DE102008035609A1 - Drive device has housing and motor with low moment of inertia arranged in housing, and another motor has high torsional moment arranged in housing, where rotors of both motors are connected with each other - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einem Gehäuse und zwei in dem Gehäuse angeordneten Motoren. Derartige Antriebsvorrichtungen können beispielsweise für einen Steuerschieber eines vorgesteuerten hydraulischen Mehrwege-Ventils eingesetzt werden.The The invention relates to a drive device with a housing and two motors disposed in the housing. such Drive devices can be used, for example a spool of a pilot operated hydraulic multi-way valve be used.
Permanentmagnet erregte Elektromotoren bestehen in der Regel aus einem Rotor, der aus einem permanentmagnetischen Werkstoff mit möglichst hoher Koerzitivfeldstärke und möglichst hohem remanenten magnetischen Fluss hergestellt ist. Der Rotor ist als ein Zylinder geformt, der um die Symmetrieachse des Motors drehbar gelagert ist.permanent magnet Excited electric motors usually consist of a rotor, the from a permanent magnetic material with as possible high coercive field strength and the highest possible remanent magnetic flux is produced. The rotor is considered a cylinder shaped, which is rotatably mounted about the axis of symmetry of the motor.
Die Lagerstange überträgt im Betrieb das im Motor erzeugte Drehmoment an die anzutreibende Last. Axial-, Kipp- und Querkräfte werden von zwei Lagerstellen abgefangen, die ober- und unterhalb des Rotors angeordnet sind. Die Bauart dieser Lager wird danach ausgewählt, ob axiale oder radiale Kräfte überwiegen.The Bearing rod transmits during operation in the engine generated torque to the driven load. Axial, tilt and Transverse forces are intercepted by two bearing points, the are arranged above and below the rotor. The design of this Bearing is selected according to whether axial or radial forces predominate.
Die Pole des Permanentmagneten sind radial orientiert; der Vektor der magnetischen Flussdichte weist, außer in Randzonenbereichen, keine in axiale Richtung zeigende Komponente auf. Durch spezielle Polungsverfahren können auf der Zylinderfläche des Ankers streifenförmige Magnetisierungen erzeugt werden. Der Permanentmagnet zeigt an der Oberfläche 2n gleichbreite Streifen, von denen ein Streifen einen magnetischen Südpol darstellt und die beiden benachbarten Streifen einen Nordpol. Dadurch bildet sich um den Anker ein periodisches Magnetfeld aus; die Feldverteilung sieht nach einer Drehung des Ankers um 360°/n wieder gleich aus.The Poles of the permanent magnet are radially oriented; the vector of magnetic flux density, except in peripheral areas, no component pointing in the axial direction. By special poling method can be strip-shaped on the cylindrical surface of the anchor Magnetizations are generated. The permanent magnet shows at the Surface 2n equal width strips, one strip of which represents magnetic south pole and the two adjacent Strip a north pole. This creates a periodic around the anchor Magnetic field off; the field distribution looks like a rotation of the Ankers around 360 ° / n again the same.
Der Anker läuft in einem Käfig aus einem Stapel aus weichmagnetischen Blechen. Diese Bleche und Spulen formen zusammen mit den Polen des Ankermagneten einen oder mehrere Magnetkreise. Diese Magnetkreise entstehen durch Überlagerung des permanenten Magnetflusses mit dem durch die Erregung der Spulen erzeugten Magnetfluss.Of the Anchor runs out of a pile in a cage soft magnetic sheets. These sheets and coils form together with the poles of the armature magnet one or more magnetic circuits. These Magnetic circuits are created by superposition of the permanent Magnetic flux with the magnetic flux generated by the excitation of the coils.
Der Motor versucht die in diesen Magnetkreisen gespeicherte Energie zu minimieren, indem sich der Rotor in eine energetisch günstige Lage dreht. Die Ableitung der magnetischen Energie nach dem Drehwinkel entspricht dem Drehmoment an der Lagerstange.Of the Motor tries the energy stored in these magnetic circuits minimize by the rotor in an energetically favorable Situation turns. The derivation of the magnetic energy according to the angle of rotation corresponds to the torque at the bearing rod.
Aus
der
In
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Aus
der
Bei der Auslegung von Motoren steht die Entwicklung im Widerstreit zwischen Drehmoment und Dynamik. Wenn sich der Drehmomentbedarf am Abtrieb beispielsweise bei Lastschwankungen ändert, muss der Erregerstrom bei möglichst konstanter Drehzahl schnell geändert werden, bevor die Drehzahl abfällt. Wenn die Drehzahl an einen sich ändernden Sollwert angepasst werden soll, muss der Anker einer hohen Drehbeschleunigung unterworfen werden.at The design of engines is the development in conflict between Torque and dynamics. When the torque requirement at the output For example, changes in load fluctuations, the excitation current quickly changed at the most constant speed possible before the speed drops. When the speed is on a changing setpoint should be adjusted the armature are subjected to a high spin.
Dem stehen die magnetische Trägheit des Eisenkreises und das mechanische Trägheitsmoment des Ankers entgegen. Die magnetische Trägheit des Eisenkreises wird durch die Induktivität einer Erregerspule beschrieben, die proportional zum Ankerdurchmesser ist und quadratisch von der Anzahl der Spulenwicklungen abhängt. Das Trägheitsmoment des Ankers ist proportional zur Dichte des Permanentmagnetmaterials und der vierten Potenz des Ankerdurchmessers.the stand the magnetic inertia of the iron circle and the mechanical moment of inertia of the armature against. The magnetic Inertia of the iron circuit is due to the inductance described an excitation coil, which is proportional to the anchor diameter is square and depends on the number of coil windings. The moment of inertia of the armature is proportional to the density of the permanent magnet material and the fourth power of the armature diameter.
Damit lassen sich entweder Motoren mit hohem Drehmoment, aber geringer Dynamik oder Motoren mit hoher Dynamik und niedriger Kraft auslegen.In order to can be either high torque motors, but lower Dynamics or engines with high dynamics and low power interpret.
Prinzipiell ist der oben beschriebene Konflikt nicht lösbar. Sehr viele Antriebsaufgaben benötigen bei hohen Drehzahlen eine geringes Drehmoment an der Antriebsachse (Schnellgang, Overdrive). Allerdings soll die hohe, relative konstante Drehzahl schnell erreicht werden, aber auch schnell abgebremst werden können. Bei niedrigen Drehzahlen benötigt man oft hohe Drehmomente, um zum Beispiel eine große Masse auf konstante Geschwindigkeit zu beschleunigen oder kontrolliert abzubremsen. Insbesondere bei der Drehzahl Null benötigt man zuweilen eine Haltekraft, um ein mechanisches System in einen Anschlag zu drücken.in principle the conflict described above is not solvable. Many many Drive tasks require a low at high speeds Torque on the drive axle (overdrive, overdrive). Indeed should the high, relatively constant speed be reached quickly, but can also be slowed down quickly. At low Speeds often require high torques, for example to accelerate a large mass to constant speed or slow down in a controlled manner. Especially at zero speed you sometimes need a holding force to a mechanical Press system into a stop.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass sie bei niedrigen Drehzahlen ein großes Drehmoment zu übertragen und bei hohen Drehzahlen hohe Winkelbeschleunigungen zu ermöglichen vermag.The Invention is based on the task of a drive device of The aforementioned type such that they at low Speeds to transmit a large torque and to allow high angular acceleration at high speeds can.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Gehäuse ein erster Motor mit geringem Trägheitsmoment sowie ein zweiter Motor mit hohem Drehmoment und eine Kopplungseinrichtung angeordnet sind, mittels derer die Rotoren beider Motoren miteinander kraftschlüssig verbindbar sind.The The object is achieved according to the invention that in the housing a first motor with a low moment of inertia and a second high torque motor and a coupling device are, by means of which the rotors of both engines with each other frictionally are connectable.
Dadurch wird erreicht, dass sich bei niedrigen Drehzahlen ein großes Drehmoment übertragen lässt und bei hohen Drehzahlen hohe Winkelbeschleunigungen ermöglichen lassen.Thereby is achieved that at low speeds a large Torque can be transmitted and at high speeds allow high angular acceleration.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kopplungseinrichtung bei niedrigen Drehzahlen die Rotoren beider Motoren miteinander kraftschlüssig verbindet. Dadurch wird der zweite Motor zugeschaltet, so dass ein hohes Drehmoment zur Verfügung steht. Bei höheren Drehzahlen wird er abgekoppelt, so dass der erste Motor mit geringem Trägheitsmoment für hohe Drehzahlen sorgen kann.It has proved to be advantageous when the coupling device at low speeds, the rotors of both engines with each other positively connects. This will be the second engine switched on, so that a high torque is available. At higher speeds, it is decoupled, so that the first engine with low moment of inertia for high Speeds can provide.
Ein Lager kann eingespart werden, wenn beide Motoren um eine gemeinsame Motorwelle angeordnet sind, wobei einer der Motoren direkt mit der Motorwelle verbunden und der andere Motor auf der gemeinsamen Motorwelle drehbar gelagert ist.One Bearing can be saved if both engines have a common Motor shaft are arranged, with one of the motors directly to the motor shaft connected and the other motor on the common motor shaft rotatable is stored.
In vorteilhafter Weise kann die Kopplungseinrichtung der beiden Motoren einen Freilauf und ein Andrückelement aufweisen, wobei das Andrückelement eine Spiralfeder oder eine Tellerfeder sein kann.In Advantageously, the coupling device of the two motors a freewheel and a pressure element, wherein the pressure element a coil spring or a plate spring can be.
Alternativ kann erfindungsgemäß die Kopplungseinrichtung der beiden Motoren eine Fliehkraftkupplung aufweisen.alternative can according to the invention, the coupling device the two engines have a centrifugal clutch.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Statoren der beiden Motoren in axialer Richtung derart aufeinander geschichtet sind, dass sie eine gemeinsame Symmetrieachse aufweisen, wobei der Rotor des ersten Motors starr mit der Lagerstange verbunden sein kann, wobei der Rotor des zweiten Motors um die Lagerstange drehbar angeordnet sein kann und wobei in Abhängigkeit von der geforderten Drehzahl und der anliegenden Last über eine Kopplungseinrichtung die beiden Rotoren kraftschlüssig miteinander verbunden werden können.It has proven to be advantageous when the stators of the two Engines in the axial direction are stacked on each other, that they have a common axis of symmetry, wherein the rotor the first motor can be rigidly connected to the bearing rod, wherein the rotor of the second motor rotatably disposed about the bearing rod can be and depending on the required speed and the applied load via a coupling device the two rotors are positively connected with each other can be.
Erfindungsgemäß kann der erste Motor einen ersten Rotor mit geringem Trägheitsmoment und eine erste Spulenwicklung mit geringer Induktivität aufweisen, wobei der erste Rotor mit geringem Trägheitsmoment einen kleinen Rotordurchmesser aufweisen und aus einem Magnetmaterial mit kleiner Sättigungsflussdichte bestehen kann und wobei die erste Spulenwicklung mit geringer Induktivität eine kleine Anzahl an Windungen aufweisen kann.According to the invention the first motor has a first rotor with a low moment of inertia and have a first coil winding with low inductance, wherein the first rotor with a low moment of inertia a have small rotor diameter and made of a magnetic material can exist with small saturation flux density and where the first coil winding with low inductance a small one Number of turns may have.
In vorteilhafter Weise kann der zweite Motor einen Rotor mit einem hohen Drehmoment und eine Spulenwicklung mit hoher Induktivität aufweisen, wobei der Rotor mit hohem Drehmoment einen großen Rotordurchmesser aufweisen und aus einem Magnetmaterial mit hoher Sättigungsflussdichte bestehen kann sowie erfindungsgemäß die Spulenwicklung mit hoher Induktivität eine hohe Windungszahl aufweisen kann.In Advantageously, the second motor can be a rotor with a high torque and a coil winding with high inductance wherein the high torque rotor has a large rotor diameter and of a magnetic material having a high saturation flux density can exist and according to the invention, the coil winding have a high number of turns with high inductance can.
Erfindungsgemäß können die beiden Motoren bürstenlose, mit Permanentmagneten erregte Gleichstrommotoren sein.According to the invention the two motors brushless, with permanent magnets excited DC motors be.
Die Antriebsvorrichtung kann erfindungsgemäß eine hohe Laufruhe und eine hohe Drehzahlstabilität erreichen, wenn Sensoren vorgesehen sind, die Last- und Drehzahlschwankungen detektieren und mittels eines Regelkreises auf das Drehfeld der ersten Spulenwicklung zur Kompensation der Last- und Drehzahlschwankungen einwirken.The Drive device according to the invention a achieve high smoothness and high speed stability, if sensors are provided, the load and speed fluctuations detect and by means of a control loop on the rotating field of the first Coil winding for compensation of load and speed fluctuations act.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention is described below with reference to the drawing Embodiments explained in more detail. Show it:
In
der
In
einem zweiten Bereich des Gehäuses
Die
beiden Motoren
In
der
In
einem zweiten Bereich des Gehäuses
Eine
Druckfeder
Die
Druckfeder
Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise zur Steuerung eines Steuerschieber eines vorgesteuerten hydraulischen Mehrwege-Ventils eingesetzt werden.The Drive device, for example, to control a spool a pilot operated hydraulic multi-way valve can be used.
Die
oben beschriebene Problematik wird durch die erfindungsgemäße
Kombination von mindestens zwei mit Permanentmagneten erregten Motoren
Dies
wird dadurch erreicht, dass die beiden Statoren in axialer Richtung
aufeinander geschichtet sind, so dass sie eine gemeinsame Symmetrieachse aufweisen,
dass der erste Rotor
Mit
dieser konstruktiven Gestaltung der beiden Motoren
Kleine Last- und Drehzahlschwankungen können mittels geeigneter Sensoren detektiert werden und durch einen schnellen Regelkreis, der nur auf das Drehfeld des ersten Stators einwirkt, kompensiert werden. Die Antriebsvorrichtung hat damit eine hohe Laufruhe und kann eine hohe Drehzahlstabilität erreichen.little one Load and speed fluctuations can be determined by means of suitable Sensors are detected and by a fast control loop, which acts only on the rotating field of the first stator, compensated become. The drive device thus has a high level of quietness and can achieve high speed stability.
Bei
hohen Drehzahlen kann man die beiden Rotoren
Wenn
man die Spulenwicklungen
In einer besonderen Ausführung wird der Kraftschluss zwischen den beiden Rotoren durch einen Reibbelag auf den einander zugewandten Stirnseiten der Rotoren hergestellt.In a special embodiment is the adhesion between the two rotors by a friction lining on the facing each other Front sides of the rotors produced.
Die
Andrückkraft kann durch ein elastisches Element, beispielsweise
die Druckfeder
Der
Kraftschluss kann durch einen ”Freilauf” aufgehoben
werden, der die beiden Rotoren
Ein
resultierendes Drehmoment zwischen den Rotoren
Der
Kraftschluss kann aber auch durch die Fliehkraftkupplung
Durch die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit Hilfe eines bürstenlosen Gleichstrommotors wurde das Problem der Anpassung der Dynamik des Motors an unterschiedliche Lastfälle gelöst.By the drive device according to the invention with the help a brushless DC motor became the problem the adaptation of the dynamics of the engine to different load cases solved.
Alternativ
zur durchgehenden Motorwelle
Bei den Motoren kann es sich um einen Innenrotormotor (wie dargestellt) oder um einen Außenrotormotor handeln.at the motors may be an internal rotor motor (as shown) or act around an outer rotor motor.
Die beiden Spulenwicklungen können über ein PWM Signal entweder gemeinsam oder separat angesteuert werden.The Both coil windings can have a PWM signal be controlled either jointly or separately.
Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt als mechanische Koppelung der beiden Rotoren über einen Freilauf und ein Andrückelement in Form einer Spiral- oder Tellerfeder. Der Kraftfluss der beiden Rotoren wird durch den Freilauf hergestellt, der die beiden Motoren trennt, sobald zwischen den beiden Rotoren ein resultierendes Drehmoment auftritt. Mit der Feder wird eine Andrückkraft auf den Rotor mit geringer Drehzahl erzeugt. Die beiden Rotoren werden gegeneinander gepresst. Die Feder stützt sich in der axialen Abstützung der gemeinsamen Motorwelle.The second embodiment shows as a mechanical coupling the two rotors via a freewheel and a pressure element in the form of a spiral or plate spring. The power flow of the two Rotors is made by the freewheel, which is the two engines separates as soon as between the two rotors a resulting torque occurs. With the spring, a pressing force on the Rotor produced at low speed. The two rotors are against each other pressed. The spring is supported in the axial support the common motor shaft.
Die erste Ausführungsform zeigt das Konzept mit einer Fliehkraftkupplung anstelle eines Freilaufes und FederThe First embodiment shows the concept with a centrifugal clutch instead of a freewheel and spring
Durch eine Antriebsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Kombination mehrerer Motoren unterschiedlicher Charakteristika können alle möglichen Anforderungen gelöst werden. Bei zwei Motoren kann der eine ein geringes Trägheitsmoment bei einer hohen Drehzahl aufweisen. Der zweite Motor ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erzeugen. Durch die bei niedrigen Drehzahlen wirkende Koppelvorrichtung wird das hohe Drehmoment des zweiten Motors auf den ersten Motor übertragen. Der erste Motor dient dann bei hohen Drehzahlen aufgrund seines geringeren Trägheitsmoments für den alleinigen Antrieb. Denkbar wäre noch ein dritter Motor, der die mittleren Bereiche sowohl im Drehmoment als auch in der Drehzahl abdeckt.By a drive device with an inventive Combination of several motors of different characteristics can all possible requirements are solved. at two motors, the one a low moment of inertia have at a high speed. The second engine high torque generate at low speeds. By at low speeds acting coupling device is the high torque of the second Motors transferred to the first engine. The first engine then serves at high speeds due to its lower moment of inertia for the sole drive. It would still be possible a third engine that cuts the middle areas in both torque as well as in the speed covers.
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- erstes Lagerfirst camp
- 33
- zweites Lagersecond camp
- 44
- Motorwellemotor shaft
- 55
- erster Motor high RPMfirst Engine high RPM
- 66
- erste Spulenwicklungfirst coil winding
- 77
- erster Rotorfirst rotor
- 88th
- zweiter Motor low RPMsecond Motor low RPM
- 99
- zweite Spulenwicklungsecond coil winding
- 1010
- zweiter Rotorsecond rotor
- 1111
- Rotorlagerrotor bearing
- 1212
- Fliehkraftkupplungcentrifugal clutch
- 2121
- Gehäusecasing
- 2222
- erstes Lagerfirst camp
- 2323
- zweites Lagersecond camp
- 2424
- Motorwellemotor shaft
- 2525
- erster Motor high RPMfirst Engine high RPM
- 2626
- erste Spulenwicklungfirst coil winding
- 2727
- erster Rotorfirst rotor
- 2828
- zweiter Motor low RPMsecond Motor low RPM
- 2929
- zweite Spulenwicklungsecond coil winding
- 3030
- zweiter Rotorsecond rotor
- 3131
- Rotorlagerrotor bearing
- 3232
- Freilauffreewheel
- 3333
- Druckfedercompression spring
- 3434
- Federentkopplungspring isolation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 19704504 A1 [0009] - DE 19704504 A1 [0009]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |