DE102017202082A1 - Device for stepless damping of rotational relative movements - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt wird eine Vorrichtung zur stufenlosen Dämpfung rotatorischer Relativbewegungen, mit zumindest einem Elektromagneten (10), umfassend ein Magnetjoch (11) mit zumindest einer Magnetspule (12) und einem mit einer ersten Welle (2) verdrehsicher verbundenen und in axialer Richtung verschiebbaren Magnetanker (20) mit einem stirnseitigen Wirbelstromtopf (21). Der Wirbelstromtopf (21) und der Elektromagnet (10) sind derart zueinander angeordnet, dass ein durch die Magnetspule (12) erzeugtes magnetisches Feld eine Magnetkraft auf den Magnetanker (20) ausüben kann.Ferner weist die Vorrichtung eine mit einer zweiten Welle (22) verdrehsicher verbundene Scheibe (30) auf, die mit mehreren an ihrem äußeren Umfang nebeneinander angeordneten und jeweils mit einem Pol nach außen zeigenden Permanentmagneten (31) versehen ist, wobei die Scheibe derart geformt und angeordnet ist, dass sie in den Wirbelstromtopf (21) zumindest teilweise aufnehmbar ist.A device is provided for stepless damping of rotary relative movements, comprising at least one electromagnet (10) comprising a magnet yoke (11) with at least one magnet coil (12) and a magnet armature (20) connected torsion-proof with a first shaft (2) and displaceable in the axial direction ) with a frontal Wirbelstromtopf (21). The eddy current pot (21) and the electromagnet (10) are arranged relative to one another such that a magnetic field generated by the magnet coil (12) can exert a magnetic force on the magnet armature (20). The device also has a second shaft (22). non-rotatably connected disc (30) which is provided with a plurality of spaced apart on its outer circumference and each with a pole facing outwards permanent magnet (31), wherein the disc is shaped and arranged so that they at least in the Wirbelstromtopf (21) is partially receivable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stufenlosen Dämpfung rotatorischer Relativbewegungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren.The present invention relates to a device for stepless damping rotatory relative movements according to the preamble of patent claim 1 and a corresponding method.

Es ist bekannt, dass mit Wirbelstrombremsen und Wirbelstromkupplungen über einen definierten Stromfluss ein variables Moment direkt eingestellt werden kann. Wird die Spule bestromt, d.h. fließt ein Strom durch die Spule, entsteht ein magnetisches Feld, dessen Kraftlinien sich über die Pole der Spule, einen Arbeitsluftspalt und den Ankerring schließen. Bei Kupplungen werden durch ein Laufen der zwei Kupplungshälften mit unterschiedlichen Drehzahlen im Ankerring Wirbelströme erzeugt. Diese werden ausgenutzt, um ein mitnehmendes oder bremsendes Moment zu erzeugen.It is known that with eddy current brakes and eddy current couplings a variable momentum can be set directly via a defined current flow. If the coil is energized, i. When a current flows through the coil, a magnetic field is created whose lines of force close over the poles of the coil, a working air gap and the armature ring. In clutches eddy currents are generated by running the two coupling halves with different speeds in the anchor ring. These are exploited to create a dragging or braking moment.

Bisher findet allerdings keine stufenlose geometrische Variation statt. Bei Kupplungen besteht außerdem die Schwierigkeit, die elektrische Energie auf drehende Teile zu übertragen. Üblicherweise wird dies mit teuren, wartungsintensiven und wegen der Reibung verlustbehafteten Schleifkontakten bewerkstelligt.So far, however, there is no continuous geometric variation. Couplings also have the difficulty of transmitting the electrical energy to rotating parts. Usually, this is accomplished with expensive, high-maintenance and due to the friction lossy sliding contacts.

Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche diese Nachteile überwindet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Therefore, it is an object of this invention to provide a device which overcomes these disadvantages. This object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Der Kern der Erfindung ist es, einen auf dem Wirbelstromprinzip basierenden, stufenlos verstellbaren Dämpfer für rotatorische Relativbewegungen bereitzustellen, wobei die Verstellung per elektromagnetischem Direktantrieb erfolgt. Die Vorrichtung wird vorteilhafterweise bei Wirbelstromkupplungen oder Wirbelstrombremsen eingesetzt.The essence of the invention is to provide a continuously variable damper based on the eddy-current principle for rotational relative movements, wherein the adjustment takes place by means of electromagnetic direct drive. The device is advantageously used in eddy current couplings or eddy current brakes.

Bereitgestellt wird eine Vorrichtung zur stufenlosen Dämpfung rotatorischer Relativbewegungen, mit zumindest einem Elektromagneten, umfassend ein Magnetjoch mit zumindest einer Magnetspule und einem mit einer ersten Welle verdrehsicher verbundenen und in axialer Richtung verschiebbaren Magnetanker mit einem stirnseitigen Wirbelstromtopf. Der Wirbelstromtopf und der Elektromagnet sind derart zueinander angeordnet, dass ein durch die Magnetspule erzeugtes magnetisches Feld eine Magnetkraft auf den Magnetanker ausüben kann.Provided is a device for stepless damping rotatory relative movements, comprising at least one electromagnet, comprising a magnetic yoke with at least one magnetic coil and a rotationally connected to a first shaft connected and movable in the axial direction armature with a front eddy current pot. The Wirbelstromtopf and the electromagnet are arranged to each other such that a magnetic field generated by the magnetic coil can exert a magnetic force on the armature.

Ferner weist die Vorrichtung eine mit einer zweiten Welle verdrehsicher verbundene Scheibe auf, die mit mehreren an ihrem äußeren Umfang nebeneinander angeordneten und jeweils mit einem Pol nach außen zeigenden Permanentmagneten versehen ist, wobei die Scheibe derart geformt und angeordnet ist, dass sie in den Wirbelstromtopf zumindest teilweise aufnehmbar ist.Further, the device comprises a non-rotatably connected to a second shaft disc, which is provided with a plurality on its outer periphery side by side and each with a pole facing outward permanent magnet, wherein the disc is shaped and arranged so that it at least in the Wirbelstromtopf is partially receivable.

Durch die Vorrichtung kann eine stufenlos verstellbare Dämpfungswirkung für eine rotatorische Relativbewegung erfolgen, welche nicht nur energieeffizient ist, da die Dämpfung durch Permanentmagnete erzeugt wird, sondern auch berührungslos und somit abrieb-, geräusch- und verschleißfrei ist.By the device can be a continuously adjustable damping effect for a rotational relative motion, which is not only energy efficient, since the damping is generated by permanent magnets, but also non-contact and thus abrasion, noise and wear.

Durch die Verwendung von Permanentmagneten auf der Scheibe und dem Elektromagneten ist keine fehleranfällige elektrische Kontaktierung drehender Bauteile erforderlich. Durch den elektromagnetischen Direktantrieb sind weniger Bauteile nötig als bei bisherigen Lösungen. Außerdem ist eine hochdynamische Verstellung der Position des Magnetankers über das vom Elektromagneten erzeugte Magnetfeld möglich.The use of permanent magnets on the disc and the electromagnet no error-prone electrical contacting of rotating components is required. Due to the electromagnetic direct drive, fewer components are required than with previous solutions. In addition, a highly dynamic adjustment of the position of the magnet armature via the magnetic field generated by the electromagnet is possible.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der elektromagnetische Direktantrieb gute inhärente Diagnoseeigenschaften besitzt, z.B. kann eine Rekonstruktion der Ankerposition und Aktortemperatur aus den Spannungs- und Stromverläufen erfolgen.Another advantage is that the electromagnetic direct drive has good inherent diagnostic properties, e.g. a reconstruction of the anchor position and actuator temperature can be done from the voltage and current curves.

Außerdem ist die zur Verstellung der Dämpfungswirkung erforderliche Stellkraft unabhängig von der Dämpfungswirkung. Es kann also mit kleiner Stellkraft und somit energieeffizient eine große Dämpfung realisiert werden.In addition, the force required to adjust the damping effect is independent of the damping effect. It can therefore be realized with a small force and thus energy efficient a large attenuation.

In einer Ausführung weist die Vorrichtung eine Feder auf, die derart geformt und an dem Magnetanker angeordnet ist, dass die Position des Magnetankers in axialer Richtung damit einstellbar ist. Vorteilhafterweise ist die Feder derart in ihrer Federwirkung gewählt, dass sie in ihrer Ruheposition den Wirbelstromtopf in eine Position drückt, in der er die Scheibe mit den Permanentmagneten zumindest teilweise aufnimmt.In one embodiment, the device comprises a spring which is shaped and arranged on the armature, that the position of the armature in the axial direction is adjustable. Advantageously, the spring is selected in its spring action, that in its rest position it presses the Wirbelstromtopf in a position in which it at least partially receives the disc with the permanent magnet.

Um den Magnetanker wieder in seine Ausgangsposition zu bewegen, ist die Verwendung einer Feder als Rückstellmittel vorteilhaft. Je nach Ausführung kann durch die Wahl der Feder für die Ruheposition eine Lage gewählt werden, in der kein Bestromen des Elektromagneten nötig ist, wodurch wiederum Energie gespart werden kann.In order to move the armature back to its original position, the use of a spring as a return means is advantageous. Depending on the design can be selected by the choice of the spring for the rest position, a position in which no energizing the electromagnet is needed, which in turn can be saved energy.

In einer Ausführung sind die Permanentmagnete paarweise abwechselnd gegenpolig zueinander angeordnet. Durch diese Anordnung wird eine nahezu optimale Verteilung der Wirbelströme erzeugt.In one embodiment, the permanent magnets are arranged alternately in pairs opposite to each other. By this arrangement, a nearly optimal distribution of the eddy currents is generated.

In einer Ausführung ist der Magnetanker an der ersten Welle in axialer Richtung bewegbar angeordnet, oder der Magnetanker ist mit der ersten Welle verbunden und die erste Welle ist in axialer Richtung bewegbar. Je nach Ausführung kann die Beweglichkeit in axialer Richtung des Magnetankers bedarfsgerecht hergestellt werden, indem dieser beweglich z.B. über ein Lager an der ersten Welle angeordnet ist oder mit der Welle einstückig gebildet ist und zusammen mit der Welle in axialer Richtung bewegt werden kann.In one embodiment, the armature is movably disposed on the first shaft in the axial direction, or the armature is connected to the first shaft connected and the first shaft is movable in the axial direction. Depending on the design, the mobility in the axial direction of the armature can be made as required by this is movably arranged, for example via a bearing on the first shaft or formed integrally with the shaft and can be moved together with the shaft in the axial direction.

In einer Ausführung ist der Wirbelstromtopf aus elektrisch leitfähigem Material gebildet, und Bereiche, die der Magnetspule des Elektromagneten gegenüber liegen, sind aus einem magnetisierbaren Material gebildet.In one embodiment, the Wirbelstromtopf is formed of electrically conductive material, and areas that are opposite to the magnetic coil of the electromagnet, are formed of a magnetizable material.

Durch Verwendung eines magnetisierbaren Metalls nur an den Bereichen, die durch die Magnetwirkung der bestromten Spule beeinflusst werden, können sowohl Gewicht als auch Kosten eingespart werden. Magnetisierbare Metalle sind beispielsweise (verzinkter) Stahl, welcher schwerer und teurer ist als nicht magnetisierbares, aber elektrisch leitfähiges Aluminium.By using a magnetizable metal only at the areas that are affected by the magnetic effect of the energized coil, both weight and cost can be saved. Magnetizable metals are, for example, (galvanized) steel, which is heavier and more expensive than non-magnetizable but electrically conductive aluminum.

In einer Ausführung sind zusätzlich die Seitenwände des Wirbelstromtopfs aus einem magnetisierbaren Material gebildet. Vorteilhafterweise ist die Stärke der Permanentmagnete derart gewählt, dass sie zur Verschiebung des Magnetankers in axialer Richtung verwendbar sind. Durch die Wahl eines magnetisierbaren Materials für die Seitenwände und der zusätzlichen Wahl der (Magnet-)Stärke der Permanentmagneten kann eine Rückstellung des Magnetankers alleine durch die Permanentmagneten erfolgen, d.h. es wird kein zusätzliches Rückstellelement wie eine Feder benötigt.In one embodiment, in addition, the side walls of the Wirbelstromtopfs are formed of a magnetizable material. Advantageously, the thickness of the permanent magnets is chosen such that they can be used for displacement of the armature in the axial direction. By choosing a magnetizable material for the sidewalls and additionally choosing the (magnetic) strength of the permanent magnets, a recovery of the armature can be accomplished solely by the permanent magnets, i. no additional return element like a spring is needed.

In einer Ausführung sind Bereiche der Seitenwände des Wirbelstromtopfes in Ruheposition mit Ausnehmungen im Bereich gegenüber der Permanentmagneten versehen. Durch Ausnehmungen in entsprechender Form und Größe in den Seitenwänden wird die Wirkung der Wirbelströme verringert oder vernachlässigbar. Somit kann eine Ruhestellung des Magnetankers erfolgen, in der die Scheibe im Wirbelstromtopf aufgenommen ist, also davon überdeckt ist, aber keine Wirbelströme induziert sind.In one embodiment, areas of the side walls of the Wirbelstromtopfes are provided in the rest position with recesses in the region opposite to the permanent magnet. By recesses in appropriate shape and size in the side walls, the effect of the eddy currents is reduced or negligible. Thus, a rest position of the magnet armature can take place, in which the disc is accommodated in the eddy current pot, so it is covered, but no eddy currents are induced.

Ferner wird ein Verfahren zur stufenlosen Dämpfung rotatorischer Relativbewegungen einer vorgeschlagenen Vorrichtung bereitgestellt, wobei zum Verschieben des Wirbelstromtopfes in axialer Richtung die zumindest eine Magnetspule des Elektromagneten bestromt wird, wodurch der Wirbelstromtopf des Magnetankers aufgrund des dadurch entstehenden Magnetfeldes derart in axiale Richtung verschoben wird, dass ein voreingestellter Grad an Überdeckung der Permanentmagnete durch den Wirbelstromtopf entsteht.Furthermore, a method for stepless damping rotatory relative movements of a proposed device is provided, wherein for moving the Wirbelstromtopfes in the axial direction, the at least one magnetic coil of the electromagnet is energized, whereby the eddy current pot of the magnet armature is displaced in the axial direction due to the resulting magnetic field in such a way that Preset degree of overlap of the permanent magnets by the Wirbelstromtopf arises.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, the inventive details shows, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist ein Elektromagnet 10 mit einem Magnetjoch 11 mit zumindest einer darin angeordneten Magnetspule 12. 1 shows a representation of the device according to the invention according to an embodiment of the present invention. Shown is an electromagnet 10 with a magnetic yoke 11 with at least one magnet coil arranged therein 12 ,

Oberhalb des Elektromagneten 10, in 1 links davon, ist ein axial, also in Y-Richtung, verschiebbarer und mit einer ersten Welle 22 verdrehsicher verbundener Magnetanker 20 mit einem stirnseitigen Wirbelstromtopf 21 angeordnet. Stirnseitig heißt dabei, dass die Öffnung des Topfes zur Aufnahme der Scheibe 30 auf der vom Elektromagneten 10 abgewandten Seite liegt.Above the electromagnet 10 , in 1 to the left, an axial, ie in the Y direction, is displaceable and with a first wave 22 non-rotatably connected magnet armature 20 with a frontal Wirbelstromtopf 21 arranged. Front side means that the opening of the pot for receiving the disc 30 on the electromagnet 10 facing away.

In diesem Ausführungsbeispiel ist oberhalb des Magnetankers 20, also wiederum in 1 links davon, eine mit einer zweiten Welle 33 verdrehsicher verbundene Scheibe 30, die mit mehreren an ihrem äußeren nebeneinander angeordneten und jeweils mit einem Pol nach außen zeigenden Permanentmagneten 31 versehen ist.In this embodiment is above the armature 20 , so in turn 1 to the left, one with a second wave 33 non-rotatably connected disc 30 , which has a plurality of permanent magnets arranged side by side on its outer side and each with one pole pointing outwards 31 is provided.

Die Anzahl der Permanentmagneten 31 kann je nach Ausführung gewählt werden. Vorteilhafterweise sind die paarweise gegenpolig zueinander angeordnet, so dass jeweils ein N-Pol und ein S-Pol abwechselnd nach außen zeigen. Dadurch werden die induzierten Wirbelströme zwischen Permanentmagneten 31 und Seitenwänden des Wirbelstromtopfs 21 besser oder sogar optimal verteilt.The number of permanent magnets 31 can be chosen depending on the version. Advantageously, the pairs of opposite polarity are arranged to each other, so that each show an N-pole and an S-pole alternately outward. This causes the induced eddy currents between permanent magnets 31 and sidewalls of the eddy current pot 21 better or even optimally distributed.

Die Scheibe 30 ist derart geformt und angeordnet, dass sie in den Wirbelstromtopf 21 zumindest teilweise aufnehmbar ist, um die erfindungsgemäße dämpfende Wirkung zu erzielen, wenn dieser axial in ihre Richtung bewegt wird. Das heißt, dass der Durchmesser der Scheibe 30 vorteilhafterweise kleiner ist als der Durchmesser des Wirbelstromtopfs 21, wobei hier eine Differenz ausreicht, so dass sich Wirbelstromtopf 21 und Scheibe 30 nicht berühren. Vorteilhaft und üblich ist, dass Scheibe 30 und Wirbelstromtopf 21 kreisförmig sind, aber die Erfindung ist nicht auf diese Formgebung beschränkt.The disc 30 is shaped and arranged to enter the eddy current pot 21 is at least partially receivable to achieve the damping effect of the invention when it is moved axially in their direction. That is, the diameter of the disc 30 advantageously smaller than the diameter of the Wirbelstromtopfs 21 , where here a difference is sufficient, so that eddy current pot 21 and disc 30 do not touch. Advantageous and common is that disc 30 and eddy current pot 21 are circular, but the invention is not limited to this shape.

Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die in 1 gezeigte Ausführung beschränkt, in welcher der Wirbelstromtopf 21 zwischen Scheibe 30 und Elektromagnet 10 angeordnet ist. In dieser Ausführung ist die zweite Welle 33 auf der dem Wirbelstromtopf 21 abgewandten Seite angeordnet. Es ist auch denkbar, dass der Elektromagnet 10 in einer anderen Position angeordnet ist als in 1 gezeigt, solange die Funktion erfüllt wird, dass der Wirbelstromtopf 21 über die Scheibe 30 bzw. die Permanentmagneten 31 der Scheibe 30 durch das Magnetfeld des Elektromagneten 10 verstellt werden kann, um die Scheibe 30 in einem voreingestellten Grad zu überdecken, ohne andere Funktionen zu beeinträchtigen.Furthermore, the invention is not on the in 1 limited execution shown in which the eddy current pot 21 between disc 30 and electromagnet 10 is arranged. In this version is the second shaft 33 arranged on the eddy current pot 21 side facing away. It is also conceivable that the electromagnet 10 is arranged in a different position than in 1 shown as long as the function is fulfilled, that of the eddy current pot 21 over the glass 30 or the permanent magnets 31 the disc 30 through the magnetic field of the electromagnet 10 can be adjusted to the disc 30 to cover at a pre-set level without affecting other functions.

Je nach Grad der Überdeckung der Permanentmagneten 31 durch die Seitenwände des Wirbelstromtopfs 21 wird eine mehr oder weniger dämpfende bzw. abbremsende Wirkung erzielt. Je nach Axialposition (Y-Richtung in 1) des Magnetankers 20 sind der mit der ersten Welle 22 verdrehsicher verbundene Wirbelstromtopf 21 und die mit der zweiten Welle 33 verdrehsicher verbundene Scheibe 30 mit den auf ihrem Umfang und mit einem Pol davon nach außen orientiert angeordneten Permanentmagneten 31 unterschiedlich weit überdeckt. Eine nicht verschwindende relative Winkelgeschwindigkeit zwischen der Scheibe 30 mit den Permanentmagneten 31 und dem Wirbelstromtopf 21, also zwischen der ersten und der zweiten Welle 22 bzw. 33, führt nun dazu, dass in dem Wirbelstromtopf 21, genauer dessen Seitenwänden, Wirbelströme induziert werden. Diese führen zu einem der relativen Winkelgeschwindigkeit entgegengesetzten Drehmoment. Dieses Drehmoment ist umso größer, je größer die relative Winkelgeschwindigkeit ist und je größer die Überdeckung zwischen Wirbelstromtopf 21 und Scheibe 30 mit den Permanentmagneten 31 ist. Die Relativbewegung wird geschwindigkeitsabhängig gedämpft, wobei das dämpfende Drehmoment mit größer werdender relativer Drehgeschwindigkeit immer stärker ansteigt, je weiter der Wirbelstromtopf 21 und die Scheibe 30 mit den Permanentmagneten 31 überdeckt sind. Durch Verstellen der Überdeckung, also durch axiale Verschiebung (in Y-Richtung in 1) des Wirbelstromtopfs 21, kann folglich die Dämpfercharakteristik verstellt werden.Depending on the degree of overlap of the permanent magnets 31 through the sidewalls of the Wirbelstromtopfs 21 a more or less damping or decelerating effect is achieved. Depending on the axial position (Y direction in 1 ) of the magnet armature 20 are the ones with the first wave 22 non-rotatably connected eddy current pot 21 and those with the second wave 33 non-rotatably connected disc 30 with the arranged on its periphery and with a pole thereof outward permanent magnet 31 covered to different degrees. A non-vanishing relative angular velocity between the disc 30 with the permanent magnets 31 and the eddy current pot 21 that is between the first and the second wave 22 respectively. 33 , now causes that in the Wirbelstromtopf 21 , more precisely whose sidewalls, eddy currents are induced. These lead to a relative angular velocity opposite torque. This torque is greater, the greater the relative angular velocity and the greater the overlap between Wirbelstromtopf 21 and disc 30 with the permanent magnets 31 is. The relative movement is attenuated speed-dependent, wherein the damping torque increases more and more with increasing relative rotational speed, the farther the eddy current pot 21 and the disc 30 with the permanent magnets 31 are covered. By adjusting the overlap, ie by axial displacement (in the Y direction in 1 ) of the eddy current pot 21 , therefore, the damper characteristic can be adjusted.

Die axiale Verschiebung erfolgt dabei mit dem Elektromagneten 10. Durch Bestromung der Magnetspule 12 wird eine magnetische Kraft auf den axial verschiebbaren Magnetanker 20 mit dem Wirbelstromtopf 21 erzeugt.The axial displacement takes place with the electromagnet 10 , By energizing the solenoid 12 A magnetic force is applied to the axially displaceable magnet armature 20 with the eddy current pot 21 generated.

Wenn der Magnetanker 20 in Ruheposition in Überdeckung mit der Scheibe 30 bzw. den Permanentmagneten 31 ist und keine Ausnehmungen auf der den Permanentmagneten 31 gegenüberliegenden Bereichen der Seitenwände des Wirbelstromtopfs 21 aufweist, wird der Magnetanker 20 mit dem Wirbelstromtopf 21 dann gegen z.B. eine nicht dargestellte Rückstellfeder ausgelenkt, in 1 nach rechts. Das heißt, dass die vorher im Magnetanker 20 bzw. dem Wirbelstromtopf 21 aufgenommene Scheibe 30 weniger vom Magnetanker 20 überdeckt wird, so dass eine geringere Dämpfung resultiert. Wenn der Strom in der Magnetspule 12 reduziert wird, wird der Magnetanker 20 durch die Rückstellfeder nach links bewegt, so dass wieder eine größere Überdeckung der Scheibe 30 bzw. der Permanentmagneten 31 erfolgt, wodurch die dämpfende bzw. bremsende Wirkung wieder erhöht wird.If the magnet armature 20 in rest position in overlap with the disc 30 or the permanent magnet 31 is and no recesses on the permanent magnet 31 opposite areas of the sidewalls of the Wirbelstromtopfs 21 has, the magnet armature 20 with the eddy current pot 21 then deflected against, for example, a return spring, not shown, in 1 to the right. That means that the previously in the magnet armature 20 or the Wirbelstromtopf 21 recorded disc 30 less of the magnet armature 20 is covered, so that a lower damping results. When the current in the solenoid coil 12 is reduced, the magnet armature 20 moved by the return spring to the left, so again a larger coverage of the disc 30 or the permanent magnet 31 takes place, whereby the damping or braking effect is increased again.

Bei entsprechender Auslegung der Feder, wenn vorhanden, kann jede beliebige Zwischenposition zwischen maximalem und minimalem Luftspalt zwischen Elektromagnet 10 und Magnetanker 20 bzw. Wirbelstromtopf 21 stabil ohne Regler eingestellt werden. Entscheidend ist hierbei, dass die Federkraft der Feder bei Kompression schneller ansteigt als die Magnetkraft mit sinkendem Luftspalt zunimmt.With appropriate design of the spring, if any, any intermediate position between the maximum and minimum air gap between solenoid 10 and magnet armature 20 or eddy current pot 21 be set stable without controller. Decisive here is that the spring force of the spring increases faster during compression than the magnetic force increases with decreasing air gap.

Alternativ kann das elektrische Steuergerät des Aktors einen Positionsregler zur kontinuierlichen Verstellung der Axialposition aufweisen. Dies ermöglicht die Verwendung einer weniger steifen Rückstellfeder und somit wird weniger elektrische Energie zur Verstellung benötigt. Außerdem kann ein schwächerer und somit preisgünstigerer und kleinerer Elektromagnet verwendet werden.Alternatively, the electrical control unit of the actuator may have a position controller for continuously adjusting the axial position. This allows the use of a less stiff return spring and thus less electrical energy is needed for adjustment. In addition, a weaker and thus cheaper and smaller solenoid can be used.

Zur Positionsregelung kann der Aktor entweder einen dedizierten Positionssensor für die Axialposition des Magnetankers 20 besitzen oder es werden vom elektrischen Steuergerät die Verläufe von Spulenspannung und Spulenstrom erfasst und hieraus die Ankerposition rekonstruiert. Hierzu sind verschiedene Verfahren bekannt.For position control, the actuator can either have a dedicated position sensor for the axial position of the armature 20 own or it will be detected by the electrical control unit, the gradients of coil voltage and coil current and reconstructed the anchor position. For this purpose, various methods are known.

Alternativ können der Elektromagnet 10 und die Feder so ausgelegt werden, dass nur ein bistabiler Betrieb möglich ist. Die als Rückstellfeder wirkende Feder muss dann nur noch bei minimalem Luftspalt dazu in der Lage sein, die magnetische Remanenzkraft nach Abschalten des Spulenstroms zu überwinden. Es kann dann also eine besonders schwache Rückstellfeder verwendet werden. Somit ist dann eine besonders energieeffiziente Verstellung der Axialposition des Aktors möglich.Alternatively, the electromagnet 10 and the spring be designed so that only a bistable operation is possible. The spring acting as a return spring then only has to be able to overcome the magnetic remanence force after switching off the coil current with a minimum air gap. It can then be used so a particularly weak return spring. Thus, then a particularly energy-efficient adjustment of the axial position of the actuator is possible.

Außerdem kann in einer weiteren Ausführung auf die Feder verzichtet werden, wenn das Material des Magnetankers 20, vor allem des Wirbelstromtopfes 21, geeignet gewählt wird. Für die oben beschriebene Ausführung reicht es aus, an den Bereichen des Wirbelstromtopfs 21, welche der Magnetspule 12 gegenüber liegen, ein Material zu verwenden, das magnetisierbar ist. Der restliche Bereich kann lediglich aus einem elektrisch leitfähigen Material, z.B. Aluminium, hergestellt sein. Wenn nun keine Feder verwendet werden soll, kann auch der gesamte Wirbelstromtopf 21, vor allem auch die Seitenwände davon, aus einem magnetisierbaren Material gebildet sein. Zusätzlich wird die Stärke, also die (Magnet-)Kraft, der Permanentmagnete 31 derart gewählt, dass diese die (Rückstell-) Feder ersetzen. Das heißt, dass die Permanentmagnete 31 dann dazu dienen, den Magnetanker 20 in einer Ruheposition zu halten.In addition, in a further embodiment, the spring can be dispensed with, if the material of the magnet armature 20 , especially the Wirbelstromtopfes 21 , is suitably chosen. For the embodiment described above, it is sufficient for the areas of the Wirbelstromtopfs 21 , which of the magnetic coil 12 opposite to use a material that is magnetizable. The remaining area may be made only of an electrically conductive material, eg aluminum. If no spring is to be used, the entire eddy current pot can also be used 21 , especially the side walls thereof, be formed of a magnetizable material. In addition, the strength, ie the (magnetic) force, of the permanent magnets 31 chosen so that they replace the (return) spring. That means the permanent magnets 31 then serve the magnet armature 20 to keep in a resting position.

In einer weiteren Ausführung sind an dem Bereich der Seitenwände des Wirbelstromtopfs 21, dem in Ruhelage die Permanentmagnete 31 gegenüberliegen, Ausnehmungen bzw. Öffnungen vorgesehen. Diese Ausnehmungen bzw. Öffnungen sollten möglichst groß sein, so dass möglichst vernachlässigbare Wirbelströme auftreten. Dabei können durchaus mehrere Unterbrechungen z.B. in Form von Haltestegen in den Ausnehmungen bzw. Öffnungen vorhanden sein, um eine stabile Anordnung beizubehalten. Durch die Ausnehmungen kann eine Ruheposition durch z.B. die beschriebene Rückstellfeder realisiert werden, bei der keine Dämpfung erfolgt, aber der Wirbelstromtopf 21 dennoch über der Scheibe 30 angeordnet ist, so dass keine (elektrische) Energie aufgewendet werden muss, um den Wirbelstromtopf 21 bzw. den Magnetanker 20 in der Ruheposition zu halten. Zur Dämpfung wird der Magnetanker 20 dann durch das angelegte Magnetfeld so verstellt, dass die nicht mit Ausnehmungen bzw. Öffnungen versehenen Seitenwände des Wirbelstromtopfs 21 wieder die Permanentmagneten 31 in einem gewünschten Grad überdecken.In another embodiment, at the region of the sidewalls of the Wirbelstromtopfs 21 , in the rest position the permanent magnets 31 opposite, recesses or openings provided. These recesses or openings should be as large as possible, so that the most negligible eddy currents occur. It may well be present in the recesses or openings several interruptions, for example in the form of retaining webs to maintain a stable arrangement. Through the recesses, a rest position can be realized by, for example, the described return spring, in which no damping takes place, but the Wirbelstromtopf 21 nevertheless over the disk 30 is arranged so that no (electrical) energy has to be expended to the eddy current pot 21 or the magnet armature 20 to keep in the resting position. For damping, the magnet armature 20 then adjusted by the applied magnetic field so that the side walls of the Wirbelstromtopfs not provided with recesses or openings 21 again the permanent magnets 31 cover to a desired degree.

Die Vorrichtung kann sowohl bei Bremsen als auch bei Kupplung eingesetzt werden. Bei der Verwendung in Bremsen sollte entweder die Scheibe 30 mit den Permanentmagneten 31 oder der Magnetanker 20 verdrehsicher mit dem Gehäuse anstelle einer Welle 22 oder 33 verbunden sein.The device can be used both in brakes and in clutch. When used in brakes should either the disc 30 with the permanent magnets 31 or the armature 20 against rotation with the housing instead of a shaft 22 or 33 be connected.

Auch kann eine Kombination mit Zwei-Massen-Schwinger erfolgen, z.B. einem verstellbaren Schwingungstilger, beispielsweise für Getriebe.Also, a combination may be made with two-mass oscillators, e.g. an adjustable vibration absorber, for example, for transmission.

Auch kann die Vorrichtung in einer entsprechenden Ausführung als Notfall-Dämpfung verwendet werden. Im Normalbetrieb ist der Elektromagneten 10 bestromt und der Magnetanker 20 zu minimalem Luftspalt hin angezogen, der Wirbelstromtopf 21 und die Scheibe 30 mit den Permanentmagneten 31 sind dann also minimal oder nicht überdeckt und somit ist nur eine sehr geringe oder keine Momentenübertragung über den Dämpfer möglich. Bei einem Abfall der Versorgungsspannung des Elektromagneten 10 wird die Magnetkraft so gering, dass der Magnetanker 20 von der Rückstellfeder zurückgestellt wird, so dass die Überdeckung zwischen Wirbelstromtopf 21 und Scheibe 30 mit Permanentmagneten 31 also maximal wird, und somit auch das übertragbare Moment maximal wird. Somit kann bei Stromabfall beispielsweise eine ruckfreie Bremswirkung erreicht werden.Also, the device can be used in a corresponding embodiment as emergency damping. In normal operation is the electromagnet 10 energized and the magnet armature 20 attracted to minimal air gap, the Wirbelstromtopf 21 and the disc 30 with the permanent magnets 31 are then so minimal or not covered, and thus only a very little or no torque transfer on the damper is possible. At a drop in the supply voltage of the electromagnet 10 the magnetic force is so low that the armature 20 is reset by the return spring, so that the overlap between eddy current pot 21 and disc 30 with permanent magnets 31 Thus, the maximum becomes, and thus the transmittable moment becomes maximum. Thus, for example, a smooth braking effect can be achieved in the event of power loss.

Der Magnetanker 20 kann auf der ersten Welle 22 verschiebbar angeordnet sein, z.B. über eine mechanische Vorrichtung wie ein Lager. Er kann aber auch mit der ersten Welle 22 einstückig gebildet sein, so dass er zusammen mit der ersten Welle 22 in axialer Richtung verschiebbar ist.The magnet armature 20 can on the first wave 22 be arranged slidably, for example via a mechanical device such as a warehouse. He can also do it with the first wave 22 be formed integrally, so that he together with the first wave 22 is displaceable in the axial direction.

Das durch die Magnetkraft zu verschiebende Material sollte magnetisierbar sein, d.h. nicht per se magnetisch, sondern erst aufgrund der Einwirkung eines Magnetfeldes magnetisch werden, d.h. auch ihre Ausrichtung erst dadurch definiert wird.The material to be displaced by the magnetic force should be magnetizable, i. not magnetic per se, but only magnetic due to the action of a magnetic field, i. also their orientation is defined by it.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Elektromagnetelectromagnet
1111
Magnetjochyoke
1212
Magnetspulesolenoid
2020
Magnetankerarmature
2121
WirbelstromtopfEddy current pot
2222
erste Wellefirst wave
3030
Scheibedisc
3131
Permanentmagnetepermanent magnets
3333
zweite Wellesecond wave
X-Y-ZX-Y-Z
Koordinatensystemcoordinate system

Claims (10)

Vorrichtung zur stufenlosen Dämpfung rotatorischer Relativbewegungen, mit zumindest - einem Elektromagneten (10), umfassend ein Magnetjoch (11) mit zumindest einer Magnetspule (12), - einem mit einer ersten Welle (22) verdrehsicher verbundenen und in axialer Richtung verschiebbaren Magnetanker (20) mit einem stirnseitig angeordneten Wirbelstromtopf (21), wobei der Wirbelstromtopf (21) und der Elektromagnet (10) derart zueinander angeordnet sind, dass ein durch die Magnetspule (12) erzeugtes magnetisches Feld eine Magnetkraft auf den Magnetanker (20) ausüben kann, und - einer mit einer zweiten Welle (33) verdrehsicher verbundenen Scheibe (30), die mit mehreren an ihrem äußeren nebeneinander angeordneten und jeweils mit einem Pol nach außen zeigenden Permanentmagneten (31) versehen ist, wobei die Scheibe (30) derart geformt und angeordnet ist, dass sie in den Wirbelstromtopf (21) zumindest teilweise aufnehmbar ist.Device for stepless damping rotational relative movements, with at least - An electromagnet (10) comprising a magnetic yoke (11) with at least one magnetic coil (12), - One with a first shaft (22) secured against rotation and displaceable in the axial direction armature (20) with a frontally arranged Wirbelstromtopf (21), wherein the Wirbelstromtopf (21) and the electromagnet (10) are arranged to each other such that a through the Magnetic coil (12) generated magnetic field can exert a magnetic force on the armature (20), and - One with a second shaft (33) against rotation connected disc (30) which is provided with a plurality of its outer side by side and each with a pole facing outward permanent magnet (31), wherein the disc (30) is shaped and arranged in that it is at least partially receivable in the eddy current pot (21). Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Feder, die derart geformt und an dem Magnetanker (20) angeordnet ist, die Position des Magnetankers (20) in axialer Richtung damit einstellbar ist.Device after Claim 1 , with a spring shaped and fixed to the magnet armature (20) is arranged, the position of the armature (20) in the axial direction is adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Feder derart in ihrer Federwirkung gewählt ist, dass sie in ihrer Ruheposition den Wirbelstromtopf (21) in eine Position drückt, in der er die Scheibe (30) mit den Permanentmagneten (31) zumindest teilweise aufnimmt.Device after Claim 2 wherein the spring is selected in its spring action so that in its rest position, it presses the Wirbelstromtopf (21) in a position in which it at least partially receives the disc (30) with the permanent magnet (31). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Permanentmagnete (31) paarweise abwechselnd gegenpolig zueinander angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnets (31) are arranged in pairs alternately opposite to each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetanker (20) an der ersten Welle (22) in axialer Richtung bewegbar angeordnet ist, oder der Magnetanker (20) mit der ersten Welle (22) verbunden ist und die erste Welle (22) in axialer Richtung bewegbar ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the magnet armature (20) on the first shaft (22) is arranged to be movable in the axial direction, or the magnet armature (20) is connected to the first shaft (22) and the first shaft (22) in axial direction is movable. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wirbelstromtopf (21) aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist, und Bereiche, die der Magnetspule (12) des Elektromagneten (10) gegenüber liegen, aus einem magnetisierbaren Material gebildet sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the Wirbelstromtopf (21) is formed of electrically conductive material, and areas which are opposite to the magnetic coil (12) of the electromagnet (10) are formed of a magnetizable material. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei Seitenwände des Wirbelstromtopfs (21) aus einem magnetisierbaren Material gebildet sind.Device after Claim 6 wherein sidewalls of the eddy current pot (21) are formed of a magnetizable material. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Stärke der Permanentmagnete (31) derart gewählt ist, dass sie zur Verschiebung des Magnetankers (20) in axialer Richtung verwendbar sind.Device after Claim 7 , wherein the thickness of the permanent magnets (31) is selected such that they are used for the displacement of the armature (20) in the axial direction. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Seitenwände des Wirbelstromtopfes (21) mit Ausnehmungen versehen sind, die sich in einer Ruheposition im Bereich gegenüber der Permanentmagnete (31) befinden.Device according to one of the preceding claims, wherein side walls of the Wirbelstromtopfes (21) are provided with recesses which are in a rest position in the region opposite to the permanent magnets (31). Verfahren zur stufenlosen Dämpfung rotatorischer Relativbewegungen einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Verschieben des Wirbelstromtopfes (21) in axialer Richtung die zumindest eine Magnetspule (12) des Elektromagneten (10) bestromt wird, wodurch der Wirbelstromtopf (21) des Magnetankers (20) aufgrund des dadurch entstehenden Magnetfeldes derart in axiale Richtung verschoben wird, dass ein voreingestellter Grad an Überdeckung der Permanentmagnete (31) durch den Wirbelstromtopf (21) entsteht.Method for stepless damping of rotational relative movements of a device according to one of the preceding claims, wherein for moving the Wirbelstromtopfes (21) in the axial direction, the at least one magnetic coil (12) of the electromagnet (10) is energized, whereby the Wirbelstromtopf (21) of the magnet armature (20 ) is displaced in the axial direction due to the resulting magnetic field such that a preset degree of overlap of the permanent magnets (31) by the Wirbelstromtopf (21) is formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111211663A (en) * 2020-01-13 2020-05-29 合肥工业大学 Hybrid coupling and assembling method thereof

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