DE202011001544U1 - Modular drive device - Google Patents
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Abstract
Modulare elektrische Antriebsvorrichtung für eine, aus einzelnen austauschbaren Modulen zusammengesetzte nutenlose, bürstenlose Antriebsvorrichtung (1, 34, 36, 64, 65, 66, 67, 79, 80), die im Wesentlichen aus austauschbaren Modulen, wie einer Wicklung (2), Permanentmagnetsysteme (3), Magnethalter (9, 14, 35, 44, 45, 46), einem Rückschlussmodul (39), eine Steuer- und Regeleinheit (12), einem Inkrementalgeber (20), einer Positionsmesseinrichtung (21), einer Achse (13, 43, 48), einem Antriebsmodul (31, 32, 37), einem Befestigungsmodul (25) oder einem Getriebemodul (33, 47, 60) besteht, wobei eine im Wesentlichen als flache, ringförmige Scheibe ausgebildete selbsttragende Wicklung (2) und damit beidseitig zusammenwirkende Permanentmagnetsysteme (3) vorhanden sind, wobei die Permanentmagnetsysteme (3) aus Dauermagneten (81, 82, 83, 84, 87) mit einer direkt aneinander gereihten mehrfachen Pollänge PL zusammengesetzt aus einzelnen Dauermagneten (81, 82, 83, 84, 87) mit unterschiedlichen Vorzugsmagnetisierungsrichtungen besteht, die innerhalb einer Pollänge PL so angeordnet sind, dass an jeder Polfläche (86) ein gerichteter verstärkter, magnetischer Fluss mit wechselnder Polarität entsteht, wobei...Modular electric drive device for a non-slot, brushless drive device (1, 34, 36, 64, 65, 66, 67, 79, 80) composed of individual replaceable modules, consisting essentially of exchangeable modules, such as a winding (2), permanent magnet systems (3), magnet holders (9, 14, 35, 44, 45, 46), an inference module (39), a control unit (12), an incremental encoder (20), a position measuring device (21), an axle (13 , 43, 48), a drive module (31, 32, 37), a mounting module (25) or a gear module (33, 47, 60), wherein a substantially self-supporting winding (2) formed as a flat, annular disc and thus permanent magnet systems (3) cooperating on both sides, the permanent magnet systems (3) consisting of permanent magnets (81, 82, 83, 84, 87) having a multiple pole length P L arranged directly next to one another composed of individual permanent magnets (81, 82, 83, 84, 87) with different There are preferred magnetization directions which are arranged within a pole length P L such that a directed amplified, magnetic flux with alternating polarity is produced on each pole face (86), wherein
Description
Die Erfindung betrifft eine modulare elektrische aus einzelnen, austauschbaren Modulen zusammengesetzte, nuten- und bürstenlose Antriebsvorrichtung, die im Wesentlichen aus einer als flache Scheibe ausgebildeten Wicklung als Stator und damit zusammen wirkende Permanentmagnetsysteme besteht.The invention relates to a modular electrical composite of individual, interchangeable modules, grooved and brushless drive device, which consists essentially of a trained as a flat disc winding as a stator and cooperating permanent magnet systems.
Eine derartige Antriebsvorrichtung weist ein konstantes Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich auf. Ferner ist die Antriebsvorrichtung für eine direkte oder indirekte Antriebsart über seine Achse oder über seine runde Umfangsfläche verwendbar.Such a drive device has a constant torque over the entire speed range. Furthermore, the drive device can be used for a direct or indirect drive via its axis or over its round peripheral surface.
Eine elektrische Maschine, die zur Erzeugung eines Erregerfeldes mindestens ein permanentmagnetisches Polpaar und mindestens eine, von einem elektrischen Strom durchfließbare Leiterbahn aufweist, ist aus der
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Antriebskonzept für eine Antriebsvorrichtung zu erstellen, das für verschiedenste Anwendungsbereiche verwendbar ist und in der Herstellung kostenreduziert ist bei gleichzeitiger Leistungssteigerung und Bauraumreduzierung.The object of the present invention is to provide a drive concept for a drive device that can be used for a wide variety of applications and is cost-reduced in the production while increasing performance and space reduction.
Gelöst wir die Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.We solve the problem of the invention by the features of
Zur Kostenreduzierung wird erfindungsgemäß ein modulares elektrisches Antriebskonzept vorgeschlagen, welches aus einzelnen austauschbaren Modulen unterschiedliche Antriebsvorrichtungen entstehen lässt. Dabei sind die Antriebsvorrichtungen so geschaffen, dass sie nutenlos und bürstenlos und damit kommutatorfrei sind. Verwendbar sind derartige Antriebsvorrichtungen für ein- und mehrphasige Spannungsversorgungen.In order to reduce costs, a modular electric drive concept is proposed according to the invention which produces different drive devices from individual replaceable modules. The drive devices are created so that they are grooved and brushless and thus commutator. Usable are such drive devices for single and multi-phase power supplies.
Um über den gesamten Drehzahlbereich ein konstantes Drehmoment zu realisieren wird auf eine Wicklung zurückgegriffen, die als Modul als flache ringförmige Scheibe nach einem bestimmten Wickelschema ausgeführt ist. Dabei läuft die flach ausgebildete Wicklung zwischen Permanentmagnetsystemen, die als Module in so genannten Pollängen zusammengefasst und vorzugsweise in Magnethaltern befestigt sind.In order to realize a constant torque over the entire speed range, a winding is used, which is designed as a module as a flat annular disc according to a specific winding scheme. In this case, the flat winding between permanent magnet systems, which are summarized as modules in so-called pole lengths and preferably mounted in magnetic holders.
Durch die Erfindung ergibt sich ferner, dass eine derartige Antriebsvorrichtung sowohl für den direkten als auch indirekten Antrieb über eine Achse geeignet ist. Darüber hinaus ist es auch wahlweise möglich, dass die Achse still steht und zum Antrieb die runde Umfangsfläche verwendet wird. Es können beide Ausführungsformen mit einem Getriebe, insbesondere mit einem Planetengetriebe, ausgestattet werden. Ein derartiges Planetengetriebe kann auch mit in dem umgebenden Gehäuse der Antriebsvorrichtung integriert werden.The invention also shows that such a drive device is suitable both for direct and indirect drive via an axle. In addition, it is also optionally possible that the axis is stationary and used to drive the round peripheral surface. Both embodiments can be equipped with a transmission, in particular with a planetary gear. Such a planetary gear can also be integrated with in the surrounding housing of the drive device.
Um eine derartige vielfältige Antriebsvorrichtung quasi aus einem morphologischen Kasten auswählen zu können, kann die Antriebsvorrichtung im Wesentlichen aus folgenden Modulen zusammengesetzt werden: einer Wicklung, Magneten, die in Magnethaltern gehalten werden, wobei die Magnete auch mit einem Rückschlussmodul aus einem ferromagnetischen Material versehen sein können, einer Steuer- und Regeleinheit, die Bestandteil der Antriebsvorrichtung ist, was bedeutet, dass sich die Steuer- und Regeleinheit innerhalb der Antriebsvorrichtung befindet, einem Inkrementalgeber, einer Positionsmesseinrichtung, unterschiedlichen Achsen, sowohl Antriebsmodulen als auch Befestigungsmodule und Getriebemodule.In order to select such a diverse drive device quasi from a morphological box, the drive device can be composed essentially of the following modules: a winding, magnets that are held in magnetic holders, the magnets can also be provided with a yoke module of a ferromagnetic material , a control unit that is part of the drive device, which means that the control unit within the Drive device is located, an incremental encoder, a position measuring device, different axes, both drive modules and mounting modules and transmission modules.
Die Steuer- und Regeleinheit ist so beschaffen, dass sie beispielsweise für unterschiedliche Anwendungsfälle mit unterschiedlichen Programmen ausgestattet werden kann. Derartige Programme beinhalten z. B. eine Anfahrphase und eine Bremsphase der Antriebsvorrichtung je nach Ausführung. Auch der Verlauf der Anfahrphase und der Bremsphase können je nach Bedarf anders gestaltet werden. Ferner kann beispielsweise auch die Antriebsvorrichtung in einem Programm den Verlauf einer Fahrstrecke einer angeschlossenen Vorrichtung selbst lernen und anschließend diese Kenndaten selbst abspeichern. Zu den erlernbaren bzw. veränderbaren Parametern gehören auch eine Drehzahlbegrenzung, eine Strombegrenzung bzw. eine Kraftbegrenzung. Diese Programme sind dann vorzugsweise in mindestens einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert. Je nach Anwendungsfall und Zusammenstellung der Antriebsvorrichtung aus den einzelnen Modulen wird eine andere Software in die Steuer- und Regeleinheit programmiert.The control unit is designed so that it can be equipped, for example, for different applications with different programs. Such programs include z. B. a start-up phase and a braking phase of the drive device depending on the version. The course of the starting phase and the braking phase can be designed differently as needed. Further, for example, the drive device in a program learn the course of a route of a connected device itself and then store these characteristics themselves. The learnable or changeable parameters also include a speed limit, a current limit or a force limit. These programs are then preferably stored in at least one non-volatile memory. Depending on the application and compilation of the drive device from the individual modules another software is programmed into the control unit.
Die Wicklung ist als freitragende, ohne Träger ausgeführte flache, ringförmige Scheibenwicklung anzusehen. Die Scheibenwicklung ist als selbsttragende Luftspule mit mindestens zwei getrennten Wicklungen ausgeführt, wobei je nach Anzahl der Phasen auch mehrere Wicklungen ausgeführt werden können und damit ein Mehrphasenbetrieb möglich ist. Die einzelnen Wicklungen sind bifilar und gleichzeitig meanderförmig gewickelt und zwar in der Art, dass die Bifilarität nicht gegensinnig ausgeführt wird. So werden die einzelnen Wicklungen bifilar gewickelt und gleichsinnig in Reihe geschaltet, so dass eine Scheibenwicklung geschaffen wird, die mit einer doppelten Windungszahl eine etwa vierfache Induktivität gegenüber herkömmlichen Spulen aufweist. Durch eine derartige Wickelanordnung wird erreicht, dass im Arbeitsspalt sich die magnetischen Felder addieren und gleichzeitig im Wickelkopf diese sich aufheben. Durch das Aufheben der elektrischen Felder in den Wickelköpfen werden Verluste reduziert, die sonst in Wärme umgesetzt werden. Das Leitermaterial für die einzelnen Wicklungen besteht vorzugsweise aus einer oder einer Mehrzahl von verdrillten Litzen. Ein solches Wickelschema bedeutet bei geringerem Bauraum eine höhere Leistung der Antriebsvorrichtung.The winding is to be regarded as a self-supporting, executed without carrier flat, annular disc winding. The disk winding is designed as a self-supporting air coil with at least two separate windings, and depending on the number of phases and multiple windings can be performed and thus a multi-phase operation is possible. The individual windings are bifilar and at the same time meandering wound in such a way that the bifilarity is not executed in opposite directions. Thus, the individual windings are bifilar wound and connected in series in the same direction, so that a disk winding is provided which has a double turn number about four times the inductance over conventional coils. By such a winding arrangement is achieved that add in the working gap, the magnetic fields and at the same time cancel this in the winding head. By canceling the electric fields in the windings losses are reduced, which are otherwise converted into heat. The conductor material for the individual windings preferably consists of one or a plurality of twisted strands. Such a winding scheme means with less space a higher performance of the drive device.
Eine derartige Wicklung wird mittels eines entsprechenden temperaturresistenten Harzes getränkt, wobei das Harz auch noch mit beispielsweise Glasfasern verstärkt werden kann. Zur Erhöhung der Standfestigkeit der Wicklung kann diese noch mit einem Gewebe, zumindest im Außenbereich versehen werden. Ein solches Gewebe kann beispielsweise aus Glasfasern oder einer Glasfasermatte bestehen.Such a winding is impregnated by means of a corresponding temperature-resistant resin, wherein the resin can also be reinforced with, for example, glass fibers. To increase the stability of the winding, this can still be provided with a fabric, at least outdoors. Such a fabric may for example consist of glass fibers or a glass fiber mat.
In einem weiteren Schritt kann zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Antriebsvorrichtung das Harz oder die Vergussmasse, die zur Halterung der einzelnen Wickeldrähte verwendet werden, auch noch mit einem Grafitpulver oder -granulat oder mit einem ferromagnetischen Werkstoff versetzt und damit angereichert werden.In a further step, in order to increase the efficiency of the drive device, the resin or the potting compound, which are used to hold the individual winding wires, can also be mixed with a graphite powder or granules or with a ferromagnetic material and thus enriched.
In einem weiteren erfinderischen Schritt wird vorgeschlagen, dass die verwendeten Permanentmagnetsysteme vorzugsweise aus einem Magnetwerkstoff der seltenen Erden bestehen. Diese Magnetwerkstoffe stehen für eine hohe Effizienz und garantieren mit der vor beschriebenen Wicklung und einem kleinen, geringen Luftspalt zwischen der Wicklung und den Permanentmagneten einen hohen Wirkungsgrad für eine derartige Antriebsvorrichtung. Als Magnetmaterial werden isotrope Materialien mit einer im zweiten Quadranten annähernd linearen Kennlinie verwendet. Ferner können auch Materialien verwendet werden, bei denen die Koerzitivfeldstärke wesentlich größer ist als das Verhältnis von Remanenz zur magnetischen Feldkonstanten. Bei derartigen Materialien handelt es sich um gesinterte oder kunststoffgebundene Ferrite oder Seltene-Erden-Magnete.In a further inventive step it is proposed that the permanent magnet systems used preferably consist of a magnetic material of the rare earths. These magnetic materials stand for high efficiency and guarantee high efficiency for such a drive device with the winding described above and a small, small air gap between the winding and the permanent magnets. The magnet material used is isotropic materials with an approximately linear characteristic in the second quadrant. Furthermore, materials can also be used in which the coercive field strength is substantially greater than the ratio of remanence to the magnetic field constant. Such materials are sintered or plastic bonded ferrites or rare earth magnets.
Der mit der Wicklung, die den stationären Stator darstellt, zusammenwirkende Läufer, besteht im Wesentlichen aus den Dauermagnetsystemen, die sich aus einer mehrfachen Pollänge mit wechselnder Polarität (Nord/Süd) ohne Eisen dazwischen ringförmig zusammensetzen. Eine Pollänge besteht aus mehreren nach einem bestimmten Schema magnetisierter und angeordneter Dauermagnete. Die Dauermagnete sind dabei so angeordnet, dass sie innerhalb einer Pollänge an einer zu der Wicklung gerichteten Polfläche einen gerichteten, verstärkten, magnetischen Fluss aufweisen. Dieses trägt ebenfalls zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Antriebsvorrichtung bei.The rotor interacting with the winding constituting the stationary stator consists essentially of the permanent magnet systems, which are composed of a multiple pole length of alternating polarity (north / south) without iron in between. A pole length consists of several magnetized and arranged according to a specific scheme permanent magnets. The permanent magnets are arranged so that they have a directional, amplified, magnetic flux within a pole length at a pole face directed towards the winding. This also contributes to an increase in the efficiency of the drive device.
Um einen derartigen, verstärkten, magnetischen, gerichteten Fluss zu erreichen, ist die Pollänge so bemessen, dass diese sich aus je einer Länge von zwei gleich langen Magneten plus eines kürzeren Magneten zusammensetzt. Vorzugsweise ist die Länge des kürzeren Magneten als die halbe Länge der vor genannten gleichlangen Magneten bemessen.To achieve such an amplified magnetic directed flux, the pole length is sized to be a length of two equally long magnets plus a shorter magnet. Preferably, the length of the shorter magnet is dimensioned as half the length of the aforementioned equal length magnets.
Um die gezielte Richtung des magnetischen Flusses noch zu intensivieren, befindet sich zur Polfläche der beiden gleichlangen Magnete gerichtet ein weiterer Magnet, der jedoch nur eine geringe, vorzugsweise im Wesentlichen die Viertelhöhe der vor genannten Magnete, Polhöhe aufweist. Somit besteht eine Pollänge aus vorzugsweise vier Magneten, deren Magnetisierungsrichtungen so gewählt worden sind, dass an dem flachen Magnet und damit an seiner Polfläche ein verstärkter gerichteter magnetischer Fluss vorhanden ist. Bei der unterschiedlichen Vorzugsmagnetisierung handelt es sich um ein so genanntes Halbachsystem. Ein derartiges Halbachmagnetsystem erzeugt ein besonders homogenes Magnetfeld. Bei der erfindungsgemäßen Permanentmagnetanordnung erhält somit quasi jeder einzelne Permanentmagnet eine bestimmte Vorzugsmagnetisierungsrichtung. Hierdurch ergibt sich aufgrund der Größe der einzelnen Magnete eine Abweichung von der Homogenität des im Bereich des in der Wicklung erzeugten magnetischen Feldes. Um eine Abweichung im Magnetfeld so gering wie möglich zu halten, ist es deshalb notwendig, eine feine Segmentierung vorzunehmen. Dadurch vergrößert sich zwar der Herstellungsaufwand, aber es entsteht ein homogeneres Magnetfeld.In order to intensify the targeted direction of the magnetic flux even more, is directed to the pole face of the two magnets of equal length, another magnet, but only a small, preferably substantially the quarter height of the aforementioned magnets, pole height has. Consequently there is a pole length of preferably four magnets whose magnetization directions have been chosen so that an enhanced directional magnetic flux is present on the flat magnet and thus on its pole face. The different preferred magnetization is a so-called Halbach system. Such a Halbachmagnetsystem generates a particularly homogeneous magnetic field. In the case of the permanent magnet arrangement according to the invention, virtually every single permanent magnet thus receives a specific preferred magnetization direction. This results in a deviation from the homogeneity of the magnetic field generated in the winding due to the size of the individual magnets. In order to keep a deviation in the magnetic field as low as possible, it is therefore necessary to make a fine segmentation. Although this increases the production cost, but it creates a more homogeneous magnetic field.
Die Permanenteinzelmagnete bestehen vorzugsweise aus isotropem Dauermagnetmaterial. Dadurch, dass das gesamte Magnetsystem aus einer Vielzahl von dicht aneinander angeordneten Permanenteinzelmagnetsystemen besteht, ist es notwendig, dass die Vorzugsmagnetisierungsrichtung auch innerhalb der einzelnen Segmente örtlich variiert.The permanent single magnets are preferably made of isotropic permanent magnet material. Because the entire magnet system consists of a multiplicity of permanent magnet magnet systems arranged close to one another, it is necessary for the preferred magnetization direction also to vary locally within the individual segments.
Als Magnetmaterial werden anisotrope Materialien mit einer im zweiten Quadranten annähernd linearen Kennlinie verwendet. Ferner können auch Materialien verwendet werden, bei denen die Koerzitivfeldstärke wesentlich größer ist als das Verhältnis von Remanenz zur magnetischen Feldkonstanten.The magnet material used is anisotropic materials with an approximately linear characteristic in the second quadrant. Furthermore, materials can also be used in which the coercive field strength is substantially greater than the ratio of remanence to the magnetic field constant.
Jede Pollänge hat eine andere wechselnde Polarität, d. h. es wechseln sich bei jeder nachfolgenden Pollänge Nordpol und Südpol ab, wobei die einzelnen Pollängen direkt ohne Lücken und Zwischenpolen aus Eisen oder dergleichen sich an einander reihen.Each pole length has a different alternating polarity, i. H. At each successive pole length, the North Pole and the South Pole alternate, the individual pole poles directly joining each other without gaps and intermediate poles of iron or the like.
Auf der gegenüberliegenden Seite (Rückseite zur Polfläche) der einzelnen Magnete kann sich eine ferromagnetische Abschirmung befinden, die nur eine geringe Dicke aufweisen muss, da in diesem Bereich kein großer magnetischer Fluss vorhanden ist, weil eine magnetische Flussabschwächung durch die gewählten magnetischen Richtungen der Pole der einzelnen Magnete vorhanden ist. Es kann jedoch auch ein magnetischer Rückschluss vorhanden sein.On the opposite side (back to the pole face) of the individual magnets may be a ferromagnetic shield, which must have only a small thickness, since in this area no large magnetic flux is present, because a magnetic flux attenuation by the selected magnetic directions of the poles of single magnets is present. However, there may also be a magnetic inference.
Um einen hohen Wirkungsgrad der aus verschiedenen Modulen zusammengesetzten Antriebsvorrichtung zu erreichen, ist es ebenfalls notwendig eine Steuer- und Regeleinheit als Modul zu verwenden, die auf die Wicklung und die damit zusammenwirkenden Permanentmagnetsysteme genau abgestimmt ist. Diese Abstimmung wird über die gespeicherte Software erreicht, die für bestimmte Anwendungsfälle umprogrammierbar ist. Dafür werden in der Steuer- und Regeleinheit spezifische Parameter geändert, die im Zusammenhang mit den gespeicherten Programmen eine Änderung oder eine Anpassung des Laufverhaltens der Antriebsvorrichtung mit sich bringen.In order to achieve a high efficiency of the assembled from different modules drive device, it is also necessary to use a control and regulation unit as a module, which is precisely matched to the winding and the cooperating permanent magnet systems. This reconciliation is achieved through the stored software which is reprogrammable for certain applications. For this purpose, specific parameters are changed in the open-loop and closed-loop control unit, which bring about a change or adaptation of the running behavior of the drive device in connection with the stored programs.
Die Steuer- und Regeleinheit kann als Modul innerhalb der Antriebsvorrichtung integriert sein, oder auch als Modul außerhalb vorhanden sein. Ferner können auch ein Inkrementalgeber und eine Positionsmesseinrichtung als Module innerhalb der Antriebsvorrichtung integriert werden, um so eine kompakte Antriebsvorrichtung zu bilden.The control unit may be integrated as a module within the drive device, or be present as a module outside. Furthermore, an incremental encoder and a position measuring device can also be integrated as modules within the drive device so as to form a compact drive device.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart einer Antriebsvorrichtung soll die Achse oder Welle stehen, was gleichzeitig bei einer Hohlwelle die Zuführung der elektrischen Anschlüsse zu dem integrierten Steuer- und Regelmodul vereinfacht. Auf der Achse oder Welle sind durch entsprechende Lagerung Magnethalter drehbar gelagert, wobei sich zwischen den Magnethaltern mit den Magneten die bereits vor beschriebene Wicklung als stehende Scheibenwicklung befindet. Bei einer derartigen Ausführung würden sich bei einem Anschluss der Steuer- und Regeleinheit an eine Spannungsquelle die Magnethalter um die Achse drehen. Dieses hat gleichzeitig zur Folge, dass die, beispielsweise gegeneinander verschraubten Magnethalter in einer runden Form auf ihrer Umfangsfläche als Antriebsfläche verwendet werden können. Dabei ist es grundsätzlich möglich, diese runde Umfangsfläche direkt zu verwenden oder so auszubilden, dass sie beispielsweise mit einer Verzahnung versehen ist. Eine derartige Verzahnung eignet sich dafür, um beispielsweise einen Zahnriemen anzutreiben oder mit einem entsprechenden Getriebe zusammenzuwirken.In a preferred embodiment of a drive device should be the axis or shaft, which simultaneously simplifies the supply of electrical connections to the integrated control and regulating module at a hollow shaft. On the axis or shaft magnet holder are rotatably supported by appropriate storage, being located between the magnetic holders with the magnets already described before winding as a stationary disc winding. In such an embodiment, when the control unit is connected to a voltage source, the magnet holders would rotate about the axis. This has the consequence that the, for example, against each other screwed magnet holder can be used in a round shape on its peripheral surface as a drive surface. It is basically possible to use this round peripheral surface directly or form so that it is provided for example with a toothing. Such a toothing is suitable for driving, for example, a toothed belt or cooperating with a corresponding gear.
Es ist jedoch auch möglich, die Umfangsfläche mit einem Reibbelag beispielsweise in Form eines Gummibelages zu versehen, um mit dem äußeren Belag einen Antrieb zu realisieren.However, it is also possible to provide the peripheral surface with a friction lining, for example in the form of a rubber coating to realize a drive with the outer lining.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Umfangfläche auch eine oder mehrere Vertriefungen haben, in denen entweder Riemen laufen bzw. diese Umfangsflächen direkt dazu verwendet werden, um beispielsweise auf Schienen oder dergleichen die Fortbewegung der Antriebsvorrichtung zu bewirken.In a further embodiment, the peripheral surface may also have one or more depressions in which either belts run or these peripheral surfaces are used directly to effect, for example on rails or the like, the locomotion of the drive device.
Neben der vor beschriebenen universellen Ausführbarkeit der direkt hergestellten Module für die Magnethalter ist es möglich, dass die Magnethalter eine glatte, runde Umfangsfläche aufweisen und durch entsprechende Module, die je nach Antriebsart unterschiedlich ausgebildet sind, zu komplettieren. Auch hier kann wieder ein glattes Modul bzw. ein Modul mit einem Reibbelag bzw. einer Verzahnung oder einer Vertiefung zur Anwendung kommen. Befestigt werden derartige, nachträglich aufgesetzte Module über entsprechende Schraubverbindungen, so dass diese Module schnell gewechselt bzw. je nach gewünschter Konzeption der Antriebsvorrichtung universell zusammengestellt werden können.In addition to the above-described universal executability of the directly produced modules for the magnet holder, it is possible that the magnet holder have a smooth, round peripheral surface and complete by corresponding modules, which are designed differently depending on the drive. Again, a smooth module or a module with a friction lining or a Gearing or depression come to the application. Are attached such, subsequently patched modules via appropriate screw, so that these modules can be changed quickly or assembled universally depending on the desired design of the drive device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die feststehende Welle auch mit einem entsprechenden Flansch versehen werden, der es ermöglicht, diesen Flansch an einem ortsfesten Teil kraft- und formschlüssig anzubringen, um über die Umfangsfläche der Antriebsvorrichtung eine entsprechende Antriebsausführung darzulegen.In a further preferred embodiment, the fixed shaft can also be provided with a corresponding flange, which makes it possible to force-fit and form-fit this flange to a stationary part in order to present a corresponding drive design over the peripheral surface of the drive device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die bereits vor beschriebene Umfangsfläche auch mit Getrieben unterschiedlichster Bauart versehen werden, um somit eine Änderung der Drehzahl und damit gleichzeitig Anpassung des Drehmomentes an geforderte Ausführungen zu bewirken.In a further preferred embodiment, the peripheral surface already described above can also be provided with transmissions of various designs, in order thus to effect a change in the rotational speed and thus at the same time adaptation of the torque to required designs.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann auch seitlich, das heißt an einer der Stirnflächen bzw. auch an beiden Stirnflächen, der in Rotation befindlichen Magnethalter, jeweils ein Getriebe aufnehmen. Ein derartiges Getriebe kann vorzugsweise ein Planetengetriebe sein. Bei einem derartigen Planetengetriebe würde sich das Hohlrad drehen und ebenso das Sonnenrad.In a further preferred embodiment can also laterally, that is, on one of the end faces and also on both end faces of the magnetic holder in rotation, each receive a transmission. Such a transmission may preferably be a planetary gear. In such a planetary gear, the ring gear would rotate as well as the sun gear.
Bei einer Ausführung, bei der auf beiden Stirnflächen der doppelt vorhandenen Magnethalter ein unterschiedliches Planetengetriebe vorgeflanscht würde, wäre es möglich, dass mit einer solchen Antriebsvorrichtung auf jeder Seite unterschiedliche Antriebsarten, das heißt mit unterschiedlichen Drehzahlen realisiert werden kann.In an embodiment in which a different planetary gear would be pre-flanged on both faces of the double existing magnetic holder, it would be possible that with such a drive device on each side different types of drives, that can be realized with different speeds.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass die ringförmig ausgeführte Scheibenwicklung als Modul so befestigt wird, dass sie an ihrem äußeren Umfang innerhalb von Gehäuseschalen festgelegt wird. Auch in diesem Falle steht die Wicklung. Auf der sich bei dieser Ausführungsform drehenden Achse sind die Magnethalter in einem äußeren Gehäuse festgesetzt, so dass sie durch die magnetischen Kräfte, erzeugt durch das Anlegen der elektrischen Spannung an die Wicklung, eine Rotation der Welle ausführen.In a further preferred embodiment, it is possible that the annular disk winding is mounted as a module so that it is fixed at its outer periphery within housing shells. Also in this case stands the winding. On the axis rotating in this embodiment, the magnet holders are fixed in an outer case so as to rotate the shaft by the magnetic forces generated by the application of the electric voltage to the coil.
Auch bei der vor beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, entsprechende Sensoren bzw. Inkrementalgeber oder Positionsmesseinrichtungen als Module innerhalb des Gehäuses der Antriebsvorrichtung zu platzieren.Even with the embodiment described above, it is possible to place corresponding sensors or incremental encoders or position measuring devices as modules within the housing of the drive device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, auf die vor beschriebene Achse beispielsweise ein Planetengetriebe aufzusetzen, bei dem das Sonnenrad angetrieben wird und somit es zu einer Bewegung des Hohlrades kommt. Auch in diesem Falle kann der äußere Umfang des Hohlrades, wie bereits bei einigen vor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen mit entsprechenden Belegen bzw. konstruktiven Maßnahmen so hergerichtet werden, dass beispielsweise ein Reibbelag oder eine Verzahnung oder dergleichen angebracht sind.In a further preferred embodiment, it is possible to set up, for example, a planetary gear on the axis described above, in which the sun gear is driven and thus there is a movement of the ring gear. Also in this case, the outer circumference of the ring gear, as already prepared in some previously described preferred embodiments with appropriate documents or constructive measures so that, for example, a friction lining or a toothing or the like are mounted.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Welle an dem austretenden Ende der Antriebsvorrichtung mit einem Schneckentrieb verbunden oder direkt ausgeführt sein. Die Schnecke arbeitet mit einem Schneckenrad zusammen und erzeugt somit beispielsweise an einem auf dem Schneckenrad außerachsmittig angebrachten Mitnehmer ein hohes Drehmoment bei einer geringen Drehzahl.In a further preferred embodiment, the shaft can be connected at the exiting end of the drive device with a worm drive or executed directly. The worm cooperates with a worm wheel and thus generates high torque at low speed, for example, on a driver mounted on the worm wheel off-axis.
Es versteht sich, dass bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel auch auf der Achse der Antriebsvorrichtung eine Verzahnung vorhanden sein kann, die direkt mit einem Getriebemodul verbunden werden kann.It is understood that in a further preferred embodiment, on the axis of the drive device, a toothing can be present, which can be connected directly to a transmission module.
Die vor beschriebenen, nicht abschließend aufgezählten möglichen Ausführungen für eine umfangreiche Antriebskonstruktion zeigen, dass durch die unterschiedlichste Kombination von modularen einzelnen unterschiedlichen Modulen in Verbindung mit Grundmodulen, nämlich der Wicklung und den Magnethaltern, unterschiedlichste Antriebsvorrichtungen entstehen können. So ist insbesondere mit der gleichen Antriebskonzeption es möglich, eine Antriebsart sowohl direkt als auch indirekt über die Achse, als auch über die Umfangsfläche zu realisieren.The above-described, not exhaustively enumerated possible designs for a comprehensive drive construction show that the most diverse combination of modular individual different modules in connection with basic modules, namely the winding and the magnet holders, a variety of drive devices can arise. Thus, in particular with the same drive design, it is possible to realize a drive both directly and indirectly over the axis, as well as on the peripheral surface.
Die Erfindung wird nachfolgend in den Zeichnungen anhand von schematischen Darstellungen für unterschiedlichste Ausführungsformen und -beispiele eines modularen Antriebskonzeptes wiedergegeben.The invention is reproduced below in the drawings with reference to schematic representations for various embodiments and examples of a modular drive concept.
Es zeigt:It shows:
In der
Auf einer Achse
Wie durch die vorhergehende Beschreibung verdeutlicht wird, wird durch die Verwendung von austauschbaren Modulen, wie den Magnethaltern
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in der
Während bei den Ausführungsbeispielen der
Die
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in der
Die Ausführungsbeispiele der
Während bei den vorausgegangenen bevorzugten Ausführungsbeispielen auf den äußeren Teil der Antriebsvorrichtung
Die Signale der Sensoren sowie auch der Positionsmesseinrichtung
Durch die Programmierung der Steuer- und Regeleinheit
Oberhalb der Steuer- und Regeleinheit
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass die Wicklung
Ferner ist es möglich, dass die Antriebsvorrichtungen
Ebenfalls ist es möglich, dass die Steuer-/Regeleinheit
So können unterschiedliche Module der Steuer-/Regeleinheit
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Die
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der
Die
Die
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der
Während bei den vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispielen stets die Umfangsfläche
Die Wicklung
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Das Ausführungsbeispiel einer bevorzugten weiteren Ausführungsart der
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung
Anhand der Fülle der vor beschriebenen verschiedenen nicht abschließend aufgeführten, Ausführungsbeispiele zeigt sich, dass durch die Verwendung teilweise gleicher Module mit weiteren unterschiedlich gestalteten Modulen eine Konzeption für eine elektrische Antriebsvorrichtung gegeben ist, deren Verwendbarkeit nicht begrenzt ist. Insbesondere durch die Integration der Steuer- und Regeleinheit
Auch ist zu bedenken, dass durch den hohen Wirkungsgrad der exemplarisch dargestellten Antriebsvorrichtungen
Zur Erhöhung der abgegebenen Leistung können die Antriebsvorrichtungen
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen der Antriebsvorrichtungen
Die stationäre Wicklung
Aus der
Die Dauermagnete
Aus der
und L3 = ½L2
ist.From the
and L 3 = ½L 2
is.
Mit PH wird die Polhöhe festgelegt. Die Polhöhe PH ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa ½PL.
Wie der
Die Höhe der Dauermagneten
Somit zeigt sich, dass eine Pollänge PL mit einem gerichteten magnetischen Fluss an der Polfläche
Die Dauermagneten
In einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Die Pollänge PL in diesem Ausführungsbeispiel setzt sich aus der Länge der Magneten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 22
- Wicklungwinding
- 33
- Magnetmagnet
- 44
- Taschebag
- 55
- Lagercamp
- 66
- Lagercamp
- 77
- Hohlwellehollow shaft
- 8 8th
- elektrische Anschlüsseelectrical connections
- 99
- Magnethaltermagnetic holder
- 1010
- Außenflächeouter surface
- 1111
- Laufflächetread
- 1212
- Steuer-/RegeleinheitControl / regulation unit
- 1313
- Achseaxis
- 1414
- PlanetengetriebemodulPlanetary gear module
- 1515
- Verzahnunggearing
- 1616
- AntriebsmittelsicherungDrive means assurance
- 1717
- LaufbelagTreads
- 1818
- Vertiefungdeepening
- 1919
- Laufflächetread
- 2020
- Inkrementalgeberincremental
- 2121
- PositionsmesseinrichtungPosition measuring device
- 2222
- Gewindebohrungthreaded hole
- 2323
- Befestigungsbohrungmounting hole
- 2424
- Flanschflange
- 2525
- BefestigungsmodulRetention module
- 2626
- Befestigungsbohrungmounting hole
- 2727
- Verschraubungscrew
- 2828
- Umfangsflächeperipheral surface
- 2929
- Verbindungsflächeinterface
- 3030
- Ausschnittneckline
- 3131
- Antriebsmoduldrive module
- 3232
- Antriebsmoduldrive module
- 3333
- Getriebemodultransmission module
- 3434
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 3535
- Magnethaltermagnetic holder
- 3636
- Luftspaltair gap
- 3737
- Antriebsmoduldrive module
- 3838
- Halterholder
- 3939
- RückschlussmodulInference module
- 4040
- Abtriebsachseoutput shaft
- 4141
- Abtriebsachseoutput shaft
- 4242
- Abtriebsachseoutput shaft
- 4343
- Achseaxis
- 4444
- Magnethaltermagnetic holder
- 4545
- Gehäusehälftehousing half
- 4646
- Gehäusehälftehousing half
- 4747
- Getriebemodultransmission module
- 4848
- Achseaxis
- 4949
- Planetplanet
- 5050
- Sonnenradsun
- 5151
- Hohlradring gear
- 5252
- Stegweb
- 5353
- Umfangsflächeperipheral surface
- 5454
- Schneckeslug
- 5555
- Schneckenradworm
- 5656
- Mitnehmertakeaway
- 5757
- Verzahnunggearing
- 5858
- Zahnradgear
- 5959
- Zahntooth
- 6060
- Getriebemodultransmission module
- 6161
- Gewebebahnfabric web
- 6262
- Verzahnunggearing
- 6363
- Verzahnunggearing
- 6464
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 6565
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 6666
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 6767
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 6868
- Getriebemodultransmission module
- 6969
- Seitenflächeside surface
- 7070
- Lagercamp
- 7171
- Wicklungsanschlüssewinding connections
- 7272
- Mittecenter
- 7373
- Getriebetransmission
- 7474
- Übertragungswicklungtransmission winding
- 7575
- Speisewicklungdining winding
- 7676
- elektrische Anschlüsseelectrical connections
- 7777
- Wicklungssegmentwinding segment
- 7878
- Wicklungssegmentwinding segment
- 7979
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 8080
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 8181
- Magnetmagnet
- 8282
- Magnetmagnet
- 8383
- Magnetmagnet
- 8484
- Magnetmagnet
- 8585
- Wicklungskopfwinding head
- 8686
- Polflächepole
- 8787
- Magnetmagnet
- 8888
- Wicklungsanfangwinding start
- 8989
- Wicklungsanfangwinding start
- 9090
- Wicklungsanfangwinding start
- 9191
- Wicklungsanfangwinding start
- 9292
- Wicklungsanfangwinding start
- 9393
- Wicklungsanfangwinding start
- 9494
- Wicklungsendewinding end
- 9595
- Wicklungsendewinding end
- 9696
- Wicklungsendewinding end
- 9797
- Wicklungsendewinding end
- 9898
- Wicklungsendewinding end
- 9999
- Wicklungsendewinding end
- 100100
- Wicklungskopfwinding head
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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