DE4142993A1 - Electric motor driving radial force loads, e.g. pumps and compressors - has disk-shaped vibration absorber inserted on rotor shaft at back side of motor case - Google Patents

Electric motor driving radial force loads, e.g. pumps and compressors - has disk-shaped vibration absorber inserted on rotor shaft at back side of motor case

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Abstract

The electric motor has a stator (3) fixed to the motor case and a rotor (2) mounted on a shaft (1) which rotates on two bearings (6,7). The motor armature windings (11) are connected to the external circuit by a commutator (12) and sliding carbon brushes (13). Either constant or electro-magnets (10) are used to create the electric field. A disc-shaped vibration absorber (4) is inserted to the shaft by press fitting, to reduce oscillation of the shaft when it is connected to radial force loads e.g. pumps and compressors. USE/ADVANTAGE - Particularly for automotive use. Low vibration and noise due to built-in absorber.

Description

Elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, insbesondere radialkraftbeaufschlagter Elektromotor zum Antrieb von Pumpen und Kompressoren.Electrical machine for converting electrical and mechanical energy, especially radial force Electric motor for driving pumps and compressors.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, insbesondere radialkraftbeaufschlagter Elektromotor zum Antrieb von Pumpen und Kompressoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical machine for Conversion of electrical and mechanical energy, in particular radial force-loaded electric motor for Pump and compressor drive, according to the generic term of claim 1.

Elektrische Maschinen zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, beispielsweise Elektromotoren, finden im allgemeinen Maschinenbau ein vielfältiges Anwendungsspektrum. Im besonderen kommt dem Betrieb derartiger Antriebsaggregate im Fahrzeugbereich eine besondere Stellung zu, wobei zum Einsatz in Kraftfahrzeugen auf der Basis technischer und wirtschaftlicher Überlegungen an die jeweilige elektrische Maschine extreme Anforderungen bezüglich Leistungsdichte, Zuverlässigkeit, Preiswürdigkeit, Servicefreundlichkeit und Geräuscharmut gestellt werden.Electrical machines for converting electrical and mechanical energy, such as electric motors a diverse in general mechanical engineering Range of applications. In particular comes the business such drive units in the vehicle area special position, being for use in motor vehicles based on technical and economic considerations extreme demands on the respective electrical machine in terms of power density, reliability, value for money, Ease of service and low noise are provided.

Beispielhaft soll auf die DE-OS 39 28 375.5 verwiesen werden, die eine von einer Exzenterwelle angetriebene Kolbenpumpe zeigt. Bei Verwendung einer als Gleichstrommotor ausgeführten elektrischen Maschine zum Antrieb einer derartigen Pumpe, siehe hierzu "TEVES-Handbuch der elektronischen Bremssysteme", Ausgabe 1989, Kapitel 5.2.2.1, kommt es infolge der auf die Exzenterwelle einwirkenden oszillierenden Kolbenkraft der Pumpe zur Durchbiegung der Exzenterwelle, wobei durch fertigungs- und betriebsbedingtes Lager- und Gehäusespiel des Elektromotors der massebehaftete und damit schwingungsfähige Läufer zwangsläufig als Schwingungsgebilde zur Geräuschentwicklung und damit zur Übertragung von Körperschall über die Wellenlagerung sowie über das evtl. als Resonanzkörper wirksame topfförmige Gehäuse der elektrischen Maschine beiträgt. Dabei erweist sich der bei rotatorisch bewegten Maschinenteile hinreichend bekannte Drehschwingungseinfluß in Abhängigkeit des Ungleichförmigkeitsgrades der eingeleiteten Kräfte als weitere maßgebende und kritische Belastungsgröße, die das Geräuschspektrum und die Funktionszuverlässigkeit der Maschine beeinflußt.For example, reference is made to DE-OS 39 28 375.5 be the one driven by an eccentric shaft Piston pump shows. When using as a DC motor executed electrical machine for driving a such a pump, see "TEVES manual of electronic brake systems ", 1989 edition, chapter 5.2.2.1, it comes as a result of the action on the eccentric shaft oscillating piston force of the pump to deflect the  Eccentric shaft, whereby due to manufacturing and operational conditions Bearing and housing play of the electric motor with mass and thus vibratory runners inevitably as Vibration structures for noise development and thus for Transmission of structure-borne noise via the shaft bearing as well about the pot-shaped, possibly effective as a resonance body Contributes to the housing of the electrical machine. It turns out of the machine parts moving in rotation known torsional influence depending on the Degree of non-uniformity of the forces introduced as further decisive and critical load size that the Noise spectrum and the functional reliability of the Machine affected.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine der im Oberbegriff genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß unter Verwendung einfacher Mittel ein uneingeschränkt betriebssicheres, kleinbauendes und geräuscharmes Aggregat verwirklicht werden kann.Therefore, the object of the invention is an electrical Machine of the type mentioned in the preamble improve that using simple means Unreservedly reliable, compact and low-noise unit can be realized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst. Eine Anwendung der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 angegeben.This object is achieved by the Characteristic claim 1 characteristic solved. A Application of the invention is characterized by the features of Claim 9 specified.

Die Erfindung basiert somit auf dem Gedanken, einen Schwingungstilger am Läufer zu befestigen, der bei Bedarf durch einen Mehrmassendämpfer gebildet werden kann. Im konkreten Anwendungsfall reduzieren sich damit die unerwünschten Betriebsgeräusche der mit Schlupfregelung versehenen Bremsanlagen erheblich, sobald die vorgeschlagenen Drehschwingungsdämpfer bzw. Schwingungstilger an der Welle des die Kolbenpumpe antreibenden Elektromotors befestigt werden. The invention is therefore based on the idea of one Attach the vibration damper to the rotor, if necessary can be formed by a multi-mass damper. in the the specific application is reduced undesirable operating noises with slip control provided braking systems significantly once the proposed torsional vibration damper or Vibration damper on the shaft of the piston pump driving electric motor to be attached.  

Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahmen sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung angegeben, die im Zusammenhang mit den weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher dargestellt und erläutert werden.By the measures indicated in the subclaims Appropriate training of the invention specified that in Connection with the other features and advantages of Invention below using several exemplary embodiments are shown and explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Elektromotors im Längsschnitt, Fig. 1 is an overall view of an electric motor in longitudinal section;

Fig. 2 eine abschnittsweise Darstellung des Elektromotors mit einem ersten sowie einem weiteren auf der Welle angeordneten, schwingungsdämpfenden sowie schwingungstilgenden Element, Fig. 2 is arranged a sectional view of the electric motor with a first and a further on the shaft, the vibration-damping and vibration-damping element,

Fig. 3 eine weitere konstruktive Ausführungsform eines auf der Elektromotorenwelle angeordneten schwingungsdämpfenden bzw. tilgenden Elementes. Fig. 3 shows a further constructive embodiment of a vibration-damping or redeeming element arranged on the electric motor shaft.

Die Fig. 1 zeigt zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens einen im Längsschnitt dargestellten Elektromotor, dessen den Ständer 3 bildendes Gehäuse beispielsweise an einer Radialkolbenpumpe angeflanscht werden kann. Die vektoriell angegebenen Kolbenkräfte Fy der in der Abbildung nicht weiter gezeigten Radialkolbenpumpe rufen am wellenseitigen Exzenter 8 oszillierende Querkräfte hervor, die im wesentlichen abhängig vom Kraftangriffspunkt, Größe der Kraft, Lagerabstand, Drehfrequenz, Lagerspiel und Wellenquerschnitt, Biegeschwingungen und Torsionsschwingungen in den Elektromotor einleiten. Durch die beispielhaft vom Exzenter 8 abgewandte Anordnung eines schwingungsdämpfenden bzw. schwingungstilgenden Elementes 4 auf der Welle 1, in Form eines scheibenförmigen Drehschwingungsdämpfers, werden die üblicherweise entstehenden Geräusche nahezu vollständig eliminiert. Dabei ist in Abhängigkeit der zuvor genannten Störgrößen bei Bedarf die Position und Dimensionierung des Schwingungsdämpfers bzw. Schwingungstilgers für den speziellen Auslegungsfall neu zu ermitteln und ggf. ist der singuläre Schwingungsdämpfer durch ein Mehrmassendämpfersystem, beispielsweise durch koaxiale Anordnung mehrerer Dämpferscheiben mit gleichem oder unterschiedlichem Durchmesser im definierten Abstand, zu ersetzen. In der gezeigten Ausführung läßt sich das schwingungsdämpfende Element 4 vorteilhaft in den Zwischenraum des topfförmig abschließenden Gehäuses integrieren. Das Gehäuse des Ständers 3 ist vorzugsweise aus einem Dünnblech-Tiefziehteil oder einem Kunststoff-Spritzgußteil hergestellt und im Gehäuseboden 5 mit einer die Welle 1 aufnehmenden Gleitlagerbuchse 6 versehen. Das entgegengesetzt hierzu angeordnete Wellenlager ist als Wälzlager 7 in den mit der Radialkolbenpumpe verbindbaren Gehäuseflansch 9 eingepreßt. Ferner nimmt das Gehäuse die Ständerwicklung 10 auf, die eingepreßt oder eingegossen zum Aufbau eines Drehfeldes mit der wellenseitigen Ankerwicklung 11 kommuniziert. Die Ankerwicklung 11 steht mit dem auf der Welle 1 befestigten Kommutator 12 in Verbindung, um den über schleifende Kohlebürsten 13 übertragbaren Gleichstrom der Ankerwicklung 11 zuzuführen. Fig. 1 is to illustrate the idea of the invention an electric motor shown in longitudinal section, whose the stator 3 forming the housing can be flanged, for example, to a radial piston pump. The vectorial piston forces Fy of the radial piston pump, which is not shown in the figure, cause oscillating transverse forces at the shaft-side eccentric 8 , which essentially introduce into the electric motor depending on the point of application of force, the magnitude of the force, bearing spacing, rotational frequency, bearing play and shaft cross section, bending vibrations and torsional vibrations. The arrangement of a vibration-damping or vibration-damping element 4 on the shaft 1 , in the form of a disk-shaped torsional vibration damper, which is averted from the eccentric 8 as an example, almost completely eliminates the noises that usually occur. Depending on the above-mentioned disturbance variables, the position and dimensioning of the vibration damper or vibration damper for the special design case must be determined anew and if necessary the singular vibration damper can be defined by a multi-mass damper system, for example by coaxial arrangement of several damper disks with the same or different diameters Distance to replace. In the embodiment shown, the vibration-damping element 4 can advantageously be integrated into the space between the cup-shaped housing. The housing of the stand 3 is preferably made of a thin sheet metal deep-drawn part or a plastic injection-molded part and is provided in the housing base 5 with a slide bearing bush 6 receiving the shaft 1 . The shaft bearing arranged opposite to this is pressed as a roller bearing 7 into the housing flange 9 which can be connected to the radial piston pump. Furthermore, the housing receives the stator winding 10 , which communicates with the pressed-in or cast-in structure of the rotating field with the armature winding 11 on the shaft side. The armature winding 11 is connected to the commutator 12 fastened on the shaft 1 in order to supply the direct current to the armature winding 11 which can be transmitted via grinding carbon brushes 13 .

Gemäß Fig. 2 sind zwei scheibenförmige Elemente 4 mit unterschiedlichen Wirkdurchmesser koaxial nebeneinander auf der Welle 1 aufgepreßt. Diese als Drehschwingungstilger wirksamen Elemente 4 zeigen einen in der Schnittdarstellung ersichtlichen, aus einem Nabenteil 14, einem Elastomer 15 und einer Tilgermasse 16 bestehenden Grundaufbau. Hierbei können die Nabe und die Tilgermasse jeweils aus einem Metallgußteil bestehen, wobei jene Teile über das vulkanisierte Elastomer 15 drehschwingungsfähig miteinander gekoppelt sind. Anhand den beiden unterschiedlich abgestimmten Tilgermassen, grafisch durch die unterschiedlichen Wirkdurchmesser verdeutlicht, lassen sich unterschiedliche Störfrequenzen der elektrischen Maschine vollständig eliminieren.Referring to FIG. 2, two disk-shaped elements 4 are pressed adjacent to each other with different effective diameter coaxially on the shaft 1. These elements 4 , which act as a torsional vibration damper, show a basic structure which can be seen in the sectional view and consists of a hub part 14 , an elastomer 15 and an absorber mass 16 . Here, the hub and the absorber mass can each consist of a metal casting, which parts are coupled to one another via the vulcanized elastomer 15 so as to be capable of torsional vibrations. With the two differently tuned absorber masses, graphically illustrated by the different effective diameters, different interference frequencies of the electrical machine can be completely eliminated.

Die Fig. 3 zeigt abweichend von Fig. 1 und 2 ein sowohl auf Dreh- wie auch Biegeschwingungen abgestimmtes scheibenförmiges Element 4, das zu diesem Zweck zwischen dem Nabenteil 14 und der Tilgermasse 16 ein mit Durchbrüchen 17 und/oder Aussparungen versehenes Elastomer 15 aufweist. Selbstverständlich kann dieses Element 4 bei Bedarf um weitere scheibenförmige Elemente ergänzt werden. Überdies gilt für die Anordnung der in den Fig. 2 und 3 beschriebenen Elemente 4 auf der Welle 1 das bereits zu Fig. 1 gesagte. Fig. 3 shows different from Fig. 1 and 2, a tuned both rotational as well as bending oscillations disc-shaped member 4, which for this purpose between the hub part 14 and the damper mass 16 has a provided with apertures 17 and / or recesses elastomer 15th Of course, this element 4 can be supplemented by further disc-shaped elements if necessary. Moreover, the elements 4 as described in FIGS. 2 and 3, the statements already Fig. 1 for the arrangement on the shaft 1.

Weitere anwendungsspezifische Ausführungen des Erfindungsgedankens sind denkbar, ohne jedoch einen gesonderten Anspruch auf detaillierte Darstellung der möglichen Ausführungsvarianten erheben zu können. Die Erfindung ist vielmehr auf alle biege- und drehschwingungsfähige Antriebssysteme bzw. rotatorisch angetriebenen Maschinenelemente übertragbar.Further application-specific versions of the The idea of the invention is conceivable, but without one separate claim to detailed representation of the possible design variants. The Rather, invention is on all bending and drive systems capable of torsional vibrations or rotary driven machine elements transferable.

BezugszeichenlisteReference list

 1 Welle
 2 Läufer
 3 Ständer
 4 Element
 5 Gehäuseboden
 6 Gleitlagerbuchse
 7 Wälzlager
 8 Exzenter
 9 Gehäuseflansch
10 Ständerwicklung
11 Ankerwicklung
12 Kommutator
13 Kohlebürste
14 Nabenteil
15 Elastomer
16 Tilgermasse
17 Durchbruch
Fy Kolbenkraft 1 wave
2 runners
3 stands
4 element
5 case back
6 plain bearing bush
7 rolling bearings
8 eccentrics
9 housing flange
10 stator winding
11 armature winding
12 commutator
13 carbon brush
14 hub part
15 elastomer
16 absorber mass
17 breakthrough
Fy piston force

Claims (9)

1. Elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, insbesondere radialkraftbeaufschlagter Elektromotor zum Antrieb von Pumpen und/oder Kompressoren, im wesentlichen aus einem feststehenden Teil (Ständer) und einem rotierenden Teil (Läufer) bestehend, wobei der Ständer und der Läufer Dauermagnete oder elektrische Wicklungen aufweisen, die elektrische Felder erzeugen, mit einer Welle zur Lagerung des Läufers im Ständer und mit elektrischen Anschlüssen an wenigstens einen elektrischen Verbraucher oder Energiespender, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (1) des Läufers (2) zumindestes ein schwingungsdämpfendes und/oder schwingungstilgendes Element (4) vorgesehen ist.1.Electrical machine for converting electrical and mechanical energy, in particular an electric motor subject to radial force for driving pumps and / or compressors, consisting essentially of a fixed part (stator) and a rotating part (rotor), the stator and the rotor being permanent magnets or comprise electrical coils, which generate electrical fields, with a shaft for mounting the rotor in the stator and with electrical connections to at least one electrical load or source of energy, characterized in that the rotor (2) at destes a vibration damping on the shaft (1) and / or vibration-damping element ( 4 ) is provided. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schwingungsdämpfendes und/oder schwingungstilgendes Element (4) außerhalb des Ständers (3) an der Welle (1) befestigt ist.2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that at least one vibration-damping and / or vibration-damping element ( 4 ) outside the stand ( 3 ) on the shaft ( 1 ) is attached. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schwingungsdämpfendes und/oder schwingungstilgendes Element (4) innerhalb des Ständers (3) an der Welle (1) angeordnet ist. 3. Electrical machine according to claim 1, characterized in that at least one vibration-damping and / or vibration-damping element ( 4 ) within the stator ( 3 ) on the shaft ( 1 ) is arranged. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schwingungsdämpfendes, und/oder schwingungstilgendes Element (4) auf einem entfernt zum Exzenter (8) gelegenen Ende der Welle (1) angeordnet ist.4. Electrical machine according to claim 2 or 3, characterized in that at least one vibration-damping and / or vibration-damping element ( 4 ) is arranged on a remote from the eccentric ( 8 ) end of the shaft ( 1 ). 5. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schwingungsdämpfendes und/oder schwingungstilgendes Element (4) am den Exzenter (8) aufweisenden Ende der Welle (1) positioniert ist.5. Electrical machine according to claim 2 or 3, characterized in that at least one vibration-damping and / or vibration-damping element ( 4 ) on the eccentric ( 8 ) having the end of the shaft ( 1 ) is positioned. 6. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingungsdämpfende und/oder schwingungstilgende Element (4) im wesentlichen scheibenförmig gestaltet und koaxial zur Welle (1) ausgerichtet ist.6. Electrical machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the vibration-damping and / or vibration-damping element ( 4 ) is designed substantially disc-shaped and is aligned coaxially to the shaft ( 1 ). 7. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingungsdämpfende und/oder schwingungstilgende Element (4) durch eine Preßpassung auf der Welle (1) gehalten ist.7. Electrical machine according to at least one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the vibration-damping and / or vibration-damping element ( 4 ) is held by an interference fit on the shaft ( 1 ). 8. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (4) zumindest teilweise aus einem Elastomer gebildet ist.8. Electrical machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the element ( 4 ) is at least partially formed from an elastomer. 9. Elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, im wesentlichen aus einem feststehenden Teil (Ständer) und einem rotierenden Teil (Läufer) bestehend, wobei der Ständer und der Läufer Dauermagnete oder elektrische Wicklungen aufweisen, die elektrische Felder erzeugen, mit einer Welle zur Lagerung des Läufers im Ständer und mit elektrischen Anschlüssen an wenigstens einen elektrischen Verbraucher oder Energiespender, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit wenigstens einem schwingungsdämpfenden und/oder schwingungstilgendem Element (4) versehene Welle (1) eines Elektromotors mit der Kolbenpumpe einer schlupfgeregelten Bremsanlage koppelbar ist.9. Electrical machine for converting electrical and mechanical energy, consisting essentially of a fixed part (stator) and a rotating part (rotor), the stator and the rotor having permanent magnets or electrical windings that generate electric fields with a shaft For mounting the rotor in the stator and with electrical connections to at least one electrical consumer or energy dispenser, in particular according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that a shaft ( 1 ) provided with at least one vibration-damping and / or vibration-damping element ( 4 ) an electric motor can be coupled to the piston pump of a slip-controlled brake system.
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