DE102017204844A1 - Magnetic vibration damping with optimized flow control - Google Patents
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Abstract
Lager (1) zur elektromagnetischen Dämpfung einer Schwingungskomponente entlang einer Lagerachse (la), umfassend mindestens einen Mover (2), einen an den Mover (2) gekoppelten Permanentmagneten (3a-3d), mindestens eine vom magnetischen Fluss Φ des Permanentmagneten (3a-3d) durchsetzbare Statorspule (4a-4d) sowie elektronische Mittel (5) zur Aufnahme und/oder Dissipation der in der Statorspule (4a-4d) durch eine Bewegung des Movers (2) generierten elektrischen Energie, wobei der Permanentmagnet (3a-3d) zwischen einem Innenstator (6) und einem Außenstator (7) angeordnet ist und eine Magnetisierungskomponente senkrecht zu der Lagerachse (la) aufweist, so dass der magnetische Fluss Φ des Permanentmagneten (3a-3d) in den Innenstator (6), in den Außenstator (7) und durch die Statorspule (4a-4d) geführt ist.Bearing (1) for the electromagnetic damping of a vibration component along a bearing axis (1a) comprising at least one mover (2), a permanent magnet (3a-3d) coupled to the mover (2), at least one of the magnetic flux Φ of the permanent magnet (3a). 3d) enforceable stator coil (4a-4d) and electronic means (5) for receiving and / or dissipation of in the stator coil (4a-4d) by a movement of the mover (2) generated electrical energy, wherein the permanent magnet (3a-3d) between an inner stator (6) and an outer stator (7) and has a magnetization component perpendicular to the bearing axis (la), so that the magnetic flux Φ of the permanent magnet (3a-3d) in the inner stator (6), in the outer stator ( 7) and through the stator coil (4a-4d) is guided.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lager, mit dem eine Schwingung eines Movers auf magnetischem Wege gedämpft und die der Schwingung entzogene Energie in nutzbare elektrische Energie umgewandelt werden kann.The present invention relates to a bearing with which a vibration of a mover can be magnetically damped and the energy extracted from the vibration can be converted into usable electrical energy.
Stand der TechnikState of the art
In Fahrzeugen mit verbrennungsmotorischem Antrieb erzeugt der Verbrennungsmotor durch den dynamischen Verlauf des Zylinderdrucks sowie durch die oszillierenden Trägheitskräfte und Momentverläufe an der Kurbelwelle ständig unerwünschte Schwingungen. Zur Verbesserung des Fahrkomforts und zur Verminderung von Geräuschemissionen ist daher das Motorlager, das den Verbrennungsmotor mit dem Fahrzeug verbindet, so ausgelegt, dass die Schwingungen mit aktiven und/oder passiven Dämpfern gedämpft und so weitestgehend vom Rest des Fahrzeugs ferngehalten werden. Die Energie der Schwingungen wird dabei zumindest teilweise in Wärme dissipiert.In vehicles with an internal combustion engine drive, the internal combustion engine constantly generates undesirable vibrations due to the dynamic course of the cylinder pressure and due to the oscillating inertial forces and torque curves on the crankshaft. To improve ride comfort and reduce noise emissions, therefore, the engine mount that connects the engine to the vehicle is designed to dampen the vibrations with active and / or passive dampers and as far as possible from the rest of the vehicle. The energy of the vibrations is at least partially dissipated in heat.
Zugleich hat der Strombedarf im Bordnetz moderner Fahrzeuge bedingt durch immer mehr Verbraucher eine Größenordnung erreicht, die für den Kraftstoffverbrauch signifikant ist und zu immer größerer Dimensionierung der Lichtmaschine zwingt. Es besteht daher ein Bedürfnis, dem Bordnetz auf anderem Wege zusätzliche Energie zur Verfügung zu stellen.At the same time, the electricity requirement in the on-board network of modern vehicles due to more and more consumers has reached an order of magnitude which is significant for fuel consumption and forces ever greater dimensioning of the generator. There is therefore a need to provide the electrical system in other ways additional energy available.
Aus der
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Lager zur elektromagnetischen Dämpfung einer Schwingungskomponente entlang einer Lagerachse entwickelt. Dieses Lager umfasst mindestens einen Mover, einen an den Mover gekoppelten Permanentmagneten, mindestens eine vom magnetischen Fluss des Permanentmagneten durchsetzbare Statorspule sowie elektronische Mittel zur Aufnahme und/oder Dissipation der in der Statorspule durch eine Bewegung des Movers generierten elektrischen Energie. Wird die elektrische Energie dissipiert, beispielsweise an einem Lastwiderstand, kann das Lager eine mechanische Dämpfung zumindest teilweise ersetzen. Wird die elektrische Energie aufgenommen, so kann sie beispielsweise in das Bordnetz eines Fahrzeugs eingespeist werden.In the context of the invention, a bearing has been developed for the electromagnetic damping of a vibration component along a bearing axis. This bearing comprises at least one mover, a permanent magnet coupled to the mover, at least one stator coil permeable by the magnetic flux of the permanent magnet and electronic means for receiving and / or dissipating the electrical energy generated in the stator coil by a movement of the mover. If the electrical energy is dissipated, for example on a load resistor, the bearing can at least partially replace mechanical damping. If the electrical energy absorbed, so it can be fed, for example, in the electrical system of a vehicle.
Erfindungsgemäß ist der Permanentmagnet zwischen einem Innenstator und einem Außenstator angeordnet. Weiterhin weist der Permanentmagnet eine Magnetisierungskomponente senkrecht zu der Lagerachse auf, entlang derer die Bewegung zu dämpfen ist. Insbesondere kann die Magnetisierung des Permanentmagneten senkrecht auf dieser Lagerachse stehen. Der magnetische Fluss Φ des Permanentmagneten ist somit in den Innenstator, in den Außenstator und zugleich auch durch die Statorspule geführt.According to the invention, the permanent magnet is arranged between an inner stator and an outer stator. Furthermore, the permanent magnet has a magnetization component perpendicular to the bearing axis along which the movement is to be damped. In particular, the magnetization of the permanent magnet can be perpendicular to this bearing axis. The magnetic flux Φ of the permanent magnet is thus guided in the inner stator, in the outer stator and at the same time by the stator coil.
Der magnetische Fluss Φ des Permanentmagneten kann beispielsweise durch die Statorspule in den Innenstator oder in den Außenstator geführt sein. Wichtig für die relative Anordnung der Statorspule zum Mover und zum daran gekoppelten Permanentmagneten ist lediglich, dass sich bei einer Bewegung des Movers entlang der Lagerachse der Anteil des magnetischen Flusses Φ, der die Statorspule durchsetzt, ändert. Diese zeitliche Änderung generiert in der Statorspule die elektrische Energie. Vorteilhaft steht also eine Achse, um die die Statorspule gewickelt ist, senkrecht auf der Lagerachse.The magnetic flux Φ of the permanent magnet can be guided, for example, through the stator coil into the inner stator or into the outer stator. It is only important for the relative arrangement of the stator coil to the mover and the permanent magnet coupled thereto that changes the proportion of the magnetic flux Φ, which passes through the stator coil with a movement of the mover along the bearing axis. This temporal change generates the electrical energy in the stator coil. Advantageously, therefore, an axis about which the stator coil is wound, perpendicular to the bearing axis.
Der Wirkungsgrad der Generation in der Statorspule ist um so besser, je effizienter der magnetische Fluss Φ des Permanentmagneten auf einem geschlossenen Weg durch den Innenstator, durch den Außenstator und durch die Statorspule geführt wird. Damit sich der Mover mit dem Permanentmagneten entlang der Lagerachse bewegen kann, muss er mit einem ersten Luftspalt zum Innenstator, bzw. zu einer zwischen dem Mover und dem Innenstator angeordneten Statorspule, und mit einem zweiten Luftspalt zum Außenstator, bzw. zu einer zwischen dem Mover und dem Außenstator angeordneten Statorspule, beabstandet sein. Diese Luftspalte stellen Hindernisse für den magnetischen Fluss Φ dar, sind also dem Wirkungsgrad zunächst abträglich. Somit erscheint es auf den ersten Blick widersinnig, den Stator in einen Innenstator und einen Außenstator aufzuteilen. In Kombination mit einem Permanentmagneten, dessen Magnetisierungsrichtung senkrecht auf der Lagerachse steht, ergibt sich die weitere Schwierigkeit, die vom Permanentmagneten in den Innenstator einerseits und in den Außenstator andererseits eingekoppelten Feldlinien an anderer Stelle zusammenzuführen und den Magnetkreis somit zu schließen.The efficiency of generation in the stator coil is the better, the more efficiently the magnetic flux Φ of the permanent magnet is guided in a closed path through the inner stator, through the outer stator and through the stator coil. In order for the mover to move with the permanent magnet along the bearing axis, it must have a first air gap to the inner stator, or to a stator coil located between the mover and the inner stator, and a second air gap to the outer stator, or one between the mover and the stator arranged outside stator, be spaced apart. These air gaps are obstacles to the magnetic flux Φ, so are initially detrimental to the efficiency. Thus, at first glance, it seems absurd to divide the stator into an inner stator and an outer stator. In combination with a permanent magnet, the magnetization direction is perpendicular to the bearing axis, there is the further difficulty of merging the permanent magnets in the inner stator on the one hand and in the outer stator on the other coupled field lines elsewhere and thus close the magnetic circuit.
Es wurde jedoch erkannt, dass diese scheinbaren Nachteile durch eine Reihe von Vorteilen überkompensiert werden.However, it has been recognized that these apparent disadvantages are overcompensated by a number of advantages.
An erster Stelle ist hier zu nennen, dass das Lager durch die zur Lagerachse senkrechte Magnetisierung des Permanentmagneten in die Lage versetzt wird, höherfrequente Schwingungen mit relativ kleinen Amplituden in nutzbare elektrische Energie umzuwandeln: Indem der magnetische Fluss Φ von einem Pol des Permanentmagneten in den Innenstator und vom anderen Pol des Permanentmagneten in den Außenstator eingekoppelt wird, obliegt es nicht primär dem Mover, diesen magnetischen Fluss Φ weiter zu führen. Stattdessen wird diese Aufgabe dem Innenstator und dem Außenstator übertragen. Dies wiederum hat zur Folge, dass insbesondere der zum Mover gehörende Moverträger, der den Permanentmagneten trägt, in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ganz oder teilweise aus einem nicht ferromagnetischen Material, und hier insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Metallpulverspritzguss (MIM), Glas oder Kunststoff, bestehen kann. Diese Materialien haben eine deutlich geringere Dichte als Metalle. Einige dieser Materialien, wie z.B. MIM, können sogar eine magnetische Permeabilität aufweisen, die zur Führung des magnetischen Flusses Φ geeignet ist. In der Folge kann der Mover leichter gebaut werden, was direkt den nutzbaren Frequenzbereich zu höheren Frequenzen erweitert, ohne dass im Mover signifikante Eisenverluste auftreten. In the first place, it should be mentioned here that the bearing is enabled by the perpendicular to the bearing axis magnetization of the permanent magnet in a position to convert higher-frequency vibrations with relatively small amplitudes into usable electrical energy: By the magnetic flux Φ from one pole of the permanent magnet in the inner stator and is coupled from the other pole of the permanent magnet in the outer stator, it is not primarily the mover, this magnetic flux Φ continue to lead. Instead, this task is transferred to the inner stator and the outer stator. This in turn means that in particular the movers belonging to the mover carrier, which carries the permanent magnet, in a particularly advantageous embodiment of the invention wholly or partly of a non-ferromagnetic material, and in particular of an electrically insulating material, such as metal powder injection molding (MIM) , Glass or plastic, can exist. These materials have a significantly lower density than metals. Some of these materials, such as MIM, may even have a magnetic permeability suitable for guiding the magnetic flux Φ. As a result, the mover can be built more easily, which directly extends the usable frequency range to higher frequencies without causing significant iron losses in the mover.
Weiterhin ermöglicht es die zur Lagerachse senkrechte Magnetisierung des Permanentmagneten, die Wirbelstromverluste in dem aus Permanentmagnet, Statorspule, Innenstator und Außenstator gebildeten Magnetkreis drastisch zu verringern: Der Innenstator, und/oder der Außenstator, können nun in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in elektrisch voneinander isolierte Bleche segmentiert sein, deren Ebenen im Wesentlichen parallel zur Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten verlaufen. Die Segmentierung (Blechung) kann also die Ausbildung von Wirbelströmen verhindern, ohne dass der Innenstator, und/oder der Außenstator, undurchlässiger für den magnetischen Fluss Φ wird, denn die weitaus meisten Flusslinien dieses magnetischen Flusses Φ verlaufen jeweils innerhalb eines der Segmente, müssen also keine Grenze zwischen zwei voneinander isolierten Segmenten überwinden.Furthermore, the magnetization of the permanent magnet perpendicular to the bearing axis makes it possible to drastically reduce the eddy current losses in the magnetic circuit formed by the permanent magnet, stator coil, inner stator and outer stator. The inner stator and / or the outer stator can now be electrically connected in a further particularly advantageous embodiment of the invention be segmented from each other insulated sheets whose planes are substantially parallel to the magnetization direction of the permanent magnet. The segmentation (lamination) can thus prevent the formation of eddy currents without the inner stator, and / or the outer stator, impermeable to the magnetic flux Φ, because the vast majority of flux lines of this magnetic flux Φ each within one of the segments, so they must overcome no boundary between two isolated segments.
Schließlich hat sich auch gezeigt, dass sich das Lager gemäß der Erfindung aus einfacheren Komponenten bauen lässt. Diese Komponenten sind zum einen für sich genommen preisgünstig und lassen sich zum anderen in der automatisierten Fertigung einfach handhaben. In der Kombination sinken die Herstellungskosten für das Lager deutlich. So muss beispielsweise der Permanentmagnet nur irgendwie an den Mover gekoppelt, aber ansonsten nicht auf den Mover abgestimmt sein. Es kann daher ein Standard-Magnet verwendet werden. Auch die Statorspule ist als Standardteil verfügbar. Sie kann beispielsweise in einfacher Weise an den Außenstator gekoppelt werden, indem sie in eine hierfür vorgesehene Aussparung am Außenstator eingesetzt wird. Diese Aussparung lässt sich in der segmentierten (geblechten) Bauweise einfach realisieren, indem im Bereich der Aussparung Bleche in den Außenstator paketiert werden, an deren Rand der Querschnitt der Aussparung ausgestanzt ist.Finally, it has also been found that the bearing according to the invention can be made of simpler components. On the one hand, these components are reasonably priced and, on the other hand, they are easy to handle in automated production. In combination, the cost of manufacturing the bearing drops significantly. For example, the permanent magnet just has to be somehow coupled to the mover, but otherwise not tuned to the mover. It can therefore be used a standard magnet. The stator coil is also available as standard part. It can be coupled, for example, in a simple manner to the outer stator by being inserted into a recess provided for this purpose on the outer stator. This cutout can be easily realized in the segmented (laminated) construction by laminating sheets in the outer stator in the region of the recess, at the edge of which the cross section of the recess is punched out.
Die einzige verbliebene Komponente mit erhöhter geometrischer Komplexität ist der Mover. Der Moverträger kann beispielsweise auch aus Glas, MIM oder Kunststoff bestehen und somit einfach und preiswert etwa durch Gießen oder Spritzgießen hergestellt werden. Der Permanentmagnet kann beispielsweise ganz oder teilweise vom Material des Movers umgossen und auf diese Weise an den Mover gekoppelt sein.The only remaining component with increased geometric complexity is the mover. The Moverträger can for example also made of glass, MIM or plastic and thus be easily and inexpensively produced, for example, by casting or injection molding. The permanent magnet can, for example, completely or partially encapsulated by the material of the mover and be coupled in this way to the mover.
Selbstverständlich ist das Lager nicht auf einen Permanentmagneten und eine Statorspule beschränkt. Es können auch weitere Permanentmagnete vorgesehen sein und mit zugehörigen weiteren Statorspulen zusammenwirken. Dabei können insbesondere entlang der Lagerachse, entlang der das Lager die Bewegung dämpft, die Statorspulen um andere Beträge zueinander versetzt sein als die zugehörigen Permanentmagnete. Auf diese Weise wird das Lager mehrphasig in dem Sinne, dass eine Phasenverschiebung zwischen den in den Statorspulen generierten Spannungen bzw. Strömen eingebracht wird. Mit dieser Phasenverschiebung kann beispielsweise erreicht werden, dass eine insgesamt erzeugte Spannung für einen größeren Anteil der gesamten Betriebszeit oberhalb eines Mindestniveaus liegt, welches für eine weitere Verwendung der generierten Energie beispielsweise in einem Fahrzeugbordnetz benötigt wird.Of course, the bearing is not limited to a permanent magnet and a stator coil. It is also possible to provide further permanent magnets and to cooperate with associated further stator coils. In this case, in particular along the bearing axis along which the bearing dampens the movement, the stator coils can be offset from one another by other amounts than the associated permanent magnets. In this way, the bearing is polyphase in the sense that a phase shift between the voltages generated in the stator coils or currents is introduced. With this phase shift can be achieved, for example, that a total generated voltage for a larger proportion of the total operating time is above a minimum level, which is needed for further use of the energy generated, for example, in a vehicle electrical system.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein zwischen dem Innenstator und dem Außenstator angeordnetes ferromagnetisches Führungselement an den Mover gekoppelt. Dieses Führungselement verkleinert lokal den Spalt zwischen dem Innenstator und dem Außenstator und stellt somit einen Pfad bereit, auf dem der magnetische Fluss Φ bevorzugt vom Innenstator zum Außenstator, bzw. vom Außenstator zum Innenstator, übertreten kann. Durch die besondere Ausgestaltung des Magnetkreises mit Innenstator und Außenstator kann erreicht werden, dass die gesamte Masse des Movers deutlich reduziert werden kann. Insbesondere ist die Masse des Führungselements, das mit dem Mover mitbewegt werden muss, wesentlich kleiner. Dabei wird trotzdem der Magnetkreis ausreichend effektiv geschlossen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, at least one arranged between the inner stator and the outer stator ferromagnetic guide element is coupled to the mover. This guide element locally reduces the gap between the inner stator and the outer stator and thus provides a path on which the magnetic flux Φ can preferably pass from the inner stator to the outer stator, or from the outer stator to the inner stator. Due to the special design of the magnetic circuit with inner stator and outer stator can be achieved that the entire mass of the mover can be significantly reduced. In particular, the mass of the guide element, which must be moved with the mover, much smaller. Nevertheless, the magnetic circuit is closed sufficiently effectively.
Besonders vorteilhaft erstreckt sich das Führungselement entlang der Lagerachse mindestens entlang eines Teilbereichs des Bereichs, entlang dessen sich der Permanentmagnet erstreckt. Der magnetische Fluss Φ des Permanentmagneten kann dann zumindest teilweise von dem Ort, an dem er in den Innenstator bzw. in den Außenstator eintritt, in der Ebene der Segmente (Bleche), in die diese Statoren jeweils unterteilt sind, an den Ort geführt werden, an dem der Spalt zwischen dem Innenstator und dem Außenstator durch das Führungselement überbrückt ist. Mindestens ein Teil der magnetischen Feldlinien muss also keine Grenzen zwischen diesen elektrisch voneinander isolierten Blechen queren, um ausgehend von einem Pol des Permanentmagneten durch Statorspule, Außenstator, Führungselement und Innenstator auf einem geschlossenen Weg zum anderen Pol des Permanentmagneten geführt zu werden.Particularly advantageously, the guide element extends at least along the bearing axis along a portion of the region along which the permanent magnet extends. The magnetic flux Φ of the permanent magnet can then be guided at least partially from the place where it enters the inner stator or in the outer stator, in the plane of the segments (sheets), in which these stators are each divided, to the place, where the gap between the inner stator and the outer stator is bridged by the guide element. At least a portion of the magnetic field lines must thus cross no boundaries between these electrically insulated from each other sheets to be performed starting from one pole of the permanent magnet through the stator coil, outer stator, guide element and inner stator on a closed path to the other pole of the permanent magnet.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Innenstator und der Außenstator ineinander gestellte gerade Zylinder. Dann bietet zum einen der Spalt zwischen diesen beiden Zylindern eine mechanische Führung für den Mover. Zum anderen kann der magnetische Fluss entlang eines Umfangs des Zylinders umlaufen. Beispielsweise kann der magnetische Fluss Φ an einer ersten azimutalen Position vom ersten Pol des Permanentmagneten durch die Statorspule in den Außenstator übertreten, entlang des Umfangs des Außenstators in der Ebene zu einer zweiten azimutalen Position laufen, an dieser zweiten azimutalen Position vermittelt durch das Führungselement in den Innenstator übertreten und im Innenstator in der Ebene zurück zur ersten azimutalen Position laufen. Dort kann der magnetische Fluss Φ in den zweiten Pol des Permanentmagneten zurückkehren, wodurch der Magnetkreis geschlossen wird.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the inner stator and the outer stator are in each other Asked straight cylinder. Then, on the one hand, the gap between these two cylinders provides a mechanical guide for the movers. On the other hand, the magnetic flux can circulate along a circumference of the cylinder. For example, at a first azimuthal position, the magnetic flux Φ may pass from the first pole of the permanent magnet through the stator coil into the outer stator, along the circumference of the outer stator in the plane to a second azimuthal position, at that second azimuthal position through the guide member into the outer stator Pass inner stator and run in the inner stator in the plane back to the first azimuthal position. There, the magnetic flux Φ can return to the second pole of the permanent magnet, whereby the magnetic circuit is closed.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zylinder Rechteckzylinder. Dies vereinfacht die Fertigung des Lagers, da alle Bauteile eine eckige und somit einfach handhabbare Form haben können. Weiterhin ist das Lager auch preiswerter zu fertigen, da Permanentmagnete in Quaderform deutlich preiswerter sind als in gebogener Form.In a particularly advantageous embodiment, the cylinders are rectangular cylinders. This simplifies the production of the bearing, since all components can have a square and thus easy to handle form. Furthermore, the bearing is also cheaper to manufacture, since permanent magnets in cuboid shape are significantly cheaper than in curved form.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind entlang eines Umfangs des Spalts zwischen dem Innenstator und dem Außenstator mehrere an den Mover gekoppelte Permanentmagnete, und/oder mehrere an den Mover gekoppelte Führungselemente, angeordnet. Auf diese Weise kann die aktive Dämpfung durch die flexible Gestaltung der Polzahl des Movers in einem sehr breiten Frequenzspektrum arbeiten. Es kann auch quantitativ mehr Energie aus der Bewegung des Movers entzogen und in elektrische Energie umgewandelt werden. Weiterhin kann diese Energieumwandlung, die eine dämpfende Kraft auf den Mover ausübt, entlang des Umfangs des Spalts symmetrisiert werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die resultierende vom Lager auf den Mover ausgeübte Gesamtkraft nur in Richtung der Lagerachse wirkt und nicht zu einer Verkippung des Movers führt.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, a plurality of permanent magnets coupled to the movers and / or a plurality of guide elements coupled to the movers are arranged along a circumference of the gap between the inner stator and the outer stator. In this way, the active damping can work through the flexible design of the number of poles of the mover in a very wide frequency spectrum. It can also be quantitatively extracted more energy from the movement of the Movers and converted into electrical energy. Furthermore, this energy conversion, which exerts a damping force on the mover, can be symmetrized along the circumference of the gap. In this way, it can be ensured that the resulting total force exerted by the bearing on the mover acts only in the direction of the bearing axis and does not lead to a tilting of the mover.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens ein Permanentmagnet und ein Führungselement an der gleichen Position entlang des Umfangs des Spalts, sowie entlang der Lagerachse zueinander versetzt, angeordnet. Dies vereinfacht die Fertigung. Sind entlang des Umfangs des Spalts zudem mehrere derartige Gruppen aus Permanentmagnet und Führungselement verteilt, wobei zwischen benachbarten Gruppen jeweils der Permanentmagnet und das Führungselement gegeneinander vertauscht sind, können wiederum die auf den Mover ausgeübten Kräfte symmetrisiert werden. Beispielsweise kann der magnetische Fluss Φ aus dem Permanentmagneten der ersten Gruppe durch eine erste Statorspule in den Außenstator eintreten, im Außenstator in der Ebene (also in Richtung der den Außenstator bildenden Bleche) zum Führungselement der zweiten Gruppe laufen, durch das Führungselement in den Innenstator übertreten und im Innenstator zurück zum Permanentmagneten der ersten Gruppe laufen. In der gleichen Weise kann der Permanentmagnet der zweiten Gruppe mit dem Führungselement der ersten Gruppe zusammenwirken.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, at least one permanent magnet and a guide element at the same position along the circumference of the gap, and offset along the bearing axis to each other, arranged. This simplifies the production. If several such groups of permanent magnet and guide element are also distributed along the circumference of the gap, with the permanent magnet and the guide element being interchanged between adjacent groups, in turn the forces exerted on the mover can be symmetrized. For example, the magnetic flux Φ from the permanent magnet of the first group can enter the outer stator through a first stator coil, run in the outer stator in the plane (ie in the direction of the sheets forming the outer stator) to the guide element of the second group, pass through the guide element into the inner stator and in the inner stator back to the permanent magnet of the first group run. In the same way, the permanent magnet of the second group can cooperate with the guide element of the first group.
Durch die Unterdrückung der frequenzabhängigen Wirbelstromverluste in den Statoren wird erreicht, dass sich die Statoren weniger erwärmen und dass der Gesamtwirkungsgrad des Aktors sich besonders bei höheren Schwingungsfrequenzen deutlich vergrößert. Dies wiederum lässt sich ausnutzen, um das Lager insgesamt kompakter zu bauen. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektronischen Mittel zur Aufnahme und/oder Dissipation der in der Statorspule generierten elektrischen Energie zumindest teilweise in einem Raum angeordnet, der zumindest teilweise vom Innenstator umschlossen ist. Dabei kann dieser Raum optional zusätzlich von einem Gehäuse zum Schutz der elektronischen Mittel umschlossen sein. Dieses Gehäuse kann beispielsweise thermisch gegen den Innenstator isoliert sein, um einen Wärmeeintrag aus dem Innenstator zu vermeiden.By suppressing the frequency-dependent eddy current losses in the stators is achieved that the stators heat less and that the overall efficiency of the actuator increases significantly, especially at higher vibration frequencies. This in turn can be exploited to make the camp more compact overall. In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the electronic means for receiving and / or dissipating the electrical energy generated in the stator coil are at least partially disposed in a space which is at least partially enclosed by the inner stator. In this case, this space can optionally also be enclosed by a housing for the protection of the electronic means. This housing may, for example, be thermally insulated against the inner stator in order to avoid a heat input from the inner stator.
Die zumindest teilweise Unterbringung der elektronischen Mittel im Lager selbst vermindert oder eliminiert den Aufwand für ein Gehäuse für diese elektronischen Mittel. Leitungswege werden verkürzt, was Kosten für die Leitungen einspart und zugleich die Zuverlässigkeit erhöht, da weniger Leitungen in schwingender Umgebung verlaufen. Weiterhin kann das Lager ein herkömmliches Lager ersetzen, ohne dass hierbei zusätzlicher Bauraum im Fahrzeug beansprucht werden muss. Dies macht das Lager insbesondere für den Nachrüstmarkt interessant, wo der zur Verfügung stehende Bauraum eine feste Größe ist.The at least partial accommodation of the electronic means in the warehouse itself reduces or eliminates the expense of a housing for these electronic means. Cable routes are shortened, which saves costs on the lines and at the same time increases reliability, since fewer lines run in a vibrating environment. Furthermore, the bearing can replace a conventional bearing, without this additional space must be claimed in the vehicle. This makes the bearing particularly interesting for the aftermarket, where the available space is a fixed size.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Raum, in dem die elektronischen Mittel zumindest teilweise untergebracht sind, thermisch an einen Flansch angekoppelt, der mit einer Fahrzeugkarosserie verbindbar ist. Dann kann die Fahrzeugkarosserie als Wärmesenke für die Abwärme der elektronischen Mittel dienen, die beispielsweise einen DC-DC-Wandler oder andere Leistungselektronik umfassen können. Zu diesem Zweck können die elektronischen Mittel beispielsweise von einem dünnen Metallgehäuse umgeben sein, das die Abwärme einsammelt und durch Wärmeleitung an den Flansch weitergibt.In a further advantageous embodiment of the invention, the space in which the electronic means are at least partially housed, thermally coupled to a flange which is connectable to a vehicle body. Then, the vehicle body can serve as a heat sink for the waste heat of the electronic means, which may include, for example, a DC-DC converter or other power electronics. For this purpose, the electronic means may for example be surrounded by a thin metal housing, which collects the waste heat and passes on by heat conduction to the flange.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.
Figurenlistelist of figures
Es zeigt:
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1 Beispielhaftes Lager 1 in Schnittzeichnung in einer Ebene, in der dieLagerachse 1a liegt; -
2 Beispielhaftes Lager 1 in Schnittzeichnung in einer Ebene senkrecht zur Lagerachse 1a. -
3 Perspektive Darstellung der 3a, 3b und Führungselementen 9a, 9b.Anordnung von Permanentmagneten -
4 Blockschaltbild einer beispielhaften Realisierung der elektronischen Mittel 5 zur Aufnahme der generierten elektrischen Energie.
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1 Exemplary bearing 1 in sectional view in a plane in which the bearingaxis 1a is located; -
2 Exemplary bearing 1 in sectional drawing in a plane perpendicular to the bearingaxis 1a. -
3 Perspective Representation of the arrangement of 3a, 3b and guidepermanent magnets 9a, 9b.elements -
4 Block diagram of an exemplary implementation of theelectronic means 5 for receiving the generated electrical energy.
Nach
Auf der dem Verbindungsstück
Der Mover
Der von den Permanentmagneten
Die Statorspulen
Der Innenstator
Der Mover
In
Entlang der Lagerachse
Der Permanentmagnet
Die im zeitlichen Mittel fließenden Energieströme sind durch die Pfeile
Mit dem Schalter
In einer vereinfachten Version der elektronischen Mittel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102012008497 A1 [0005]DE 102012008497 A1 [0005]
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Cited By (1)
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US11313431B1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-04-26 | Harbin Engineering University | Quasi-zero stiffness electromagnetic vibration isolator suitable for ultra-low frequency vibration reduction and isolation |
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2017
- 2017-03-22 DE DE102017204844.1A patent/DE102017204844A1/en not_active Withdrawn
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |