SE513931C2 - Don inrättat att verka mellan två i förhållande till varandra rörliga delar hos ett fordon - Google Patents

Description

513 931 2 hydrauliska och pneumatiska donen är att de ofta drabbas av fel och att de kräver en hel del underhåll.

Genom DE 296 21 247 Ul är det känt att anordna ett elekt- riskt drivet don i ett rälsgående fordon för att styra vagnskorgens lutning vid färd i kurvor. Donet är infästbart mellan vagnskorgen och en underliggande boggiram och inne- fattar två i förhållande till varandra i längdled förskjut- bara partier. Det första partiet innefattar en nmtter och det andra partiet en långsträckt gängad stång som vid rota- tion samverkar med muttern så att donets längd kan ändras.

Det andra partiet innefattar för rotation av stången en elektrisk rotormaskin med en stator och en rotor som är fast förbunden med stången. I skriften påpekas även den alterna- tiva möjligheten att den elektriska rotormaskinen kan driva muttern i stället för stången.

För att en elektrisk rotormaskin, ska klara av att förskjuta en vagnskorg relativt en boggiranl utan att försämra det rälsgående fordonets dynamiska egenskaper får de med rotorn roterande delarna inte uppvisa ett för stort tröghetsmoment.

Nämnda roterande delars massa bör därför vara så liten som möjlig. En nackdel med den kända konstruktion är att rotorns stor rörelser överförs till stången som har en relativt massa. Därutöver sker kraftöverföringen mellan rotor och stång på ett första ställe varefter stångens rotationsrö- relse överförs till muttern vid ett andra ställe beläget på avstånd från det första stället. En sådan kraftöverföring innefattar en hel del förluster. Det ovan beskriva kända elektriska donet torde därför inte fungera väl för att för- skjuta en vagnskorg.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett elektriskt drivet don av inledningsvis nämnt slag vilket har 10 15 20 25 30 35 513 931 3 en relativt liten och kompakt konstruktion och vilket på ett tillförlitligt sätt kan verka mellan fordonsdelar med en av- sevärd tyngd. Ett sådant elektriskt don kan därmed ersätta konventionella hydrauliska och pneumatiska don.

Detta syfte uppnås med det inledningsvis nämnda donet som kännetecknas av rotorn och xnuttern är så positionerade i förhållande till varandra att åtminstone ett radiellt plan med avseende på den axiella riktningen sträcker sig genom både rotorn och muttern. Dessutom kan man med nämnda posi- tionering fästa rotorn och muttern direkt mot varandra utan extra förbindningsdelar som skulle öka den med rotorn ro- terande massan. Därutöver erhålls med nämnda positionering en mycket kort kraftöverföringsväg för överföring av rotorns rotationsrörelse, via muttern, till stången och vice versa, vilket håller förlusterna vid kraftöverföringen på en låg nivå. Ett elektriskt don enligt ovan kan därför tillverkas som en kompakt konstruktion med få ingående delar. Donet kan därför även genom sin enkelhet tillverkas till en låg kostnad. Dessutom är ett sådant don betydligt billigare i drift än konventionella hydrauliska och pneumatiska don eftersom det kräver mindre underhåll.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen bildar rotorn och nmttern en integrerad del. Därmed behöver ingen särskild koppling anordnas mellan rotor och mutter och för- lusterna vid denna kraftöverföring blir därmed i det när- maste obefintlig.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar muttern invändigt lagrade kulor som är inrättade att vid mutterns rotationsrörelse rulla längs stångens ut- vändiga gängor. Med sådana kulor uppnås att friktionen mel- lan mutter och stång vid rotationsrörelsen blir mycket låg samtidigt som kulorna tillåter en viss snedställning av 10 15 20 25 30 35 513 931 4 _ stången i förhållande till muttern utan att friktionen där- emellan ökar nämnvärt.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är statorn stelt förbunden med det andra partiet. Det andra partiet kan därvid uppvisa en inre hålighet anpassad för mottagning av den elektriska rotormaskinen vars stator, som fästs vanligtvis har en yttre cylindrisk form, stelt på lämpligt sätt i nämnda hålighet.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är den elektriska rotormaskinen inrättad att vid behov, via do- net, förskjuta nämnda fordonsdelar i förhållande till var- andra. Donet kan därvid vara kopplat till en styrenhet som exempelvis avkänner fordonets sidoacceleration och fordons- delarnas inbördes position, rörelseriktning och hastighet. I beroende av nämnda avkända värden kan styrenheten genom lämplig energitillförsel till den elektriska rotormaskinen initiera en förskjutning av nämnda fordonsdelar till en öns- kad position. Den elektriska rotormaskinen kan även vara in- rättad att vid behov, via donet, dämpa rörelser mellan nämnda fordonsdelar. Ett sådant don kan därmed ersätta kon- ventionella dämpningsorgan av hydraulisk eller pneumatisk typ. ler dämpningsorgan, Dylika don kan därmed tjäna som förskjutningsorgan el- eller vilket är mest fördelaktigt både som förskjutningsorgan och dämpningsorgan.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar den elektriska rotormaskinen en permanentmagneti- serad synkrommotor. Rotorn är här permanentmagnetiserad och kommer därmed att rotera exakt med det varvtal som det ro- terande nægnetfältet. Rotorns varvtal bestäms av strömmens frekvens i statorns lindningar och antalet poler. Med en så- dan elektrisk rotormaskin är det lätt att ge donet erfor- derlig styrning och därmed sàdana egenskaper att det blir Andra lämpligt som förskjutningsorgan och dämpningsorgan. 10 15 20 25 30 35 513 931 5 typer av elektriska rotormaskiner än en permanentmagnetise- rad synkrommotor är även möjliga att använda för att erhålla nämnda förskjutning och/eller dämpning.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är fordonet ett rälsgående fordon. Vid rälsgående fordon är tillgången på elektrisk energi oftast inte något problem och det är oftast en fördel att kunna ersätta hydrauliska eller pneumatiska don med elektriska. Detta beror på att de elektriskt drivna donen med hjälputrustning kräver ett be- tydligt mindre underhåll än de hydrauliska och pneumatiska.

Dessutom kräver de ett ndndre utrymme och har en betydligt lägre vikt. Med fördel är nämnda första och andra del hos fordonet en vagnskorg och en boggiram. Vid rälsgående fordon är det framförallt vagnskorgens rörelser som ett dylikt don kan vara ämnat att påverka i åkkomfort. syfte att förbättra passa- gerarnas Vid det rälsgående fordonets färd i kurvor kan donet därvid vara inrättat att förskjuta vagns- korgen i sidled i förhållande till boggiramen. Ett sådant don kan även vid färd i kurvor vara inrättat att luta vagns- korgen i förhållande till boggiramen. Därutöver kan sådana don vara inrättade att dämpa väsentligen alla vagnskorgens rörelser som uppkommer under det rälsgående fordonets fram- förande. Sådana dämprörelser av vagnskorgen kan utföras både i vertikalled och horisontalled.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs såsom exempel en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade rit- ningar, på vilka: Fig l visar en snittvy av ett don enligt föreliggande upp- finning, Fig 2 visar en snittvy av donet i Fig 1 längs linjen A-A, 10 15 20 25 30 35 513 931 6 Fig 3 visar ett don enligt föreliggande uppfinning anordnat att förskjuta en vagnskorg i sidled hos ett rälsgàende for- don, Pig 4 visar två don enligt föreliggande uppfinning anordnade att luta en vagnskorg hos ett rälsgàende fordon.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV FÖRELIGGANDE UPPFINNING I Fig 1 och 2 visas ett don 1 som är inrättat att verka mel- lan två i förhållande till varandra rörliga delar hos ett fordon. Donet 1 innefattar ett första parti 2 och ett andra förhållande till varandra för att påverka fordonsdelarnas position i parti 3 som är längdföränderligt anordnade i förhållande till varandra. Det första partiet 2 är medelst ett första ringformigt organ 4 förbindbart med en av nämnda fordonsdelar och det andra partiet 3 är medelst ett andra ringformigt organ 5 förbindbart med den andra fordonsdelen.

Det första partiet 2 innefattar en làngsträckt stång 6 med utvändiga gängor 7 medan det andra partiet 3 innefattar en mutter 8 som är roterbart anordnad på stången 6. Donet 1 är därmed längdföränderligt i en axiell riktning L vid en rota- tionsrörelse mellan stång 6 och mutter 8. Det andra partiet 3 innefattar ett cylindriskt parti 9 med en inre hålighet som är inrättad att mottaga en elektrisk rotormaskin 10. Den elektriska rotormaskinen 10 innefattar en stator 11 som på lämpligt sätt fästs stelt i det cylindriska partiet 9.

Statorn 11 innefattar ett flertal genomgående lindningar 12 inrättade att leda en elektrisk ström vid aktivering av en rotor 13 som är anordnad radiellt invändigt i statorn ll.

Rotorn 13 är fast förbunden med muttern 8 så att dessa bil- dar en integrerad del. I Fig 2 visas en snittvy längs linjen A-A i Fig 1, avseende på den axiella riktningen L, denna snittvy visar ett radiellt plan med där det framgår att det radiella planet sträcker sig genom både rotorn 13 och nmttern 8. Den i figurerna visade rotorn 13 omsluter hela 10 15 20 25 30 35 513 931 7 muttern 8. Rotorn 13 och nmttern 8 har där en väsentligen gemensam sträckning i den axiella riktningen L. Rotorn 13 innefattar vid en yttre yta fyra stycken magneter 14 som är inrättade att vara permanent magnetiserade. Den med rotorn 13 integrerade muttern 8 innefattar invändigt lagrade kulor 15 son1 är inrättade att vid rotation av xnuttern 8 rulla längs stångens 6 utvändigt anordnade gängor 7. Med sådana kulor 15 kan friktionen mellan mutter 8 och stång 6 hållas på en mycket låg nivå. Kulorna 15 medger även en mindre snedställning av stången 6 i förhållande till mutter 8 utan att friktionen ökar nämnvärt. För att medge en väsentligen friktionsfri rotation av rotorn 13 i statorn 11 är första lager 16 och andra lager 17 anordnade.

Den i figurerna 1 och 2 visade elektriska rotormaskinen 10 är en synkrommaskin med en permanentmagnetiserad rotor 13.

Genom att leda växelström genom statorns 11 lindningar 12 uppstår ett roterande magnetfältet vars varvtal bestäms av strömmens frekvens och antalet poler. Rotorn 13 hos en synkrommaskin roterar synkront med det roterande magnetfäl- tet och rotorn 13 erhåller därför samma varvtal som magnet- fältet. Rotorns 13 varvtal kan därför styras genom variation av frekvensen hos den växelström som leds genom statorns 11 lindningar 12. Med en sådan elektrisk rotormaskin 10 är det lätt att ge donet 1 en erforderlig styrning och därmed så- dana egenskaper att det blir lämpligt både som. förskjut- ningsorgan och dämpningsorgan.

I Fig 3 visas en mycket fördelaktig tillämpning av det elektriska donet 1 i ett rälsgående fordon. Donet 1 är här inrättad att förskjuta vagnskorgen 18 i sidled till en öns- kad position vid det rälsgående fordonets färd i kurvor. Do- net 1 innefattar en första ände 2 som är förbunden med vagnskorgen 18 och en andra ände 3 som är förbunden med en boggiræn 19. Genom att donet 1 är infäst mellan två i för- hållande till varandra fjädrande delar 18, 19 måste donet 1 10 15 20 25 30 35 513 931 kunna följa de relativa rörelserna mellan vagnskorgen 18 och boggin 19 utan att det tillför styvhet till vagnskorgens 18 fjädring. En stor roterande massa med ett stort tröghetsmo- ment tillför en sådan styvhet till fjädringen vid höga fre- kvenser. Det elektriska donet 1, enligt föreliggande uppfin- ning, är därför mycket lämpat att anordnas för att förskjuta en vagnskorg' i sidled p g a det har en liten roterande maSSä .

I Fig 4 visas en annan tillämpning av det elektriska donet 1 i ett rälsgående fordon. Två don 1 enligt ovan är här med var sitt första parti 2 förbundna med en vagnskorg 18 och med ett andra parti 3 förbundna med en boggiram 19, via ett s k vaggbalk 23. Donen 1 är vid denna tillämpning inrättade att luta vagnskorg 18 i förhållande till en boggiram 19, un- der det rälsgående fordonets färd i kurvor. Med en sådan vaggbalk 23, vagnskorgen 18, som är fjädrande anordnad i förhållande till påverkar donens 1 rörelser inte på samma sätt vagnskorgens fjädring och det ställs här inte lika höga krav på att det elektriska donet 1 ska ha en liten roterande massa.

En elektrisk styrenhet 20 kan vara inrättad att styra de elektriska donen 1, som är visade i Fig 3 och 4. En sådan styrenheten 20 kan vara inrättad att avkänna den på vagns- korgen verkande sidoaccelerationen medelst exempelvis sen- sorer 21. Styrenheten 20 kan därmed beräkna en för vagnskor- gen 18 optimal sidoförskjutning och lutning i. förhållande till boggiramen 19 vid färd i kurvor, vid vilken passage- rarna i vagnskorgen 18 upplever en optimal àkkomfort. Där- utöver kan styrenheten 20 avkänna andra nödvändiga paramet- rar för att förskjuta vagnskorgen till den optimala posi- tionen. Sådana parametrar kan vara vagnskorgens 18 position, förhållande till Mot bakgrund av rörelseriktning och rörelsehastighet i boggiramen 19 och mätas av sensorer 22. dessa uppgifter kan styrenheten 20 beräkna erforderliga 10 15 20 25 513 931 9 värden för den ström som måste ledas genom respektive dons 1 statorlindningar 12 för att 'vagnskorgen 18 ska förskjutas från den nuvarande positionen till den beräknade optimala positionen. Styrenheten 20 initierar därefter tillförsel av ström enligt beräknade strömvärden till var och en av donens don 1 därvid så att vagnskorgen 18 förskjuts från den ifrågava- l statorlindningar 12. Respektive längdförändras rande positionen till den beräknade positionen i förhållande till boggiramen 19. Med fördel styrs strömtillförsel till statorns 11 lindningar 12 så att förskjutningsrörelsen av vagnskorgen 18 sker på ett relativt mjukt sätt. I de fall då ingen sidoacceleration påverkar vagnskorgen 18, d wr s på raksträckor, fungerar de elektriska donen 1 väsentligen som dämpningsorgan för de vridrörelser av vagnskorgen 18 som kan uppkomma under fordonets färd.

Ovan beskrivna elektriska don 1 kan med en något enklare styrenhet 20 fungera enbart som dämpningsorgan. Donen 1 kan härvid användas både som vertikaldämpare och horisontaldäm- pare.

Föreliggande uppfinning är på intet sätt begränsad till den ovan beskrivna utföringsformen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Exempelvis så är det möjligt att an- vända andra typer av elektriska rotormaskiner än permanent- magnetiserade synkronmaskiner. Donets 1 användbarhet är inte heller begränsad till att användas vid rälsgående fordon utan det kan användas vid väsentligen alla typer av fordon med två i förhållande till varandra rörliga fordonsdelar.

Claims (11)

in UI 20 25 30 513 931 .av Patentkrav __________

1. Don (1) inrättat att verka mellan två i förhållande till varandra rö_liga delar hos ett fordon, 'arvid donet (1) v sträcker sig nællan nämnda delar och innefattar ett första parti (2) som är förbindbart med den första delen hos for- donet och ett andra parti (3) andra delen, som är förbindbart med den varvid det första partiet (2) innefattar en långsträckt stång (6) med utvändiga gängor (7) och det andra partiet (3) en mutter (8) så att donet (1) och mutter (8) är längdföränderligt i en axiell (L), varvid en elektrisk rotormaskin (10) med en stator (ll) och en rotor (13) är inrättad att påverka nämnda (13) (8) är så positionerade i förhållande till varandra att åtminstone ett som är roterbart anordnad på stången (7) vid en rotationsrörelse mellan stång (7) riktning rotationsrörelse och varvid rotorn och mutter radiellt plarl med avseende på den axiella. riktningen (L) sträcker sig genom både rotorn (13) och muttern (8), kännetecknad av att rotorn (13) och nmttern (8) är stelt förbundna och bildar en integrerad del.

2. Don enligt krav l, kännetecknad av att muttern (8) inne- fattar invändigt lagrade kulor (15) som är inrättade att vid mutterns (8) rotationsrörelse rulla längs stångens (6) ut- vändiga gängor (7).

3. Don enligt något av föregående krav, kännetecknad av att statorn (11) är stelt förbunden med det andra partiet (3).

4. Don enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den elektriska rotormaskinen (10) är inrättad att vid behov, (1), till varandra. via donet förskjuta nämnda fordonsdelar i förhållande 10 15 20 25 s1_2¿ 931 s.

5. Don enligt något av föregående krav, at den elektriska rotor-maskinen (10) är i rättad att vid behov, via donet (1) , dämpa rörelser mellan nämnda fordonsdelar.

6. Don enligt något av föregående krav, att den elektriska rotormaskinen (10) innefattar en permanent- magnetiserad synkrotmnotor .

7. Don enligt något av föregående krav, att fordonet är ett rälsgående fordon.

8. Don enligt krav 7, att nämnda första och andra del hos fordonet är en vagnskorg (18) och en boggiram (19) .

9. Don enligt krav 8, att donet (1) är in- rättat att vid behov förskjuta vagnskorgen (18) i sidled i förhållande till boggiramen (19) .

10. Don enligt krav 8, att donet (1) är in- rättat att vid .behov luta vagnskorgen (18) i förhållande till boggiramen (19) .

11. Don enligt något av kraven 8 till 10, att 'donet (1) är inrättat att dämpa uppkomna rörelser hos vagnskorgen (18) i förhållande till boggiramen (19).