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Die Erfindung betrifft ein Flurförderzeug mit einer einen Drehstrommotor und eine sich von dem Drehstrommotor erstreckende Motorwelle umfassenden Antriebseinheit und mit einer Drehzahlerfassungseinrichtung zum Erfassen der Motorwellendrehzahl zur Regelung des Drehstrommotors. Ferner betrifft die Erfindung einen Drehstrom-Asynchronmotor für ein solches Flurförderzeug.
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Flurförderzeuge dienen der Ein- und Auslagerung sowie dem Transport von Gütern und sind in zahlreichen Varianten hinlänglich bekannt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine besondere Art der Flurförderzeuge begrenzt. Als Beispiele für ein solches Flurförderzeug sei eine Ausgestaltung als ein Niederhubwagen oder als ein Hubmaststapler genannt.
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Drehstrommotoren sind ebenfalls hinlänglich bekannt. Es sollte deutlich sein, dass unter dem Drehstrommotor ein Wechselstrom-Drehstrommotor zu verstehen ist. Vorliegend ist der Drehstrommotor bevorzugt als ein Drehstrom-Asynchron-Elektromotor ausgebildet, welcher zum Antreiben der Antriebsräder in einer Antriebsachse eines Flurförderzeugs eingebaut ist. Ein solcher Motor kann als bürstenloser, elektronisch kommutierter Motor ausgebildet sein, vorliegend handelt es sich bevorzugt um einen Asynchronmotor mit Frequenzumrichter. Der Drehstrommotor weist in der Regel ein Motorgehäuse aus einem ferromagnetischen Material auf, insbesondere Stahl, und dient zur Lagerung der Motorwelle. Das Motorgehäuse kann insbesondere auch das Achsgehäuse bilden, wobei der Motorstator in dem Gehäuse fixiert ist und der Motorrotor den Elektromotor durchsetzt und von diesem angetrieben wird.
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Unter der Motorwelle ist insbesondere die als Motorrotor dienende Antriebswelle des Drehstrommotors zu verstehen.
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Auch Drehzahlerfassungseinrichtungen zur Regelung des Drehstrommotors sind bekannt. Insbesondere sind optisch oder magnetisch arbeitende Systeme bekannt. In der Regel wird hierbei nach Maßgabe der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung und/oder Fahrtrichtung, mittels eines Drehzahlsensors, wie eines Drehgebers, der Ist-Drehzustand der Motorwelle erfasst und ein Ausgangssignal beispielsweise an einen Antriebsinverter des Motors zurückgeführt. Eine solche Drehzahlrückführung wird bei bekannten Antriebseinheiten üblicherweise an einem Lager, insbesondere mit einem sogenannten Drehzahlsensorlager umgesetzt. Zur Erfassung der Drehzahl wird hierbei ein Motorlager als Drehzahlsensorlager ausgeführt und verwendet, wobei ein an dem Drehzahlsensorlager erfasstes inkrementelles Signal zu einer Drehzahlregelungseinrichtung ausgegeben wird.
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Es hat sich hierbei jedoch gezeigt, dass die Ausgangssignale solcher Drehzahlsensorlager oftmals gestört waren, so dass eine zuverlässige IstwertErfassung des Drehzustandes der Motorwelle nicht gewährleistet werden konnte. Insbesondere bei integrierten Antriebsmotoren ist jedoch die zuverlässige Erfassung des Drehzustandes einer Antriebswelle wichtig, damit eine zuverlässige Antriebssteuerung realisiert werden kann. Ferner ist für autonom fahrende Fahrzeuge, welche heutzutage immer mehr nachgefragt werden, eine zuverlässige und sichere Steuerung und Regelung der Antriebseinheit.
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Darüber hinaus sind solche Drehzahlsensorlager jedoch in ihrer Konstruktion, insbesondere hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Anordnung, besonders aufwändig und komplex. Insbesondere solche Drehzahlsensorlager, welche in einem eigenen Gehäuseteil angeordnet sind, erfordern einen relativ großen Aufwand in Herstellung sowie bei einer Wartung oder Reparatur. Insbesondere aufgrund ihrer Einbausituation sind solche Drehzahlsensorlager von außen relativ schlecht zugänglich und können zumeist nur mit relativ großem Aufwand repariert oder ausgetauscht werden. Hieraus folgt, dass Flurförderzeuge mit solchen Sensorlagern in der Herstellung und im Betrieb relativ kostenintensiv sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Flurförderzeug bereitzustellen, das zumindest einen der oben genannten Nachteile verbessert und insbesondere eine sichere und wartungsfreundliche Antriebseinheit ermöglicht.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Flurförderzeug mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch einen Drehstrom-Asynchronmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
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Erfindungsgemäß weist die Drehzahlerfassungseinrichtung mindestens ein an der Motorwelle angeordnetes magnetisches Geberelement, insbesondere mindestens einen Permanentmagnet, und mindestens drei, insbesondere an der Motorwelle umfangsseitig, in einer Querebene radial um die Motorwelle angeordnete Magnetfeldsensoren zum Erfassen der Drehzahl der Motorwelle auf. Dadurch ist die Drehzahlerfassung besonders sicher und zuverlässig ausgebildet. Insbesondere können zwei der drei Sensoren als Ersatzsensoren fungieren, indem diese erst dann aktiviert werden bzw. die Motorwellendrehzahl erst dann erfassen, wenn der mindestens eine andere Sensor eine Störung aufweist oder ausfällt. Insbesondere kann ein erster Magnetfeldsensor als ein aktiver Sensor betrieben werden, welcher die Daten zur Regelung des Drehstrommotors ausgibt, während die anderen beiden Magnetfeldsensoren nicht zur Regelung herangezogen werden, sondern als Redundanzmittel dienen. Die beiden nicht aktiven Drehzahlsensoren bilden hierbei insbesondere eine passive Redundanz und werden insbesondere erst aktiv, wenn der erste Magnetfeldsensor eine Störung aufweist oder ausgefallen ist. Alternativ oder zusätzlich können die beiden anderen Sensoren bzw. deren Erfassungssignale zu Vergleichszwecken herangezogen werden, um eine mögliche Störung des Systems besonders schnell erfassen zu können.
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Zur Bestimmung der Rotorlage der Motorwelle, insbesondere des Motorrotors kommt vorliegend eine Kombination aus bzw. eine Wirkverbindung zwischen mindestens einem als das Geberelement ausgebildeten Magnet und den mindestens drei Magnetfeldsensoren zum Einsatz, wobei der mindestens eine Magnet mit dem Rotor verbunden ist und ein Messmagnetfeld erzeugt, in dem die Magnetfeldsensoren jeweils angeordnet sind. Dabei sind die Magnetfeldsensor ortsfest und der Magnet drehfest mit dem Rotor verbunden, sodass der Magnet mitsamt seinem Messmagnetfeld relativ zu den Magnetfeldsensoren rotiert. Der Magnet kann insbesondere als ein Permanentmagnet ausgebildet sein, beispielsweise als ein Ringmagnet. Durch die Magnetfeldsensoren kann der Winkel des Messmagnetfeldes bestimmt werden, sodass auf die Lage des Rotors geschlossen werden kann. Dadurch ist ein besonders sicheres Erfassen der Drehzahl sowie eine schnelle Austauschbarkeit der Erfassungsvorrichtung ermöglicht. Insbesondere sind die mindestens drei außen um die Motorwelle angeordneten Magnetfeldsensoren von außen in besonders einfacher Weise zugänglich. Ferner ist ein solcher Drehzahlsensor in seiner Funktion dauerhaft sicher und zuverlässig, so dass ein prozesssicherer Betrieb der Antriebseinheit des Flurförderzeugs ermöglicht ist. Die Drehzahlsensoren können beispielsweise jeweils als ein magnetbasierter Sensor ausgebildet sein, welcher eine inkrementelle A/B-Spur mit einer definierten Anzahl von Impulsen pro Motorumdrehung ausgibt.
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Vorzugsweise sind die Magnetfeldsensoren in Umfangsrichtung der Motorwelle gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Die Magnetfeldsensoren können beispielsweise in einem gleichen umfangsseitigen Abstand zueinander angeordnet sein, beispielsweise bei drei Magnetfeldsensoren jeweils in einem Winkel um die Motorwelle von 120 Grad. Besonders bevorzugt sind die mindestens drei Magnetfeldsensoren in einem Winkel um die Motorwelle von 60 Grad zueinander angeordnet. Dadurch ist ein besonders sicheres Erfassen der Drehzahl der Motorwelle ermöglicht. Insbesondere können die Sensoren dadurch von außen schnell zugänglich sein und somit in besonders einfacher Weise bei einer Störung ausgetauscht werden.
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Vorzugsweise sind die mindestens drei Magnetfeldsensoren zur Motorwelle koaxial angeordnet. Insbesondere können die Magnetfeldsensoren jeweils in einem gleichen umfangsseitigen Abstand zueinander angeordnet sein. Dadurch ist eine besonders voreilhafte Erreichbarkeit eines jeden einzelnen Magnetfeldsensors von außen möglich.
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Vorzugsweise sind die mindestens drei Magnetfeldsensor in einem Bereich eines lagerlosen Abschnitts der Motorwelle angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass die Motorwelle im Bereich der Magnetfeldsensoren kein Lager bzw. keine Lagerung aufweist. Insbesondere sind die drei Magnetfeldsensoren nicht radial benachbart zu einem Lager der Motorwelle angeordnet. Dadurch können insbesondere durch das Lager induzierte Störeinflüsse auf die Magnetfeldsensoren vermieden werden.
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Besonders bevorzugt sind die Magnetfeldsensoren jeweils als ein Hallsensor ausgebildet. Hallsensoren bieten insbesondere den Vorteil, dass sie sehr unempfindlich gegen Schmutz und Wasser sind, soweit diese nicht-ferromagnetische Bestandteile enthalten.
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Vorzugsweise sind die mindestens drei Magnetfeldsensoren jeweils in eine Aufnahme, insbesondere ein Lagerschild des Motorgehäuses eingesetzt oder integriert. Dadurch ist die Drehzahlerfassungseinrichtung besonders kompakt und platzsparend ausgebildet.
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Vorzugsweise weist die Drehzahlerfassungseinrichtung ein mit der Motorwelle, vorzugsweise in der Querebene drehfest verbundenes Zahnrad auf, wobei die Magnetfeldsensoren radial zu dem Zahnrad angeordnet sind. Das Zahnrad kann insbesondere mindestens ein Geberelement aufweisen oder selbst als ein solches ausgebildet sein. Das Zahnrad ist bevorzugt derart gestaltet, dass ein von oder an ihm erzeugtes Magnetfeld generierbar ist, welches der Drehung der Motorwelle folgt. Das Magnetfeld kann in Umfangsrichtung um die Motorwelle fluktuiert sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Zahnrad eine Mehrzahl von Permanentmagneten aufweist, die in Umfangsrichtung verteilt um das Zahnrad verteilt angeordnet sind. Der beispielsweise als Hallsensor ausgebildete aktive Magnetfeldsensor tastet hierbei bevorzugt das mit der Motorwelle verbundene Zahnrad ab und kann dadurch eine inkrementelle A/B-Spur mit einer definierten Anzahl von Impulsen pro Motorumdrehung ausgeben. Ferner sind die Magnetfeldsensoren bei einer solchen Anordnung von außen weiterhin austauschbar und besonders störunanfällig, wodurch ein prozesssicherer Betrieb des Motors gewährleistet ist.
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Vorzugsweise ist das mindestens eine magnetische Geberelement an dem Zahnrad oder einem Zahnsegment des Zahnrads angeordnet. Bevorzugt weist das Zahnrad oder ein Zahnsegment des Zahnrads als Geberelement einen Magnetring auf, der mit dem mindestens einen aktiven Magnetfeldsensor in Wirkverbindung steht. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Zahnrad insgesamt achtzig Zahnsegmente auf. Dadurch ist ein besonders sicherer Betrieb der Drehzahlerfassungseinrichtung ermöglicht.
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Vorzugsweise ist das mindestens eine magnetische Geberelement, beispielsweise der Magnetring, in das Zahnrad oder Zahnsegment eingebettet. Dadurch ist ein besonders sicherer Betrieb sowie eine besonders kompakte Ausgestaltung der Drehzahlerfassungseinrichtung ermöglicht.
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Vorzugsweise bildet der Drehstrommotor einen Fahrmotor des Flurförderzeugs. Insbesondere kann der Drehstrommotor zum Antreiben der Antriebsräder in einer Antriebsachse eines Flurförderzeugs eingebaut sein. Dadurch ist ein besonders sicheres, zuverlässiges und kompaktes System ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist ein Drehstrom-Asynchronmotor für ein Flurförderzeug mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten. Es zeigen schematisch:
- 1 - ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit eines Flurförderzeugs in einer Längsschnittansicht; und
- 2 - ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Drehstrommotors in einer Querschnittansicht.
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In der 1 ist eine Antriebseinheit 1 eines nicht näher dargestellten Flurförderzeugs 100 in einer Längsschnittansicht gezeigt. Die Antriebseinheit 1 umfasst insbesondere einen Drehstrommotor 2 und eine Motorwelle 3.
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Der Drehstrommotor 2 ist vorliegend als ein Drehstrom-Asynchronmotor 200 ausgebildet, welcher als Fahrantrieb des Flurförderzeugs 100 verwendet wird. Der Drehstrommotor 2 weist insbesondere ein Motorgehäuse 10 und einen darin angeordneten Motorteil 12 auf. Die Motorwelle 3 erstreckt sich durch den Motorteil 12 und ist unter anderem über ein Lager 11 gegenüber dem Motorgehäuse 10 gelagert.
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In einem außerhalb des Motorteils 12 angeordneten Bereich der Antriebseinheit 1 ist eine Drehzahlerfassungseinrichtung 4 vorgesehen. Die Drehzahlerfassungseinrichtung 4 dient zur Regelung der Drehzahl des Drehstrommotors. Dazu wird die Drehzahl der Motorwelle 3 mittels der Drehzahlerfassungseinrichtung 4 erfasst und ein entsprechendes Signal an einen nicht dargestellten Antriebsinverter zur Ansteuerung des Motorteils 12 gesendet bzw. zurückgeführt. Die Signale, welche durch eine Steuerung ausgewertet werden, sind beispielweise erforderlich, um Schutzfelder von an dem Fahrzeug 100 verbauten Personenschutz-Scannern umzuschalten.
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Die Drehzahlerfassungseinrichtung 4 ist insbesondere in einem Abschnitt 31 der Motorwelle 3 angeordnet, in dem die Motorwelle 3 kein Lager aufweist. Zwar ist vorliegend axial benachbart zum Abschnitt 31 ein Lager 11 vorgesehen, nicht jedoch im Abschnitt 31. Zur Erfassung der Drehzahl der Motorwelle 3 umfasst die Drehzahlerfassungseinrichtung 4 vorliegend drei radial von der Motorwelle 3 beabstandet angeordnete Magnetfeldsensor 5, 6, 7. Wie insbesondere in 2 erkennbar, sind die Magnetfeldsensor 5, 6, 7 koaxial zur Motorwelle 3 und in Umfangsrichtung der Motorwelle 3 in einem Winkel zueinander von etwa 60 Grad angeordnet. Durch die Anordnung aller drei Sensoren 5, 6, 7 auf einer Hälfte der Motorwelle 3 sind diese beispielsweise in besonders einfacher Weise austauschbar.
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Die drei Magnetfeldsensoren 5, 6, 7 sind vorliegend jeweils als ein Hallsensor ausgebildet und in einer Aufnahme bzw. einem Lageschild des Motorgehäuses 10 angeordnet. Hierbei sind stets zwei der drei Hallsensoren 5, 6, 7 für einen Notfall vorgesehen, insbesondere wenn einer der Hallsensoren 5, 6, 7 ausfallen sollte. Das bedeutet, das System ist zweifach redundant ausgebildet. Insbesondere kann ein erster Hallsensor 5 aktiv zur Drehzahlrückführung zum Antriebsinverter genutzt werden, während die beiden anderen Hallsensoren 6, 7 zur redundanten Drehzahlerfassung und/oder erst im Falle eines Ausfalls oder einer Störung des ersten Hallsensors 5 eingesetzt werden.
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Durch den Einsatz von drei Hallsensoren 5, 6, 7 pro Drehstrommotor 2 ist eine Redundanz gegeben, welche ein besonders sicheres Steuerungssystem des Drehstrommotors 2 und insbesondere für ein autarkes bzw. computergesteuertes des Fahrzeugs 100 erforderlich ist. Insbesondere um den Drehstrommotor 2 bei fahrerlosen bzw. autark fahrenden Transportfahrzeugen 100 einsetzen zu können, ist ein derartig sicheres System erforderlich. Dadurch kann insbesondere den sicherheitsbezogenen Anforderungen zum automatischen Fahren, insbesondere der DIN EN ISO 13849, entsprochen werden.
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Bei der gezeigten Ausgestaltung weist die Drehzahlerfassungseinrichtung 4 zusätzlich ein mit der Motorwelle 3 verbundenes Zahnrad 8 auf, wobei die Hallsensoren 5, 6, 7 radial zu dem Zahnrad 8 angeordnet sind. Das Zahnrad 8 weist mehrere Zahnsegmente 81 auf, welche jeweils einen mit den Hallsensoren 5, 6, 7 in Wirkverbindung bringbare Magnete 9 aufweisen. Bei einer besonderen Ausgestaltung kann auch ein Magnetring 9 vorgesehen sein. Dieser Magnetring 9 kann insbesondere in das Zahnrad 8 oder in das Zahnsegment 81 eingebettet sein.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Insbesondere der Aufbau des Drehstrommotors kann - ohne den Kern der Erfindung zu verändern - durchaus modifiziert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Drehstrommotors
- 3
- Motorwelle
- 31
- Abschnitt
- 4
- Drehzahlerfassungseinrichtung
- 5
- Magnetfeldsensor
- 6
- Magnetfeldsensor
- 7
- Magnetfeldsensor
- 8
- Zahnrad
- 81
- Zahnsegment
- 9
- Magnet, Magnetring
- 10
- Motorgehäuse
- 11
- Lager
- 100
- Flurförderzeug
- 200
- Drehstrom-Asynchronmotor
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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