DE102014001930A1 - Electric motor and coupled hydrostatic pump - Google Patents

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Abstract

Aufgabe: Verminderung der Förderstrompulsationen der Pumpe bei unterschiedlichen Drehzahlen, Drücken und Temperaturen. Lösung: Der Elektromotor und die Pumpe sind in einer Winkellage gekuppelt, bei der die Pole (4) des Elektromotors und die Kammern (3) der Pumpe zueinander orientiert sind und die Anzahl der Pole (4) des Elektromotors gleich der Zahl der Kammern (3) ist oder ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Kammern ist oder die Zahl der Kammern (3) ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Pole (4) ist. Anwendung: Betätigung von hydraulischen Kupplungen, Feststellbremsen und anderen Aktoren in Getrieben von Kraftfahrzeugen.Task: Reduction of the pump flow pulsations at different speeds, pressures and temperatures. Solution: The electric motor and the pump are coupled in an angular position in which the poles (4) of the electric motor and the chambers (3) of the pump are oriented to each other and the number of poles (4) of the electric motor equal to the number of chambers (3 ) or is an integer multiple of the number of chambers or the number of chambers (3) is an integer multiple of the number of poles (4). Application: Actuation of hydraulic clutches, parking brakes and other actuators in transmissions of motor vehicles.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und eine daran gekuppelte Pumpe entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Es ist weit verbreitet, Elektromotoren und hydrostatische Pumpen zu kuppeln, und es sind auch viele vorteilhafte Kupplungen bekannt, die geeignet sind, Schwingungen zu bedämpfen und die Weiterleitung von Geräuschen zu mindern. Mit der Weiterentwicklung der elektrischen Motoren zu drehzahlvariablen Motoren sind auch vielfältige Kombinationen von drehzahlvariablen Elektromotoren mit hydrostatischen Pumpen bekannt geworden, die auch zu Steuerungs- und Regelungszwecken eingesetzt werden, wie zum Beispiel in der Druckschrift US5778671A beschrieben wird. Vorzugsweise werden kollektorlose Elektromotoren für solche drehzahlvariablen Antriebe eingesetzt. In vielen Anwendungen werden aber die Förderstrompulsationen der hydrostatischen Pumpen als Nachteil im Vergleich zu elektromechanischen Antrieben angesehen. Diese Förderstrompulsationen werden nicht nur durch die Verdrängungsvorgänge aus einer endlichen Anzahl von fördernden Kammern erzeugt, sondern auch durch Umsteuervorgänge, mit dem Drehwinkel variable Leckverluste und, was nicht übersehen werden sollte, auch durch Drehmomentschwankungen des antreibenden Elektromotors. Die hydraulisch bedingten Förderstrompulsationen zeigen als Grundfrequenz das Produkt aus der Drehzahl mit der Zahl der Verdrängerkammern der Pumpe. Dem überlagern sich starke harmonische Oberwellen aus den Umsteuervorgängen und der variablen Leckage sowie gegebenenfalls nicht harmonische Pulsationen aus den Drehmomentschwankungen des Elektromotors. Die Förderstrompulsationen zeigen im Einsatz nicht nur eine starke Abhängigkeit von der Drehzahl, sondern auch der hydrostatische Druck am Ausgang der Pumpe und die Temperatur des Arbeitsmediums wirken sich auf die Pulsationen aus. Zur Verminderung dieser Förderstrompulsationen stellen sich die folgenden Aufgaben:

  • – Die auf der endlichen Zahl der Förderkammern beruhende Förderstrompulsation einer hydrostatischen Pumpe ausgleichen
  • – Die erste und möglichst auch weitere Oberwellen der Förderstrompulsation ausgleichen
  • – Die drehzahlabhängige Veränderung der Förderstrompulsation ausgleichen
  • – Die druckabhängige Veränderung der Förderstrompulsation ausgleichen
  • – Die temperaturabhängige Veränderung der Förderstrompulsation ausgleichen
  • – Die auf den Drehmomentschwankungen des antreibenden Elektromotor beruhenden Förderstrompulsationen ausgleichen.
The invention relates to an electric motor and a pump coupled thereto according to the preamble of the first claim. It is widely used to couple electric motors and hydrostatic pumps, and many advantageous clutches are also known which are capable of damping vibrations and reducing the transmission of noise. With the further development of electric motors to variable speed motors, a variety of combinations of variable speed electric motors with hydrostatic pumps have become known, which are also used for control purposes, such as in the document US5778671A is described. Brushless electric motors are preferably used for such variable-speed drives. In many applications, however, the delivery flow pulsations of the hydrostatic pumps are regarded as a disadvantage compared to electromechanical drives. These flow pulsations are generated not only by the displacement operations from a finite number of conveying chambers, but also by Umsteuervorgänge, with the rotation angle variable leakage and, what should not be overlooked, also by torque fluctuations of the driving electric motor. The hydraulically induced flow rate pulsations show as a fundamental frequency the product of the speed with the number of displacement chambers of the pump. This is superimposed by strong harmonic harmonics from Umsteuervorgängen and the variable leakage and possibly non-harmonic pulsations from the torque fluctuations of the electric motor. The flow rate pulsations not only show a strong dependence on the speed in use, but also the hydrostatic pressure at the outlet of the pump and the temperature of the working fluid affect the pulsations. To reduce these flow pulsations, the following tasks arise:
  • - Compensate the flow rate pulsation of a hydrostatic pump based on the finite number of delivery chambers
  • - Compensate the first and possibly also further harmonics of the flow pulsation
  • - Compensate for the speed-dependent change in the flow rate pulsation
  • - Balance the pressure-dependent change in the flow rate pulsation
  • - Compensate for the temperature-dependent change in the flow rate pulsation
  • - Compensate based on the torque fluctuations of the driving electric motor flow pulsations.

Die Lösung der Aufgaben wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs in Verbindung mit den weiteren Ansprüchen beschrieben. Die beiden letzten Ansprüche beschreiben Verfahren zur Lösung der Aufgaben. Gemäß dieser Erfindung wird nicht durch eine Optimierung der Verdrängung oder der Umsteuerung der Pumpe versucht, die Förderstrompulsation zu bekämpfen, sondern es wird eine Kompensation der Förderstrompulsationen vorgenommen, die von dem Elektromotor einerseits und der Pumpe andererseits verursacht werden. Dazu muss allerdings gewährleistet sein, dass diese Pulsationsursachen synchron und phasentreu wirken. Das bedeutet, dass vorzugsweise die Zahl der Pumpenkammern gleich der Zahl der Magnetpole des Elektromotors ist und dass die Pumpe in einer optimalen Drehwinkelorientierung an den Elektromotor gekuppelt ist. Das Optimum ist durch Versuche zu ermitteln und liegt bei der minimalen Förderstrompulsation. Wenn die Zahl der Pumpenkammern nicht gleich der Polzahl des Elektromotors ist, sind auch Kompensationsmöglichkeiten gegeben, die aber einen zyklischen Eingriff der elektrischen Steuerung in das Drehmoment des Elektromotors notwendig machen. Wenn beispielsweise die Zahl der Magnetpole des Elektromotors N1-mal so groß ist wie die Zahl der Pumpenkammern, muss die elektrische Steuerung die Drehmomentschwankung des Elektromotors immer dann unterdrücken, wenn dem Eingriff eines Magnetpols keine pulsationsrelevante Wirkung einer Pumpenkammer zugeordnet ist. Entsprechend muss die elektrische Steuerung zusätzliche zyklische Drehmomentänderungen des Elektromotos erzeugen, wenn die Zahl der Pumpenkammern das N2-fache der Zahl der Magnetpole beträgt. Dabei sind N1 und N2 ganze Zahlen. Eigentlich ist es auch möglich, mit nicht ganzzahligen Verhältnissen der Magnetpolzahl zur Kammerzahl zu arbeiten, dann müsste die elektrische Steuerung sowohl zusätzliche Drehmomentänderungen als auch Kompensationen mit dem Ziel der Unterdrückung einer Drehmomentänderung vornehmen, dies wird aber als unnötig aufwendig angesehen. Eine weitere wichtige Aufgabe der elektrischen Steuerung ergibt sich aus der Form der Förderstrompulsation im Zeitverlauf. Diese Form ist in der Regel nicht sinusförmig, sondern durch starke Oberwellen charakterisiert. Einen Teil der Oberwellen auf der Pumpenseite kann man durch eine geeignete Formgebung der Magnetpole kompensieren, aber darüber hinaus ist es in vielen Fällen erforderlich, die elektrische Steuerung zu einer weiteren Kompensation von Oberwellen einzusetzen. Dazu müssen die elektrischen Spannungen, die von der elektrischen Steuerung an die Spulen des Elektromotors abgegeben werden, zyklisch so verändert werden, dass geeignete kompensierende Drehmomentänderungen erzeugt werden.The solution of the objects is described by the characterizing features of the first claim in conjunction with the other claims. The last two claims describe methods for solving the problems. According to this invention, it is not attempted by an optimization of the displacement or the reversal of the pump to combat the flow rate pulsation, but it is made a compensation of the delivery flow pulsations caused by the electric motor on the one hand and the pump on the other. However, it must be ensured that these pulsation causes are synchronous and phase-correct. This means that preferably the number of pump chambers is equal to the number of magnetic poles of the electric motor and that the pump is coupled to the electric motor in an optimal rotational angle orientation. The optimum is to be determined by tests and lies with the minimum flow rate pulsation. If the number of pump chambers is not equal to the number of poles of the electric motor, compensation options are given, but make a cyclic engagement of the electrical control in the torque of the electric motor necessary. For example, when the number of magnetic poles of the electric motor is N1 times as large as the number of pump chambers, the electric control must suppress the torque fluctuation of the electric motor whenever the operation of a magnetic pole is not associated with a pulsation-relevant effect of a pump chamber. Accordingly, when the number of pump chambers is N2 times the number of magnetic poles, the electric control must generate additional cyclic torque changes of the electric motor. N1 and N2 are integers. Actually, it is also possible to work with non-integer ratios of the magnetic pole number to the chamber number, then the electrical control would have to make both additional torque changes and compensations with the aim of suppressing a torque change, but this is considered unnecessarily expensive. Another important task of the electrical control results from the shape of the flow rate pulsation over time. This form is usually not sinusoidal, but characterized by strong harmonics. Part of the harmonics on the pump side can be compensated by suitable shaping of the magnetic poles, but moreover in many cases it is necessary to use the electrical control for further compensation of harmonics. For this purpose, the electrical voltages that are output from the electrical control to the coils of the electric motor must be cyclically changed so that suitable compensating torque changes are generated.

Bei der Anwendung der beschriebenen Kompensationsverfahren ergibt sich, dass eine optimale Einstellung der mechanischen Winkelorientierung oder der elektrischen Drehmomentbeeinflussung zur Kompensation für eine bestimmte Drehzahl bei einer anderen Drehzahl nicht mehr optimal, ja gegebenenfalls sogar pulsationsverstärkend wirkt. Die Drehzahl wirkt nämlich auf die Pulsation der Pumpe anders als auf die Drehmomentschwankung des Elektromotors. Wenn eine gute Kompensation über einen weiten Drehzahlbereich erforderlich ist, ist eine zyklische Drehmomentbeeinflussung durch die elektrische Steuerung nicht zu vermeiden. Das ist bei der Drehzahl als Störgröße auf die Kompensation in der elektrischen Steuerung einfach umzusetzen, weil die Drehzahlinformation in der Steuerung vorliegt, denn bei kollektorlosen Elektromotoren wird die Drehzahl durch die Steuerung vorgegeben. Bei anderen Elektromotoren kann durch die Spannung und den Strom auf die Drehzahl geschlossen werden. Auch der Druck am Ausgang der Pumpe wirkt sich erheblich auf die Förderstrompulsation aus, was aber zum Teil durch stärkere Drehmomentschwankungen des Elektromotors automatisch kompensiert wird. Reicht diese automatische Kompensation nicht aus, muss wieder die elektrische Steuerung durch zyklische Drehmomentänderungen die Verbesserung der Kompensation übernehmen. Dazu muss in der elektrische Steuerung aus den Strömen durch die Spulen auf den hydrostatischen Druck geschlossen werden. Schließlich wirkt auch die Temperatur des Arbeitsmediums, das zumeist Mineralöl ist, auf die Förderstrompulsation der Pumpe, weil die Temperatur über die Viskosität des Arbeitsmediums auf die Leckverluste und die Umsteuervorgänge wirkt. Die Leckverluste werden überwiegend durch laminare, also temperaturabhängige Strömungsvorgänge charakterisiert, und auch bei der Umsteuerung kommt es kurzzeitig zu Strömungsvorgängen im Übergangsbereich zwischen laminarer und turbulenter Strömung. Wenn die elektrische Steuerung wiederum durch zyklische Änderungen der Spannungen kompensierend arbeiten soll, muss die Temperatur des Arbeitsmediums an die Steuerung gemeldet werden. Die Temperatur der Spulen des Elektromotors kann zumeist nicht sicher genug als Indikator für die Temperatur des Mediums angesehen werden, außer in den Fällen, in denen das Medium zur Kühlung der Spulen eingesetzt wird. Nur in diesen Fällen kann die elektrische Steuerung die Temperatur durch eine Widerstandsmessung an den Spulen ermitteln, in den anderen Fällen ist ein Temperatursensor erforderlich.In the application of the described compensation method results that an optimal adjustment of the mechanical angular orientation or the electrical torque influencing to compensate for a certain speed at another speed no longer optimal, yes possibly even pulsation-enhancing acts. Namely, the rotational speed acts differently on the pulsation of the pump than on the torque fluctuation of the electric motor. If good compensation over a wide speed range is required, a cyclic torque influence by the electrical control is unavoidable. This is easy to implement at the speed as a disturbance to the compensation in the electrical control, because the speed information is present in the controller, because in brushless electric motors, the speed is set by the controller. For other electric motors can be closed by the voltage and the current to the speed. Also, the pressure at the outlet of the pump has a significant effect on the flow rate pulsation, but this is compensated automatically in part by stronger torque fluctuations of the electric motor. If this automatic compensation is not sufficient, the electrical control must take over the improvement of the compensation by means of cyclical torque changes. For this purpose, it must be concluded in the electrical control from the currents through the coils to the hydrostatic pressure. Finally, the temperature of the working medium, which is mostly mineral oil, also acts on the delivery flow pulsation of the pump, because the temperature acts via the viscosity of the working medium on the leakage losses and the Umsteuervorgänge. The leakage losses are mainly characterized by laminar, ie temperature-dependent flow processes, and also during the reversal occurs briefly flow processes in the transition region between laminar and turbulent flow. If, in turn, the electrical control is to compensate by cyclic changes in the voltages, the temperature of the working fluid must be reported to the controller. The temperature of the coils of the electric motor can not be considered safe enough as an indicator of the temperature of the medium, except in cases where the medium is used to cool the coils. Only in these cases, the electrical control can determine the temperature by a resistance measurement on the coils, in other cases, a temperature sensor is required.

Die erfindungsgemäße Kombination von Elektromotor, hydrostatische Pumpe und elektrische Steuerung kann in vorteilhafter Weise zur Betätigung von hydraulischen Kupplungen, Feststellbremsen und anderen Aktoren in Getrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, aber auch in anderen hydraulischen Antrieben mit hohen Anforderungen an die Vermeidung von Geräuschen und Schwingungen.The inventive combination of electric motor, hydrostatic pump and electrical control can be used advantageously for the actuation of hydraulic clutches, parking brakes and other actuators in transmissions of motor vehicles, but also in other hydraulic drives with high demands on the prevention of noise and vibration.

Bilder: 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung eines Elektromotors, einer hydrostatischen Pumpe und einer elektrischen Steuerung in zwei Ansichten.Images: 1 shows an inventive arrangement of an electric motor, a hydrostatic pump and an electric control in two views.

Beispielhafte AusführungExemplary embodiment

Ein mehrpoliger Elektromotor (1) treibt gemäß 1 eine hydrostatische Pumpe (2) an, die eine Mehrzahl von förderwirksamen Kammern (3) aufweist, wobei der Elektromotor und die Pumpe drehwinkelfest miteinander gekuppelt sind. Dabei sind der Elektromotor und die Pumpe in einer Winkellage gekuppelt, bei der die Pole (4) des Elektromotors und die Kammern (3) der Pumpe zueinander für eine geringstmögliche Pulsation der Pumpe optimal orientiert sind. Die Anzahl der Pole (4) des Elektromotors ist entweder gleich der Zahl der Kammern (3) oder sie weist ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Kammern auf oder die Zahl der Kammern (3) ist ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Pole (4).A multipole electric motor ( 1 ) drives according to 1 a hydrostatic pump ( 2 ), which have a plurality of eligible chambers ( 3 ), wherein the electric motor and the pump are coupled together drehwinkelfelfest. In this case, the electric motor and the pump are coupled in an angular position in which the poles ( 4 ) of the electric motor and the chambers ( 3 ) of the pump are optimally oriented to one another for the lowest possible pulsation of the pump. The number of poles ( 4 ) of the electric motor is either equal to the number of chambers ( 3 ) or it has an integer multiple of the number of chambers or the number of chambers ( 3 ) is an integer multiple of the number of poles ( 4 ).

Wenn die Zahl der Pole (4) des Elektromotors gleich der Zahl der förderwirksamen Kammern (3) der Pumpe ist, ist vorteilhafterweise die Form der Pole so gestaltet, dass ein nach Messungen der Förderstrompulsation der Pumpe vorbestimmter Verlauf des Drehmoments erreicht wird, der die Förderstrompulsation vermindert.If the number of poles ( 4 ) of the electric motor equal to the number of the effective chambers ( 3 ) of the pump, the shape of the poles is advantageously designed such that a predetermined course of the torque is achieved after measurements of the delivery flow pulsation of the pump, which reduces the delivery flow pulsation.

Wenn die Zahl der Pole (4) ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Kammern (3) ist, ist eine elektrische Ansteuerung (5) zur Versorgung des Elektromotors so eingerichtet, dass sie die elektrischen Spannungen zyklisch so verändert, dass zum Zeitpunkt der zusätzlichen Wirkung eines Poles, dem bei der Orientierung keine Kammer zugeordnet ist, die Drehmomentschwankung des Elektromotors sehr gering ist. Damit wird erreicht, dass nur zum Ausgleich der Pulsation eine Änderung des Drehmoments eintritt.If the number of poles ( 4 ) an integer multiple of the number of chambers ( 3 ), is an electrical control ( 5 ) arranged to supply the electric motor so that it cyclically changes the electrical voltages so that at the time of the additional effect of a pole to which no chamber is assigned in the orientation, the torque fluctuation of the electric motor is very low. This ensures that occurs only to compensate for the pulsation, a change in torque.

Wenn die Zahl der Kammern (3) der Pumpe ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Pole (4) des Elektromotors ist, ist die elektrische Ansteuerung (5) so eingerichtet, dass sie die elektrischen Spannungen zur Versorgung des Elektromotors so verändert, dass zum Zeitpunkt der zusätzlichen Wirkung einer Kammer (3), der bei der Orientierung kein Pol (4) zugeordnet ist, eine zusätzliche spannungsbedingte Änderung des Drehmoments des Elektromotors bewirkt wird. Damit wird erreicht, dass für jede Kammer zum Ausgleich der Pulsation eine passende Änderung des Drehmoments eintritt.If the number of chambers ( 3 ) of the pump is an integer multiple of the number of poles ( 4 ) of the electric motor, the electrical control ( 5 ) is arranged so that it changes the electrical voltages to supply the electric motor so that at the time of the additional effect of a chamber ( 3 ), which does not have a pole ( 4 ), an additional voltage-induced change in the torque of the electric motor is effected. This ensures that for each chamber to compensate for the pulsation occurs a suitable change in torque.

Die höherfrequente Anteile an den Förderstrompulsationen der Pumpe werden durch gleichfalls höherfrequente Änderungen des Motordrehmoments ausgeglichen, indem die Form der Pole so gestaltet ist, dass ein nach Messungen der Förderstrompulsation der Pumpe vorbestimmter Verlauf des Drehmoments erreicht wird. Zusätzlich können von der elektrischen Ansteuerung (5) für den Elektromotor bewirkte zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen den Verlauf des Motordrehmoments im Sinne einer Kompensation der Pulsation weiter verbessern.The higher-frequency components of the delivery flow pulsations of the pump are compensated by likewise higher-frequency changes in the engine torque by the shape of the poles is designed so that after measurements of the delivery flow pulsation of the pump predetermined torque profile is achieved. In addition, from the electrical control ( 5 ) caused for the electric motor cyclic changes in the supply voltages further improve the course of the engine torque in the sense of compensation for the pulsation.

Die drehzahlabhängigen Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe werden vorteilhafterweise durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen, wobei die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden. Die Drehzahl muss dabei nicht gemessen werden, denn sie wird durch die elektrische Ansteuerung erzeugt.The speed-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are advantageously compensated by equal with the flow rate pulsations changes in the torque of the electric motor, the changes in the engine torque by cyclic changes in the supply voltages for the electric motor of the electric drive ( 5 ) are effected. The speed does not have to be measured, because it is generated by the electrical control.

Die druckabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe werden vorteilhafterweise durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen, wobei der Druck indirekt durch eine Messung der Spulenströme in der elektrischen Ansteuerung ermittelt wird und die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.The pressure-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are advantageously compensated by equal with the flow pulsations changes in the torque of the electric motor, wherein the pressure is determined indirectly by measuring the coil currents in the electric drive and the changes in engine torque by cyclic changes in the supply voltages for the electric motor from the electrical control ( 5 ) are effected.

Die temperaturabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe werden vorteilhafterweise durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen, wobei die Temperatur des Arbeitsmediums durch einen Temperaturaufnehmer (6) gemessen und an die elektrische Ansteuerung (5) gemeldet wird und die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.The temperature-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are advantageously compensated by the same fluctuations in the torque of the electric motor with the delivery flow pulsations, wherein the temperature of the working medium by a Temperaturaufnehmer ( 6 ) and to the electrical control ( 5 ) and the changes in the engine torque caused by cyclical changes in the supply voltages for the electric motor of the electric drive ( 5 ) are effected.

Verfahren zum BetriebMethod of operation

Zum Betrieb des Elektromotors (1) mit daran gekuppelter hydrostatischer Pumpe (2) werden die Förderstrompulsationen der Pumpe in ihrer Abhängigkeit von der Drehzahl, des Drucks und der Temperatur vermessen. Diese Ergebnisse werden in Tabellen in der elektrischen Ansteuerung des Elektromotors abgelegt. Die Pole (4) des Elektromotors und die Kammern (3) der Pumpe werden durch eine drehwinkelfeste Kupplung in einer durch die vorhergehenden Versuche ermittelten optimalen Winkellage zueinander ausgerichtet, wobei das Optimum durch die minimale Förderstrompulsation der Pumpe gekennzeichnet ist.For operation of the electric motor ( 1 ) with coupled hydrostatic pump ( 2 ) measure the flow rate pulsations of the pump as a function of the speed, the pressure and the temperature. These results are stored in tables in the electrical control of the electric motor. The poles ( 4 ) of the electric motor and the chambers ( 3 ) of the pump are aligned by a rotation angle fixed coupling in an optimal angular position determined by the preceding experiments, the optimum being characterized by the minimum flow rate pulsation of the pump.

Die elektrische Ansteuerung (5) wird so programmiert und eingerichtet, dass höherfrequente Anteile an den Förderstrompulsationen der Pumpe durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen und damit des Motodrehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden.The electrical control ( 5 ) is programmed and set up so that higher-frequency components of the delivery flow pulsations of the pump are compensated by cyclical changes in the supply voltages and thus the motor torque of the electric motor.

Die elektrische Ansteuerung (5) wird auch so programmiert und eingerichtet, dass drehzahlabhängige Änderungen der Förderstrompulsationen durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.The electrical control ( 5 ) is also programmed and set up so that speed-dependent changes in the delivery flow pulsations are compensated by fluctuations in the torque of the electric motor that are the same frequency with the delivery flow pulsations, the changes in the engine torque being caused by cyclic changes in the supply voltages for the electric motor from the electric drive (FIG. 5 ) are effected.

Die elektrische Ansteuerung (5) wird auch so programmiert und eingerichtet, dass druckabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei der Druck indirekt durch eine Messung der Spulenströme in der elektrischen Ansteuerung ermittelt wird und die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.The electrical control ( 5 ) is also programmed and set up so that pressure-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are compensated by the same with the flow rate pulsations changes in the torque of the electric motor, the pressure is determined indirectly by measuring the coil currents in the electric drive and the changes in the engine torque through Cyclic changes of the supply voltages for the electric motor from the electrical control ( 5 ) are effected.

Die elektrische Ansteuerung (5) wird auch so programmiert und eingerichtet, dass temperaturabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei die Temperatur des Arbeitsmediums durch einen Temperaturaufnehmer (6) gemessen und an die elektrische Ansteuerung (5) gemeldet wird und die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.The electrical control ( 5 ) is also programmed and set up in such a way that temperature-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are compensated for by changes in the torque of the electric motor which are equally frequent with the delivery flow pulsations, the temperature of the working medium being determined by a temperature sensor ( 6 ) and to the electrical control ( 5 ) and the changes in the engine torque caused by cyclical changes in the supply voltages for the electric motor of the electric drive ( 5 ) are effected.

In einer vorteilhaften Ausführung ist die elektrische Ansteuerung (5) so programmiert und eingerichtet, dass vorrangig in einem ausgewählten Betriebspunkt, charakterisiert durch die Drehzahl der Pumpe sowie durch den Druck am Arbeitsanschluss der Pumpe, die Förderstrompulsation der Pumpe minimal ist.In an advantageous embodiment, the electrical control ( 5 ) is programmed and set up in such a way that, at a selected operating point, characterized by the speed of the pump and by the pressure at the working connection of the pump, the delivery flow pulsation of the pump is minimal.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektromotorelectric motor
22
Pumpepump
33
Kammerchamber
44
Polpole
55
Elektrische AnsteuerungElectric control
66
Temperaturaufnehmertemperature sensor

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  • US 5778671 A [0001] US 5778671 A [0001]

Claims (10)

Ein mehrpoliger Elektromotor (1) treibt eine hydrostatische Pumpe (2) an, die eine Mehrzahl von förderwirksamen Kammern (3) aufweist, wobei der Elektromotor und die Pumpe drehwinkelfest miteinander gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor und die Pumpe in einer Winkellage gekuppelt sind, bei der die Pole (4) des Elektromotors und die Kammern (3) der Pumpe zueinander orientiert sind und die Anzahl der Pole (4) des Elektromotors – gleich der Zahl der Kammern (3) ist oder – ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Kammern ist oder – die Zahl der Kammern (3) ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Pole (4) ist.A multipole electric motor ( 1 ) drives a hydrostatic pump ( 2 ), which have a plurality of eligible chambers ( 3 ), wherein the electric motor and the pump are coupled together in a rotationally fixed manner, characterized in that the electric motor and the pump are coupled in an angular position in which the poles ( 4 ) of the electric motor and the chambers ( 3 ) of the pump are oriented to each other and the number of poles ( 4 ) of the electric motor - equal to the number of chambers ( 3 ) or - is an integer multiple of the number of chambers or - the number of chambers ( 3 ) an integer multiple of the number of poles ( 4 ). Mehrpoliger Elektromotor mit daran gekuppelter Pumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl seiner Pole (4) gleich der Zahl der förderwirksamen Kammern (3) ist, wobei die Form der Pole so gestaltet ist, dass ein durch Messungen der Förderstrompulsation der Pumpe vorbestimmter Verlauf des Drehmoments erreicht wird.Multi-pole electric motor with coupled pump according to claim 1, characterized in that the number of its poles ( 4 ) equal to the number of eligible chambers ( 3 ), wherein the shape of the poles is designed so that a predetermined torque is determined by measurements of the delivery flow pulsation of the pump. Mehrpoliger Elektromotor mit daran gekuppelter Pumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl seiner Pole (4) ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Kammern (3) ist, wobei eine elektrische Ansteuerung (5) die elektrischen Spannungen zur Versorgung des Elektromotors zyklisch so verändert, dass zum Zeitpunkt der zusätzlichen Wirkung eines Poles, dem bei der Orientierung keine Kammer zugeordnet ist, die Drehmomentschwankung des Elektromotors sehr gering ist.Multi-pole electric motor with coupled pump according to claim 1, characterized in that the number of its poles ( 4 ) an integer multiple of the number of chambers ( 3 ), wherein an electrical drive ( 5 ) The electrical voltages for supplying the electric motor cyclically changed so that at the time of the additional effect of a pole to which no chamber is assigned in the orientation, the torque fluctuation of the electric motor is very low. Mehrpoliger Elektromotor mit daran gekuppelter Pumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Kammern (3) der Pumpe ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl der Pole (4) des Elektromotors ist, wobei die elektrische Ansteuerung (5) die elektrischen Spannungen zur Versorgung des Elektromotors so verändert, dass zum Zeitpunkt der zusätzlichen Wirkung einer Kammer (3), der bei der Orientierung kein Pol (4) zugeordnet ist, eine zusätzliche spannungsbedingte Änderung des Drehmoments des Elektromotors bewirkt wird.Multipolar electric motor with pump coupled thereto according to claim 1, characterized in that the number of chambers ( 3 ) of the pump is an integer multiple of the number of poles ( 4 ) of the electric motor, wherein the electrical control ( 5 ) the electrical voltages to supply the electric motor changed so that at the time of the additional effect of a chamber ( 3 ), which does not have a pole ( 4 ), an additional voltage-induced change in the torque of the electric motor is effected. Mehrpoliger Elektromotor mit daran gekuppelter Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass höherfrequente Anteile an den Förderstrompulsationen der Pumpe durch gleichfalls höherfrequente Änderungen des Motordrehmoments ausgeglichen werden, wobei die Änderungen des Motordrehmoments durch die Formgebung der Pole (4) und/oder durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.Multipolar electric motor coupled thereto pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that higher-frequency components of the delivery flow pulsations of the pump are compensated by equally higher-frequency changes in the engine torque, the changes in the engine torque by the shaping of the poles ( 4 ) and / or by cyclical changes of the supply voltages for the electric motor of the electrical control ( 5 ) are effected. Mehrpoliger Elektromotor mit daran gekuppelter Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass drehzahlabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.Multipolar electric motor coupled thereto pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that speed-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are compensated by the same with the flow rate pulsations changes in the torque of the electric motor, wherein the changes in the engine torque by cyclical changes in the supply voltages for the electric motor from the electrical control ( 5 ) are effected. Mehrpoliger Elektromotor mit daran gekuppelter Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass druckabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei der Druck indirekt durch eine Messung der Spulenströme in der elektrischen Ansteuerung ermittelt wird und die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.Multipolar electric motor coupled thereto pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that pressure-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are compensated by the same with the flow rate pulsations changes in the torque of the electric motor, wherein the pressure indirectly by measuring the coil currents in the electrical control determined and the changes in the engine torque by cyclic changes in the supply voltages for the electric motor of the electrical control ( 5 ) are effected. Mehrpoliger Elektromotor mit daran gekuppelter Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass temperaturabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei die Temperatur des Arbeitsmediums durch einen Temperaturaufnehmer (6) gemessen und an die elektrische Ansteuerung (5) gemeldet wird und die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.Multipolar electric motor coupled thereto pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that temperature-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are compensated by the same with the flow rate pulsations changes in the torque of the electric motor, wherein the temperature of the working medium by a Temperaturaufnehmer ( 6 ) and to the electrical control ( 5 ) and the changes in the engine torque caused by cyclical changes in the supply voltages for the electric motor of the electric drive ( 5 ) are effected. Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors (1) mit daran gekuppelter hydrostatischer Pumpe (2) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Förderstrompulsationen der Pumpe in ihrer Abhängigkeit von der Drehzahl, des Drucks und der Temperatur vermessen wird und diese Ergebnisse in Tabellen in der elektrischen Ansteuerung des Elektromotors abgelegt werden und dass – die Pole (4) des Elektromotors und die Kammern (3) der Pumpe durch eine drehwinkelfeste Kupplung in einer durch die vorhergehenden Versuche ermittelten optimalen Winkellage zueinander ausgerichtet werden, wobei das Optimum durch die minimale Förderstrompulsation der Pumpe gekennzeichnet ist – die elektrische Ansteuerung (5) so programmiert und eingerichtet wird, dass höherfrequente Anteile an den Förderstrompulsationen der Pumpe durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen und damit des Motodrehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden – die elektrische Ansteuerung (5) so programmiert und eingerichtet wird, dass drehzahlabhängige Änderungen der Förderstrompulsationen durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden – die elektrische Ansteuerung (5) so programmiert und eingerichtet wird, dass druckabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei der Druck indirekt durch eine Messung der Spulenströme in der elektrischen Ansteuerung ermittelt wird und die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden – die elektrische Ansteuerung (5) so programmiert und eingerichtet wird, dass temperaturabhängige Veränderungen in den Förderstrompulsationen der Pumpe durch mit den Förderstrompulsationen gleichfrequente Änderungen des Drehmoments des Elektromotors ausgeglichen werden, wobei die Temperatur des Arbeitsmediums durch einen Temperaturaufnehmer (6) gemessen und an die elektrische Ansteuerung (5) gemeldet wird und die Änderungen des Motordrehmoments durch zyklische Änderungen der Versorgungsspannungen für den Elektromotor von der elektrischen Ansteuerung (5) bewirkt werden.Method for operating an electric motor ( 1 ) with coupled hydrostatic pump ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the flow rate pulsations of the pump is measured as a function of the speed, the pressure and the temperature and these results are stored in tables in the electrical control of the electric motor and that - the poles ( 4 ) of the electric motor and the chambers ( 3 ) of the pump are aligned with one another by an angle of rotation fixed coupling in an optimal angular position determined by the preceding tests, the optimum being characterized by the minimum delivery flow pulsation of the pump - the electrical activation ( 5 ) is programmed and set up in such a way that higher - frequency components of the pump flow pulsations are caused by cyclical changes in the supply voltages and so that the motor torque of the electric motor can be compensated - the electrical control ( 5 ) is programmed and set up so that speed-dependent changes in the delivery-flow pulsations are compensated for by changes in the torque of the electric motor that are the same frequency with the delivery-flow pulsations, the changes in the engine torque being caused by cyclical changes in the supply voltages for the electric motor from the electric drive ( 5 ) - the electrical control ( 5 ) is programmed and set up so that pressure-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are compensated by the same with the flow rate pulsations changes in the torque of the electric motor, wherein the pressure is determined indirectly by measuring the coil currents in the electrical drive and the changes in the engine torque by cyclic Changes in the supply voltages for the electric motor from the electrical control ( 5 ) - the electrical control ( 5 ) is programmed and set up in such a way that temperature-dependent changes in the delivery flow pulsations of the pump are compensated for by changes in the torque of the electric motor which are equally frequent with the delivery flow pulsations, the temperature of the working medium being determined by a temperature sensor ( 6 ) and to the electrical control ( 5 ) and the changes in the engine torque caused by cyclical changes in the supply voltages for the electric motor of the electric drive ( 5 ) are effected. Verfahren zum Betrieb eines Elektromotors (1) mit daran gekuppelter hydrostatischer Pumpe (2) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ansteuerung (5) so programmiert und eingerichtet wird, dass in einem ausgewählten Betriebspunkt, charakterisiert durch die Drehzahl der Pumpe sowie durch den Druck am Arbeitsanschluss der Pumpe, die Förderstrompulsation der Pumpe minimal ist.Method for operating an electric motor ( 1 ) with coupled hydrostatic pump ( 2 ) according to claim 9, characterized in that the electrical control ( 5 ) is programmed and set up so that at a selected operating point, characterized by the speed of the pump and by the pressure at the working connection of the pump, the delivery flow pulsation of the pump is minimal.
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