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.
Oberhalb des Elektromagneten
In diesem Ausführungsbeispiel ist oberhalb des Magnetankers
Die Anzahl der Permanentmagneten
Die Scheibe
Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die in
Je nach Grad der Überdeckung der Permanentmagneten
Die axiale Verschiebung erfolgt dabei mit dem Elektromagneten
Wenn der Magnetanker
Bei entsprechender Auslegung der Feder, wenn vorhanden, kann jede beliebige Zwischenposition zwischen maximalem und minimalem Luftspalt zwischen Elektromagnet
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
Alternativ können der Elektromagnet
Außerdem kann in einer weiteren Ausführung auf die Feder verzichtet werden, wenn das Material des Magnetankers
In einer weiteren Ausführung sind an dem Bereich der Seitenwände des Wirbelstromtopfs
Die Vorrichtung kann sowohl bei Bremsen als auch bei Kupplung eingesetzt werden. Bei der Verwendung in Bremsen sollte entweder die Scheibe
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
Der Magnetanker
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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017202082.2A DE102017202082A1 (en) | 2017-02-09 | 2017-02-09 | Device for stepless damping of rotational relative movements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102017202082.2A DE102017202082A1 (en) | 2017-02-09 | 2017-02-09 | Device for stepless damping of rotational relative movements |
Publications (1)
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DE102017202082A1 true DE102017202082A1 (en) | 2018-08-09 |
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DE102017202082.2A Withdrawn DE102017202082A1 (en) | 2017-02-09 | 2017-02-09 | Device for stepless damping of rotational relative movements |
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DE (1) | DE102017202082A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111211663A (en) * | 2020-01-13 | 2020-05-29 | 合肥工业大学 | Hybrid coupling and assembling method thereof |
-
2017
- 2017-02-09 DE DE102017202082.2A patent/DE102017202082A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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