DE4116212A1 - Magnetic bearing esp. for wheels of motor vehicle - exploits repulsion between like poles within base, and attraction between unlike poles within top of suspension - Google Patents

Magnetic bearing esp. for wheels of motor vehicle - exploits repulsion between like poles within base, and attraction between unlike poles within top of suspension

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Abstract

The rim of the wheel (1) carries a radially directed permanent-magnet ring (40) with opposite pole faces sepd. by a narrow air gap (5) from those of magnetic blocks (60, 61) fixed to the steering column or fork together with a conventional brake. The lower block (61) has a cross-section increasing downwards to accommodate the ring (40) and gap (5) so that the load on the hub is counteracted. The upper block (60) opens upwards around the conversely magnetised ring. ADVANTAGE - Friction is reduced along with transmission of shocks and vibrations from noisy road surfaces to vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radlagerung für ein Fahrzeugrad mit einer Nabe, die fahrzeugseitig gehalten ist und auf der eine Felge drehbar und axial unverschieblich gehalten ist.The invention relates to a wheel bearing for a vehicle wheel with a Hub that is held on the vehicle side and rotatable on one rim and is held axially immovable.

Es ist bekannt derartige Räder mit einem Gleitlager oder mit einer Kugellageranordnung zu versehen, die jedoch eine Reibung und Abnutzung aufweisen.It is known such wheels with a plain bearing or with a Ball bearing assembly to provide, however, a friction and Show wear.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lagerung zu offenbaren, die geringere Reibung und eine geringere Stoß- und Schwingungsüber­ tragung aufweist.It is an object of the invention to disclose improved storage, the lower friction and a lower shock and vibration transfer has wear.

Die Lösung besteht darin, daß die Felge einen radial gerichteten permanentmagnetisch polarisierten Magnetkranz trägt und einer Polfläche des Magnetkranzes mit einem engen Luftspalt gegenüber­ liegend gestellseitig mindestens ein Magnetblock angeordnet ist, der so polarisiert ist, daß er die Radlagerkraft zumindest teilweise aufnimmt.The solution is that the rim has a radial direction permanent magnetically polarized magnetic ring and one Pole face of the magnetic ring with a narrow air gap opposite At least one magnetic block is arranged horizontally on the frame side is polarized that it at least partially absorbs the wheel bearing force.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous refinements are specified in the subclaims.  

Das Rad wird durch die Magnetkraft in der Nabe durch einen Luftspalt beabstandet gehalten. Es wird unter dem Magnetkranz eine Magnet­ blockfläche mit abstoßender Polarität plaziert, und oberhalb kann eine Anziehung vorgesehen werden.The wheel is driven by the magnetic force in the hub through an air gap kept spaced. It becomes a magnet under the magnetic ring block surface with repulsive polarity, and above can one Attraction can be provided.

Dies ergibt folgende Vorteile:This has the following advantages:

  • - Eine Übertragung der Fahrbahngeräusche im Fahrzeug ist ausge­ schlossen;- There is no transmission of the roadway noise in the vehicle closed;
  • - die Unebenheiten der Fahrbahn werden nicht bemerkt;- the bumps of the road are not noticed;
  • - die Stoßdämpfer sind bezüglich der Stöße entlastet;- The shock absorbers are relieved of the shocks;
  • - eine Reibung besteht an den Radlagern nicht, wodurch der Energie­ verbrauch sinkt;- There is no friction on the wheel bearings, which causes energy consumption drops;
  • - das Fahrverhalten des Fahrzeuges ist verbessert; dadurch bleibt der Fahrer längere Zeit fahrtüchtig;- The driving behavior of the vehicle is improved; this leaves the Driver able to drive for a long time;
  • - die Endgeschwindigkeit des Fahrzeuges erhöht sich;- The top speed of the vehicle increases;
  • - das Fahrzeugchassis und die Lenkeinrichtung werden geschont;- The vehicle chassis and the steering device are protected;
  • - die Radrollgeräusche werden nicht auf das Fahrzeug übertragen.- The wheel rolling noises are not transmitted to the vehicle.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Fig. 1-7 dargestellt.Advantageous configurations are shown in FIGS. 1-7.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeugrad (1) mit einem ringförmigem Magnetkranz (40) sowie einem oberen und einen unteren Magnetblock (60, 61), die - nicht dargestellt - an einer Gabel eines Fahrzeuggestelles gehalten sind. Fig. 1 shows a vehicle wheel ( 1 ) with an annular magnetic ring ( 40 ) and an upper and a lower magnetic block ( 60 , 61 ), which - not shown - are held on a fork of a vehicle frame.

Fig. 2 zeigt das Fahrzeugrad (1) im eingebauten Zustand in der Gabel (10) in Seitenansicht. Fig. 2 shows the vehicle wheel ( 1 ) in the installed state in the fork ( 10 ) in side view.

Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch das Rad (1). Der Magnetkranz (40) ist von keilförmigem Querschnitt. Die beiden schräg V-förmig zur Seite gerichteten Polflächen sind entgegengesetzt polarisiert. Diesen Polflächen stehen komplementär mit einem geringem Luftspalt die Polflächen von Magnetblöcken (60, 61) gegenüber. Diese Magnetblöcke (60, 61) sind zu der Lenksäule oder der Gabel (10) befestigt, an der auch eine Bremsvorrichtung (9) bekannter Art montiert ist, die auf das Rad (1) einwirkt, wenn sie betätig ist. Der untere Magnetblock (61) hat einen nach unten sich erweiternden Querschnitt, in dem sich der Magnetkranz (40) mit einem engen Luft­ spalt (5) befindet. Dieser wird durch die magnetische Abstoßung der sich gegenüberstehenden gleichnamigen Polflächen so gehalten, daß ein Gleichgewicht mit der Last, die auf die Nabe wirkt, gehalten wird. Der oberhalb der Radachse (A) liegende Magnetblock (60) ist auf den nach oben gerichteten Flächen, die zu dem Magnetkranz (40) hin gerichtet sind, invers zu diesem polarisiert, so daß eine Anziehung erfolgt, die jedoch so gering gehalten ist, daß sie die Last, die auf die Nabe wirkt nicht, völlig überwindet, so daß der Schwebezustand der Nabe in den Magnetfeldern stets erhalten bleibt. Fig. 3 shows a vertical section through the wheel ( 1 ). The magnetic ring ( 40 ) has a wedge-shaped cross section. The two obliquely V-shaped pole faces are polarized in opposite directions. These pole faces are complementary to the pole faces of magnetic blocks ( 60 , 61 ) with a small air gap. These magnetic blocks ( 60 , 61 ) are attached to the steering column or fork ( 10 ), on which a brake device ( 9 ) of known type is also mounted, which acts on the wheel ( 1 ) when it is actuated. The lower magnetic block ( 61 ) has a downwardly widening cross section, in which the magnetic ring ( 40 ) is with a narrow air gap ( 5 ). This is held by the magnetic repulsion of the opposing pole faces of the same name in such a way that a balance is maintained with the load acting on the hub. The magnetic block ( 60 ) located above the wheel axis (A) is polarized inversely to the upward-facing surfaces which are directed towards the magnetic ring ( 40 ), so that an attraction takes place, but which is kept so low that it completely overcomes the load that does not act on the hub, so that the floating state of the hub is always maintained in the magnetic fields.

Zur Seite sind die Magnetpole des oberen Magnetblockes (60) ungleichsinnig zum Magnetkranz (40) polarisiert, so daß die Abstoßungen von beiden Seiten zentrierend auf das Rad (1) wirken.To the side, the magnetic poles of the upper magnetic block ( 60 ) are polarized in the opposite direction to the magnetic ring ( 40 ), so that the repulsions have a centering effect on the wheel ( 1 ) from both sides.

Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausgestaltung einer Radaufhängung. Dabei sind an der Felge (4) des Rades (1) um die Nabe (3) herum, die wie üblich in einer Gabel (10) gehalten ist, der Magnetkranz (40) angeordnet. Dieser hat einen etwa quadratischen Querschnitt, und eine Diagonale des Querschnittes ist radial angeordnet. Seine Polarisierung ist parallel zur Radachse (A) ausgerichtet. Beidseitig des Magnetkranzes (40) sind oberhalb und unterhalb der Radachse (A) je ein Magnetblock (60′, 60′′; 61′, 61′′) zwischen der Gabel (10) angeordnet, die jeweils aus einem Magnetteilblock bestehen, die spitzklammerartig mit einem geringen Luftspalt den Magnetkranz (40) umfassen und durch eine geeignete Polarisierung in Schwebe halten. Zu der Nabe (3) ist eine Lageranordnung wie Gleit- und/oder Kugellagern enthalten, die so viel Spiel haben, daß sie keine Reibung verursachen, jedoch bei extremer Stoßlast einen sicheren Anschlag bieten, so daß der Luftspalt (5) nie ganz geschlossen ist, da dieser etwas weiter als das Lagerspiel ist. Fig. 4 shows a vertical section through a further embodiment of a wheel suspension. The magnetic ring ( 40 ) is arranged on the rim ( 4 ) of the wheel ( 1 ) around the hub ( 3 ), which is held in a fork ( 10 ) as usual. This has an approximately square cross section, and a diagonal of the cross section is arranged radially. Its polarization is aligned parallel to the wheel axis (A). On both sides of the magnetic ring ( 40 ) a magnetic block ( 60 ', 60 ''; 61 ', 61 '') are arranged above and below the wheel axis (A) between the fork ( 10 ), each of which consists of a magnetic sub-block, the angle bracket with a small air gap enclose the magnetic ring ( 40 ) and keep it in suspension by means of a suitable polarization. To the hub ( 3 ) a bearing arrangement such as slide and / or ball bearings is included, which have so much play that they do not cause friction, but offer a secure stop under extreme impact loads, so that the air gap ( 5 ) is never completely closed , because this is slightly wider than the bearing clearance.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen vergrößert im Detail die Polarisierung der vier Flächen (40A-40D) des Magnetkranzes (40) und der vier korrespondieren­ den Polflächen (60A-60D) der oberen Magnetblockanordnung (60′, 60′′) sowie der vier Polflächen (61A-61D) der unteren Magnetblockanordnung (61′, 61′′). Die unteren Polpaare (40A, 60A; 40B, 60B; 40C, 61C; 40D, 61D) sind jeweils ungleichnamig und somit durch Anziehung tragend, und die oberen Polpaarungen (40C, 60C; 40D, 60D; 40A, 61A; 40B, 61B) sind gleich­ namig und somit abstoßend. Sie nutzen damit die Tragfähigkeit des Magnetpotentials voll aus. Fig. 5 and Fig. 6 show enlarged in detail the polarization of the four surfaces ( 40 A- 40 D) of the magnetic ring ( 40 ) and the four correspond to the pole surfaces ( 60 A- 60 D) of the upper magnetic block arrangement ( 60 ', 60 '') And the four pole faces ( 61 A- 61 D) of the lower magnetic block arrangement ( 61 ', 61 ''). The lower pole pairs ( 40 A, 60 A; 40 B, 60 B; 40 C, 61 C; 40 D, 61 D) are each of the same name and thus bear by attraction, and the upper pole pairs ( 40 C, 60 C; 40 D , 60 D; 40 A, 61 A; 40 B, 61 B) have the same name and are therefore repulsive. This means that you fully utilize the load-bearing capacity of the magnetic potential.

Zu Fig. 7 Ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Magnet­ anordnung dargestellt, bei der zumindest ein Teil der Magnetblöcke (62′, 62′′) als Elektromagnete ausgebildet sind. Die Luftspalte (5′, 5′′) dieser Magnetteilblöcke (62′, 62′′) zu den Polflächen des Magnetkranzes (40) werden durch Sensoren (8′, 8′′) gemessen und deren Abstandssignale sind einer Stromregelvorrichtung (R′, R′′) zugeführt, die die Wicklungen (W′, W′′) der Elektromagnete (62′, 62′′) so geregelt bestromt, daß die Luftspalte (5′, 5′′), eine vorgegebene Weite aufweisen.To FIG. 7 is illustrated arrangement, a further advantageous embodiment of the magnet are configured as electromagnets which at least a part of the magnet blocks (62 ', 62' '). The air gaps ( 5 ', 5 '') of these partial magnetic blocks ( 62 ', 62 '') to the pole faces of the magnetic ring ( 40 ) are measured by sensors ( 8 ', 8 '') and their distance signals are a current control device (R', R '') supplied, which energizes the windings (W ', W'') of the electromagnets ( 62 ', 62 '') so that the air gaps ( 5 ', 5 '') have a predetermined width.

Die Grundlast wird vorteilhaft durch Permanentmagnetblöcke getragen, und nur die variable Last wird von den Elektromagneten ausgeglichen, so daß nur relativ wenig elektrische Bestromungsenergie verbraucht wird. The base load is advantageously carried by permanent magnet blocks, and only the variable load is balanced by the electromagnets, so that only relatively little electrical energizing energy is consumed becomes.  

Die Regelvorrichtung (R′ R′′) kann vorteilhaft schwingungsdämpfend ausgestaltet sein.The control device (R 'R' ') can advantageously dampen vibrations be designed.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Magnetblöcke (63′, 63′′) zeigt Fig. 8, wo allseitig des Magnetkranzes (40) gleichnamige Pole um den Luftspalt angeordnet sind. Hier durch wird eine allseitige Zentrierung bewirkt, da die Magnetkräfte mit der Luftspaltweite abnehmen. Derartige Magnetblöcke sind vorteilhaft etwa in Achshöhe vorgesehen, wodurch die Last aufgenommen wird, die jeweils durch den Rollwiderstand oder durch die Bremsverzögerung zu übertragen ist. Eine Anordnung dieser Magnetblockgruppe ist jedoch auch im oberen oder unteren Radbereich möglich, da sich dann, je nach Belastung oben ein kleinerer Luftspalt als unten einstellt, so daß wegen der Nicht­ linearität der Abstoßungskraft über die Luftspaltweite der Trageffekt erreicht wird.A further advantageous embodiment of the magnetic blocks ( 63 ', 63 '') is shown in FIG. 8, where poles of the same name are arranged on all sides of the magnetic ring ( 40 ) around the air gap. All-round centering is achieved here because the magnetic forces decrease with the air gap width. Magnet blocks of this type are advantageously provided approximately at axle height, as a result of which the load is absorbed, which is to be transmitted in each case by the rolling resistance or by the braking deceleration. An arrangement of this magnetic block group is also possible in the upper or lower wheel area, because then, depending on the load, a smaller air gap than below arises, so that the supporting effect is achieved due to the non-linearity of the repulsive force over the air gap width.

Claims (12)

1. Radlagerung, insbesondere für ein Fahrzeugrad (1, 2), mit einer Nabe (3), die fahrzeugseitig gehalten ist und auf der eine Felge (4) drehbar und axial unverschieblich gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Felge (4) einen radial gerichtet permanentmagnetisch polarisierten Magnetkranz (40) trägt und einer Polfläche (40A, 40B, 40C, 40D) des Magnetkranzes (40) mit einem engen Luftspalt (5) gegenüberliegend gestellseitig mindestens ein Magnetblock (60, 61) angeordnet ist, der so polarisiert ist, daß er die Radlagerkraft zumindest teilweise aufnimmt.1. Wheel bearing, in particular for a vehicle wheel ( 1 , 2 ), with a hub ( 3 ) which is held on the vehicle side and on which a rim ( 4 ) is rotatably and axially immovably held, characterized in that the rim ( 4 ) one radially directed permanent magnetically polarized magnetic ring ( 40 ) and a pole face ( 40 A, 40 B, 40 C, 40 D) of the magnetic ring ( 40 ) with a narrow air gap ( 5 ) opposite at least one magnetic block ( 60 , 61 ) is arranged on the frame side, which is polarized so that it at least partially absorbs the wheel bearing force. 2. Radlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz (40) außer einer radialen Polarisierung nach beiden Seiten gerichtete Magnetfeldkomponenten aufweist und aus dem gestellseitigem Magnetblock (60, 61) zu den seitlichen Magnetfeld­ komponenten zentrierend abstoßende Magnetfelder austreten.2. Wheel bearing according to claim 1, characterized in that the magnetic ring ( 40 ) in addition to radial polarization has magnetic field components directed to both sides and emerge from the frame-side magnetic block ( 60 , 61 ) to the lateral magnetic field components repelling magnetic fields. 3. Radlagerung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Polflächen (40A, 40B; 40C, 40D) des Magnetkranzes V-förmig zueinander und divergierend oder konvergierend zur Radachse (A) angeordnet sind und der Magnetblock (60, 61) eine geometrisch komplementäre Polanordnung (60A, 60B; 60C, 60D) mit geringem Luftspalt (5) aufweist. 3. Wheel bearing according to claim 1 or claim 2, characterized in that at least two of the pole faces ( 40 A, 40 B; 40 C, 40 D) of the magnetic ring are arranged in a V-shape with respect to one another and diverging or converging to the wheel axis (A) and the Magnetic block ( 60 , 61 ) has a geometrically complementary pole arrangement ( 60 A, 60 B; 60 C, 60 D) with a small air gap ( 5 ). 4. Radlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Magnetpole (60A, 60B) des Magnetblockes (60), die unterhalb des Magnetkranzes (40) angeordnet sind, anziehend dazu polarisiert sind und gegebenenfalls die Magnetpole (60C, 60D), die oberhalb des Magnetkranzes (40) beabstandet gehalten sind, abstoßend dazu polarisiert sind.4. Wheel bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic poles ( 60 A, 60 B) of the magnetic block ( 60 ), which are arranged below the magnetic ring ( 40 ), are attractively polarized and optionally the magnetic poles ( 60 C) , 60 D), which are kept spaced above the magnetic ring ( 40 ), are repulsively polarized. 5. Radlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz (40) achsparallel zur Radachse polarisiert ist und einen etwa quadratischen Querschnitt aufweist, dessen eine Diagonale radial liegt, und daß jeweils beidseitig des Magnetkranzes (40) je ein Teilmagnetblock (60′, 60′′) oberhalb der Radachse (A) gestellseits angeordnet ist und ein zweiter Magnetblock (61), der aus je einem Teilmagnetblock (61′, 61′′) besteht, unterhalb der Radachse (A) beidseitig des Magnetkranzes (40) gestellseitig gehalten ist.5. Wheel bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic ring ( 40 ) is polarized axially parallel to the wheel axis and has an approximately square cross-section, one diagonal of which is radial, and that in each case on both sides of the magnetic ring ( 40 ) a partial magnetic block ( 60 ', 60 '') above the wheel axis (A) is arranged on the frame side and a second magnetic block ( 61 ), each consisting of a partial magnetic block ( 61 ', 61 ''), below the wheel axis (A) on both sides of the magnetic ring ( 40 ) is held on the rack side. 6. Radlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Radnabe ein Kugel- oder Gleitlager (70) enthalten ist, das ein Spiel aufweist, das etwas geringer ist als es der Luftspalt (5) zwischen den Polflächen (40A, 40B; 40C, 40D; 60A, 60B; 60C, 60D) gewährt. 6. Wheel bearing according to one of the preceding claims, characterized in that a ball or slide bearing ( 70 ) is contained in the wheel hub, which has a game that is slightly less than the air gap ( 5 ) between the pole faces ( 40 A, 40 B; 40 C, 40 D; 60 A, 60 B; 60 C, 60 D) granted. 7. Radlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetblöcke (60, 61) ein Nabeninnenteil bilden und der Magnetkranz (40) ein Nabenaußenteil bildet.7. Wheel bearing according to one of claims 1 to 5, characterized in that the magnetic blocks ( 60 , 61 ) form an inner hub part and the magnetic ring ( 40 ) forms an outer hub part. 8. Radlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Magnetblöcke (62′, 62′′) ein Elektromagnet ist, dessen Bestromung mittels Abstandsensoren (8′, 8′′) so geregelt ist, daß die zugehörigen Luftspalten (5′, 5′′) eine vorgegebene Weite haben.8. Wheel bearing according to one of the preceding claims, characterized in that at least part of the magnetic blocks ( 62 ', 62 '') is an electromagnet, the current supply by means of distance sensors ( 8 ', 8 '') is controlled so that the associated air gaps ( 5 ′, 5 ′ ′) have a given width. 9. Radlagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Magnetkranzes (40) je ein elektromagnetischer Magnetteilblock (62′, 62′′) angeordnet ist und diese Teilblöcke jeweils mittels eines zugehörigen Sensors (8′, 8′′) der Luftspaltweiten (5′, 5′′) durch getrennte Regelvorrichtungen (R′, R′′) zur Einhaltung jeweils vorgegebener Luftspaltenweiten (5′, 5′′) bestromt sind.9. Wheel bearing according to claim 8, characterized in that an electromagnetic magnetic partial block ( 62 ', 62 '') is arranged on both sides of the magnetic ring ( 40 ) and these partial blocks each by means of an associated sensor ( 8 ', 8 '') of the air gap widths ( 5 ', 5 '') are energized by separate control devices (R', R '') to comply with the respective predetermined air gap widths ( 5 ', 5 ''). 10. Radlagerung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtungen (R′, R′′) schwingungsdämpfend ausgestaltet sind. 10. Wheel bearing according to claim 8 or claim 9, characterized characterized in that the control devices (R ', R' ') vibration damping are designed.   11. Radlagerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilmagnetblock (63′, 63′′) dem Magnetkranz (40) jeweils nur mit abstoßend gleichnamigen Magnetpolflächen gegenüberliegend angeordnet ist.11. Wheel bearing according to one of the preceding claims, characterized in that at least one partial magnetic block ( 63 ', 63 '') the magnetic ring ( 40 ) is arranged opposite each other only with repulsive magnetic pole faces of the same name. 12. Radlagerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilmagnetblock (63′, 63′′) mit der zum Magnetkranz (40) nur abstoßend orientierten Magnetpolflächenanordnung etwa in Achshöhe der Radachse (A) angeordnet ist.12. Wheel bearing according to claim 11, characterized in that at least one partial magnetic block ( 63 ', 63 '') is arranged with the magnetic ring ( 40 ) only repulsively oriented magnetic pole surface arrangement approximately at the height of the wheel axle (A).
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