on all winding parts symmetrically.

Für die bauliche Ausgestaltung der Reihenschlußmotor-Verdichtereinheit wird gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung vorgeschlagen, daß das Laufrad des Verdichters auf der Ankerwelle des Antriebsmotors angeordnet ist, wobei der dem Verdichter zugewandte Lagerschild des Antriebsmotors und ein zumindest teilweise von der geförderten Luft bestrichener Teil des Gebläsegehäuses (7) ein einteiliges, einziges Bauteil bilden. hierdurch wird erreicht, daß eine besonders einfache, leicht herstellbare und wenig störanfällige Baueinheit entsteht. Dadurch, daß der die eine Lagerung des Motors tragende Gehäuseteil des Verdichters zumindest teilweise von der geförderten Luft bestrichen wird, ist eine besonders gute Wärmeabfuhr aus dem Antriebsmotor gewährleistet. Außerdem ist die vorgeschlagene Baueinheit besonders kompakt und klein. For the structural design of the series motor compressor unit it is proposed according to a further characteristic of the invention that the impeller of the compressor is arranged on the armature shaft of the drive motor, the the compressor facing end shield of the drive motor and at least partially smeared by the conveyed air Part of the fan housing (7) form a one-piece, single component. hereby is achieved that a special simple, easy to manufacture and little failure-prone structural unit is created. Through this, that the housing part of the compressor carrying a bearing of the motor at least is partially brushed by the conveyed air, is a particularly good heat dissipation guaranteed from the drive motor. In addition, the proposed assembly particularly compact and small.

Die Erfindung schlägt ferner vor, daß der als Lagerschild des Antriebsmotors ausgebildete Gehäuseteil des Vabichtgs einen erheblichen Teil des Motorgehäuses bildet. Eine derartige Ausführung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da bei einer. The invention also proposes that as the end shield of the drive motor trained housing part of the Vabichtgs a significant part of the motor housing forms. Such a design has proven to be particularly advantageous because at a.

solchen Ausführung das gesamte Motorgehäuse nur eine Teilfuge aufweisen muß, und weil ein mit einem solchen Gehäuse ausgestatteter Motor besonders kostengünstig montiert werden kann.such a design, the entire motor housing have only one parting line must, and because a motor equipped with such a housing is particularly inexpensive can be mounted.

Die Erfindung schlägt ferner vor, daß das Laufrad auch eine Nabe aufweist, wobei ein Teil dieser Nabe mit Schiebesitz auf der Ankerwelle sitzt, und wobei ein weiterer Teil der Nabe mittels eines radiale Kräfte ausübenden Federelements in kraftschlüssiger Verbindung mit der Welle gehalten wird. The invention also proposes that the impeller also have a hub having, with part of this hub seated with a sliding fit on the armature shaft, and a further part of the hub by means of a spring element exerting radial forces is held in positive connection with the shaft.

Eine solche Befestigung des Laufrades auf der Motorwelle hat sich als besonders vorteilhaf erwiesen, da bei den geringen, zwischen dem Laufrad und den Gehäuse teilen des Verdichters verbleibenden Luftspalten ein Ausrichten des Laufrades nach der Montage des Motors in axialer Richtung auf der Ankerwelle erforderlich ist. Diese Ausrichtung in axialer Etíchtunz kann bei einer kraftschlijssigen Verbisxdurlg in besonders einfacher Weise erfolgen.Such a fastening of the impeller on the motor shaft has proven itself proved to be particularly advantageous, as in the low, between the impeller and the housing share the remaining air gaps aligning the compressor Impeller is required after the assembly of the motor in the axial direction on the armature shaft is. This alignment in axial etíchtunz can with a force-fit verbisxdurlg done in a particularly simple manner.

Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, daß das radiale Kräfte ausübende Federlement ein Toleranzring ist. Ein solcher Toleranzring besitzt die Form eines reifenartigen, runden, zylindrischen Blechstreifens von gleicher Breite. In den Blechstreifen sind Erhebungen bzw. Vertiefungen eingestanzt, die sich beim Aufschieben des Laufrades auf die Ankerwelle an die Innenwand der Laufradnabe bzw. an den Nutgrund- der den Toleranzring tragenden Nut auf der Ankerwelle anlegen. It has also proven to be useful that the radial forces exercising spring element is a tolerance ring. Such a tolerance ring has the Shape of a tire-like, round, cylindrical sheet metal strip of the same width. In the sheet metal strip elevations or depressions are punched, which are when Slide the impeller onto the armature shaft on the inner wall of the impeller hub or Place on the groove base of the groove on the armature shaft carrying the tolerance ring.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Nabe des Laufrades auch auf der Motorwelle festgeklebt sein. According to a further feature of the invention, the hub of the impeller also be glued to the motor shaft.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen; Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der brfindungsgemäßen Baueinheit, Fig. 2 die Ansicht gemäß Fig. 1, jedoch teilweise im Schnitt, Fig. 3 die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 ein-vergrößert dargestelltes Detail aus Fig. 2, nämlich die festigung der Laufradnabe auf der Ankerwelle, Fig. 5 ein erstes Schaltschema der einzelnen Feldwicklungsanteile, saig 6 ein zweites Schaltschema d, FeldwiekLungsanteile des AntriebsmotorsJ Der Verdichter weist einen Deckel 1 und ein Laufrad 2 auf. Das Laufrad 2 ist auf der Ankerwelle 3 des Motors fliegend gelagert. Die Ankerwelle ist an ihrem rechten Ende im rechten Lagerschild 4 in einem Kugellager 5 gelagert. Auf ihrem linken Ende ist die Ankerwelle 3 mit Hilfe eines Kugellagers 6 gelagert, das in einem Ansatz 8 des Gebläse-Gehäuseteils 7 sitzt. Bei beiden Ausführungsformen wird der rechte Lagerschild 4 für das Kugellager 5 vom Motordeckel 9 gebildet. The invention is described below with reference to the drawing. Show it; Fig. 1 is a side view of a first embodiment of the invention Construction unit, FIG. 2 the view according to FIG. 1, but partly in section, FIG. 3 the side view of a second embodiment of the invention, Fig. 4 a-enlarged illustrated detail from Fig. 2, namely the fastening of the impeller hub on the armature shaft, 5 shows a first circuit diagram of the individual field winding components, and FIG. 6 shows a second Circuit diagram d, field fluctuation components of the drive motor J. The compressor has a cover 1 and an impeller 2. The impeller 2 is on the armature shaft 3 of the engine overhung. The armature shaft is at its right end in the right End shield 4 mounted in a ball bearing 5. On its left end is the armature shaft 3 mounted with the help of a ball bearing 6, which is in an approach 8 of the fan housing part 7 is seated. In both embodiments, the right end shield 4 is for the ball bearing 5 formed by the engine cover 9.

In Figur 2 ist außerdem die obere Hälfte des Ankers 13 im Schnitt ersichtlich, sowie ein Polschuh 14 und die Wickelköpfe 15 und 16 der Feldspule. In Figure 2, the upper half of the armature 13 is also in section can be seen, as well as a pole piece 14 and the end windings 15 and 16 of the field coil.

In Figur l ist, ebenso wie im unteren Teil der Figur 2, die Außenfläche des Polrings 17 dargestellt. In FIG. 1, as in the lower part of FIG. 2, the outer surface is of the pole ring 17 is shown.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 ist der Polring nicht sichtbar, sondern er wird vollständig von dem rechten Gehäuseteil des Gebläses, das gleichzeitig einen erheblicherkreil des Motorgehäuses bildet, umschlossen. In the embodiment according to Figure 3, the pole ring is not visible, but it is completely controlled by the right part of the fan housing, which is at the same time forms a significantlyerkreil of the motor housing, enclosed.

Figur 4 zeigt im einzelnen, wie das Laufrad 2 auf der Ankerwelle 3 befestigt ist: Das Laufrad 2 besitzt eine Nabe 10, deren dem Motor zugewandter Teil mit Schiebesitz auf der Ankerwelle 3 angeordnet ist. Etwa in der Mitte der Nabe befindet sich auf dem Ber ,Bereichg e gegenüberliegendennkerwelle 3 eine Nut ll, in die ein Toleranzring 12 eingelegt ist. Dieser Toleranzring übt radial nach außen bzw. nach innen gerichtete Kräfte aus, und zwar einerseits auf den Grund der Nut 11 und andererseits auf das Innere der Nabe 10. Durch diese Spreizwirkung des Toleranzrings wird das Laufrad 2 in kraftschlüssiger Verbindung mit der Ankerwelle gehalten. Figure 4 shows in detail how the impeller 2 on the armature shaft 3 is attached: The impeller 2 has a hub 10, the motor facing Part is arranged with a sliding fit on the armature shaft 3. Around the middle of the The hub is located on the mountain, areag e oppositeennkerwelle 3 a groove ll, in which a tolerance ring 12 is inserted. This tolerance ring exercises radially outwardly or inwardly directed forces, on the one hand due to the Groove 11 and on the other hand on the inside of the hub 10. This spreading effect of the The impeller 2 becomes a tolerance ring in a frictional connection with the armature shaft held.

Figur 5 zeigt die Wicklungsaufteilung der Wicklungsanteile bei einer ersten Schaltung. Die Wicklungsanteile Wlt W2t, W2, W3 und W4 sind in Reihe schaltbar und werden. über die einzelnen Anschlüsse 1,2,3,4 und 5 stufenweise wie folgt geschaltet: Stufe I Anschlüsse 1,2 Stufe II Anschlüsse 1,3 Stufe III Anschlüsse 3,4 Stufe IV Anschlüsse 4,5. Figure 5 shows the winding division of the winding portions in a first circuit. The winding components Wlt, W2t, W2, W3 and W4 can be connected in series and will. switched in stages via the individual connections 1, 2, 3, 4 and 5 as follows: Level I connections 1.2 Level II connections 1.3 Level III connections 3.4 Level IV Connections 4.5.

Es genügt in den meisten Fällen, nur den Feldwicklungsanteil der höchsten Drehzahlstufe, nämlich W1' und W111 zu symmetrieren und die übrigen Wicklungs teile für die niedrigeren Stufen (W2, W3, W4) asymmetrisch zuzuschalten. In most cases, it is sufficient to only use the field winding portion of the highest speed level, namely W1 'and W111 to symmetrize and the remaining winding parts for the lower stages (W2, W3, W4) to be switched on asymmetrically.

Bei besonders hohen Anforderungen an Wirkungsgrad. und thermischer Ausnützung und dann, wenn ein besonders einfacher Stufenschalter verwendet werden soll, wird zweckmäßig die in Figur 6 dargestellte symmetrische Anordnung gewählt. Die Schaltung der einzelnen Stufen ist ohne weiteres aus der Darstellung gemäß Figur 6 ersichtlich. In beiden Schaltschemen sind die Bürsten und der-Anker des Antriebsmotors lediglich schematisch angedeutet. With particularly high efficiency requirements. and thermal Utilization and when a particularly simple step switch is used should, the symmetrical arrangement shown in Figure 6 is expediently selected. The circuit of the individual stages is readily apparent from the illustration according to FIG 6 can be seen. In both switching schemes are the brushes and the armature of the drive motor only indicated schematically.

An den Klemmen a und b liegt die Klemmenspannung UN an. The terminal voltage UN is applied to terminals a and b.

Claims

PATENT CLAIMS

0 Electric series motor for compressors in exhaust gas detoxifiers for internal combustion engines, noting that it can be connected in series Has areas of the field winding whose ohmic resistance to generate the voltage drops assigned to the speed stages are used, whereby the different voltage levels can be generated a speed in at least four speed levels in a power output range of greater than or equal to 1: 8 without susätsliche components is achieved solely by subdividing the field winding.

2. Electric series motor according to claim 1, characterized g e k It is indicated that the field winding components for the highest speed level are arranged symmetrically, and that the field winding components for the lower Speed levels are arranged asymmetrically and can be switched on.

3. Electric series motor according to claim 1, characterized g e k It is noted that all field winding components can be switched on symmetrically are.

4. Motors according to one or more of claims 1 to 3, characterized it is not noted that the impeller (2) of the driven compressor is on the armature shaft (3) of the drive motor is arranged1 with the one facing the compressor End shield of the drive motor and an at least partially from the part (7) of the blower housing coated with the conveyed air is a one-piece, Form a single component.

5. Electric series motor according to one or more of the preceding Claims, characterized in that it is used as a bearing plate for the drive motor trained housing part (7) of the compressor a considerable part of the motor housing forms.

6. By an electric series motor according to one or more of the preceding claims driven compressor, characterized g e k e n n -z e i c h ne t that its impeller (2) has a hub (10), one of which is a part with a sliding fit seated on the armature shaft (3), and its other part by means of a radial force exerting spring element held in force-locking connection with the armature shaft (3) will.

~ 7, device according to claim 6, characterized by g e k e n n -z e i c h n e t that the spring element exerting radial forces is a tolerance ring.

8. Apparatus according to claim 6, characterized in that g e k e n n -z e i: C h n e t that the hub of the impeller is glued to the motor shaft.