WO2014060060A1 - Elektrischer dämpfer für ein kraftfahrzeug - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an electric damper for a motor vehicle for damping a relative movement between two components according to the preamble of An ⁇ claim 1.
- the DE 10 2010 035 084 AI describes an electric damper for a motor vehicle which damps a relative movement between two components.
- the electric damper has a housing, wherein a stator is fixed in this housing. Relative to the stator, a rotor is rotatably arranged, which has field magnets or induction windings. The rotation of the rotor relative to the stator induces a voltage in the induction windings which decelerates and thereby dampens the rotor.
- the solution proposed in DE 10 2010 035 084 A1 has the disadvantage that a high relative speed between rotor and stator is necessary to generate a sufficient damping force.
- stator has at least one coil disc on which seg ⁇ ment wise excitation windings are arranged.
- the generator has a rotor, which comprises a rotor shaft, which is rotatably connected to at least one rotor ⁇ disc.
- Magnetizable elements in particular ferromagnetic elements, are arranged circumferentially in segments on this rotor disk.
- To the ⁇ are on the rotor shaft field generating means pre ⁇ see, which are connected to the magnetizable elements such that adjacent magnetizable elements having a different magnetic polarity.
- the magnetic field transported by the magnetizable elements thereby preferably acts on both sides of the rotor disk with a north-south orientation parallel to the rotor shaft.
- the arrangement may also be designed so that magnetizable elements in the axial direction on the surfaces of the rotor discs are being introduced ⁇ wherein the opposing magnetizable Baren elements by the field generating means have a different polarity.
- the number of required field generating elements can be kept very low.
- the rotor disk configured as described above can be coaxially inserted between two adjacent coil disks.
- At least two rotor disks are provided, which are arranged between three coil disks.
- the field-generating means and magnetizable elements are arranged so that the opposing magnetizable elements of two adjacent rotor disks have a different magnetic polarity.
- the magnetic field generated by the two adjacent rotor disks acts on the intermediate coil disk in the same direction and in this way acts as a series connection.
- the damping characteristic is significantly increased in a compact design.
- the field-generating means may be formed as permanent magnets.
- magnetizable elements Since the arranged on a rotor disk axially opposite magnetizable elements must have an opposite polarity anyway, it is advantageous to use per segment only one magnetizable element, in particular a ferromagnetic element in the rotor disk. Particularly suitable are soft magnetic elements.
- Iron is preferably used as the magnetisable element.
- the excitation windings of the coil disks are connected to a resistor.
- the damping force can be set.
- this damping is easily adjustable. The energy gained from the damper can advantageously continue to be used in the vehicle.
- a chassis comprising a suspension link and a vehicle body which are interconnected by a previously described electric damper.
- the stator is connected with its housing with the suspension arm, wherein the rotor shaft, which preferably protrudes on both sides of the stator, are firmly connected on both sides with a vehicle body.
- the stator housing this can be ideally adapted to the shape of the handlebar eye, whereby the handlebar movement leads to a relative movement between the stator and the rotor shaft. As a result, movement of the suspension link relative to the vehicle body is effectively damped.
- Fig. 1 is a schematic sectional view of a generator
- Fig. 2 is a plan view of the rotor disk
- Fig. 3 is a plan view of a coil disc
- Fig. 4 shows an arrangement of a generator according to the invention in a vehicle.
- Fig. 1 shows a schematic sectional view of a generator 10.
- the generator 10 has a housing 12 which acts as a stator. On the housing 12 coil discs 14, 16, 18 are arranged.
- the rotor 20 of the generator 10 comprises a rotor shaft 22 and rotor disks 24, 26 fastened thereto.
- the rotor shaft 22 is rotatably supported in the generator housing 12 via ball bearings.
- the rotor disks 24, 26 are arranged in the axial direction between the coil disks 14, 16, 18.
- Soft magnetic elements 27 are arranged on the rotor disk surfaces. On the rotor disk 24, the soft-magnetic elements 26, 27 are shown in an exemplary manner without being connected to a field-generating means, as a result of which they are not magnetically polarized.
- a variant is shown on the upper part of the rotor disk 24, in which soft-magnetic elements 27 are provided on both surfaces.
- soft-magnetic elements 27 are provided on both surfaces.
- a continuous soft magnetic element is introduced into the rotor disk 24.
- permanent magnets 28 are mounted on the rotor shaft 22, these are coupled to the soft magnetic elements 27 and arranged such that the polarity of the rotor mounted on a rotor disc 24, 26 in the axial direction opposite soft magnetic elements 27 are polarized differently.
- the permanent magnets 28 are arranged so that in the axial direction opposite soft magnetic elements 27 on two adjacent rotor disks 24, 26 also have an opposite polarity.
- FIG. 2 shows a plan view of a rotor disk 24.
- the soft magnetic elements 27 are arranged in segments on the surface of the rotor disk 24.
- permanent magnets 28 are arranged on the rotor shaft 22 such that an alternating opposite polarization of the soft magnetic elements 27 is achieved.
- FIG. 3 shows the plan view of a coil disk 18 in which segment-wise coils 30 are arranged circumferentially. In these coils 30, a voltage is induced during rotation of the rotor relative to the stator.
- the Segments The size of the arrangement of the coils essentially corresponds to that of the soft magnetic elements 27.
- FIG. 4 shows the arrangement of a generator 50 according to the invention in a vehicle.
- the generator 50 is fixed with its continuous rotor shaft 52 on both sides of the vehicle body. Further, for connecting the vehicle body 54 with a handlebar which is not shown for reasons of clarity, a coupling element is provided, with which the generator 50 is rotatably connected.
- the coupling member 56 In a relative movement of the coupling member 56 relative to the vehicle body 54, the rotor 52 and the housing are rotated with the stator 58 relative to each other. The rotation induces an induction voltage into the coils, which dampens the movement.
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Abstract
Die Erfindung umfasst einen elektrischen Dämpfer für ein Kraftfahrzeug zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen mit einem durch die Relativbewegung antreibbaren elektrischen Generator zur Erzeugung einer Induktionsspannung, wobei der Generator einen Rotor und einen Stator aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Stator wenigstens eine Spulenscheibe mit segmentweise angeordneten Erregerwicklungen aufweist, wobei der Rotor eine Rotorwelle aufweist, die mit wenigstens einer Rotorscheibe drehfest verbunden ist, auf welcher magnetisierbaren Elemente segmentweise angeordnet sind und ferner Felderzeugungsmittel an der Rotorwelle angeordnet sind, wobei die Felderzeugungsmittel derart mit den magnetisierbaren Elementen verbunden sind, dass eine Magnetisierung der magnetisierbaren Elemente erfolgt bei welcher benachbart liegende magnetisierbare Elemente eine unterschiedliche magnetische Polarität aufweisen.
Description
Elektrischer Dämpfer für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Dämpfer für ein Kraftfahrzeug zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des An¬ spruchs 1. Die DE 10 2010 035 084 AI beschreibt einen elektrischen Dämpfer für ein Kraftfahrzeug der eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen dämpft. Der elektrische Dämpfer weist ein Gehäuse auf, wobei ein Stator in diesem Gehäuse festgelegt ist. Relativ zum Stator ist drehbar ein Rotor angeordnet, der Feldmagnete oder Induktionswicklungen aufweist. Durch die Drehung des Rotors gegenüber dem Stator wird in den Induktionswicklungen eine Spannung induziert, die den Rotor abbremst und dadurch dämpft. Die in der DE 10 2010 035 084 AI vorge- schlagene Lösung hat den Nachteil, dass zur Generierung einer ausreichenden Dämpfungskraft eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Rotor und Stator notwendig ist.
Dieses Problem wird in der Druckschrift dadurch gelöst, dass ein Getriebe zwischen dem angelenkten Bauteil und dem Generator vorgesehen ist. Durch die Verwendung
eines Getriebes kann jedoch nur begrenzt die Drehzahl bzw. die Relativgeschwindigkeit der Rotordrehung erhöht werden .
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Dämpfer für ein Kraftfahrzeug anzugeben, der eine ausreichende Dämpfung auch bei niedrigen Anregungsamplituden und einer niedrigen Dämpfergeschwindigkeit realisieren kann .
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Stator wenigstens eine Spulenscheibe aufweist, auf welcher seg¬ mentweise Erregerwicklungen angeordnet sind.
Ferner weist der Generator einen Rotor auf, der eine Rotorwelle umfasst, die mit wenigstens einer Rotor¬ scheibe drehfest verbunden ist. Auf dieser Rotorscheibe sind magnetisierbare Elemente, insbesondere ferromagne- tische Elemente umlaufend segmentweise angeordnet. Zu¬ dem sind an der Rotorwelle Felderzeugungsmittel vorge¬ sehen, die mit den magnetisierbaren Elementen derart verbunden sind, dass benachbarte magnetisierbare Elemente eine unterschiedliche magnetischer Polarität aufweisen .
Das durch die magnetisierbaren Elemente transportierte magnetische Feld wirkt dadurch vorzugsweise auf beide Seiten der Rotorscheibe mit einer Nord-Südausrichtung parallel zur Rotorwelle. Die Anordnung kann auch so gestaltet sein, dass in axialer Richtung magnetisierbare Elemente an den Oberflächen der Rotorscheiben ange¬ bracht sind, wobei die gegenüberliegenden magnetisier-
baren Elemente durch die Felderzeugungsmittel eine unterschiedliche Polarität aufweisen.
Durch die Anordnung der Felderzeugungsmittel an der Ro- torwelle und die Verbindung der Felderzeugungsmittel mit den magnetisierbaren Elementen, kann die Anzahl der benötigten Felderzeugungselemente sehr gering gehalten werden . Vorzugsweise kann die wie zuvor beschrieben gestaltete Rotorscheibe zwischen zwei benachbarten Spulenscheiben koaxial eingebracht sein.
Durch diese Anordnung wird bei Drehung der Rotorscheibe in beide benachbarten Spulenscheiben eine Spannung induziert, durch welche wiederum ein Magnetfeld erzeugt wird, welches der Drehung des Rotors entgegenwirkt und damit seine Bewegung dämpft. Aufgrund der gleichzeitigen Induktion in zwei Spulenscheiben wird die wirksame Feldänderung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er- findung sind wenigstens zwei Rotorscheiben vorgesehen, welche zwischen drei Spulenscheiben angeordnet sind. Die Felderzeugungsmittel und magnetisierbaren Elemente sind dabei so angeordnet, dass die sich gegenüberliegenden magnetisierbaren Elemente zweier benachbarter Rotorscheiben eine unterschiedliche magnetische Polarität aufweisen.
Bei Drehung der Rotorscheiben relativ zu den Spulscheiben wirkt das von den beiden benachbarten Rotorscheiben erzeugte magnetische Feld auf die zwischenliegende Spulenscheibe in gleicher Richtung und wirkt auf diese Weise als Reihenschaltung.
Dadurch wird die Dämpfungseigenschaft bei kompakter Bauform deutlich erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Felderzeugungsmittel als Permanentmagnete ausgebildet sein.
Da die auf einer Rotorscheibe angeordneten axial gegenüberliegenden magnetisierbaren Elemente ohnehin eine entgegengesetzte Polarität aufweisen müssen, ist es vorteilhaft je Segment nur ein magnetisierbares Element, insbesondere ein ferromagnetisches Element in die Rotorscheibe einzusetzen. Besonders geeignet sind weichmagnetische Elemente.
Als magnetisierbares Element wird vorzugsweise Eisen verwendet .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Erregerwicklungen der Spulenscheiben mit einem Widerstand verbunden. Über diesen Widerstand kann die Dämpfungskraft festgelegt werden. Über einen variablen Widerstand ist diese Dämpfung auf einfache Weise einstellbar. Die von dem Dämpfer gewonnene Energie kann vorteilhafter Weise im Fahrzeug weiter verwendet werden .
Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft ein Fahrwerk umfassend einen Fahrwerkslenker und einen Fahrzeugaufbau die gegeneinander durch einen zuvor beschriebenen elektrischen Dämpfer miteinander verbunden sind .
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei der Stator mit seinem Gehäuse mit dem Fahrwerkslenker verbunden, wobei die Rotorwelle, welche vorzugsweise auf beiden Seiten des Stators herausragt, beidseitig fest mit einem Fahrzeugaufbau verbunden sind. Durch die Wahl des Statorgehäuse kann dieses in idealer Weise an die Form des Lenkerauges angepasst werden, wodurch die Lenkerbewegung zu einer Relativbewegung zwischen Stator und Rotorwelle führt. Dadurch wird eine Bewegung des Fahrwerklenkers gegenüber dem Fahrzeugaufbau effektiv gedämpft .
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der
Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugzeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugzeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Generators;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Rotorscheibe;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Spulenscheibe, und
Fig. 4 eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Generators in einem Fahrzeug.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Generators 10. Der Generator 10 weist ein Gehäuse 12 auf, welches als Stator fungiert. An dem Gehäuse 12 sind Spulenscheiben 14, 16, 18 angeordnet. Der Rotor 20 des Generators 10 umfasst eine Rotorwelle 22 sowie daran befestigte Rotorscheiben 24, 26.
Die Rotorwelle 22 ist über Kugellager drehbar im Generatorgehäuse 12 gehalten. Die Rotorscheiben 24, 26 sind in axialer Richtung zwischen den Spulenscheiben 14, 16, 18 angeordnet.
An den Rotorscheibenflächen sind weichmagnetische Elemente 27 angeordnet. An der Rotorscheibe 24 sind exemp- larisch die weichmagnetischen Elemente 26, 27 ohne An- bindung an ein Felderzeugungsmittel dargestellt, wodurch diese nicht magnetisch polarisiert sind.
Ferner ist am oberen Teil der Rotorscheibe 24 eine Va- riante dargestellt, bei welcher an beiden Oberflächen weichmagnetische Elemente 27 vorgesehen sind. Im unteren Teil ist ein durchgehendes weichmagnetisches Element in die Rotorscheibe 24 eingebracht. Um ein magnetisches Feld zu erzeugen sind an der Rotorwelle 22 Permanentmagnete 28 angebracht, diese sind an die weichmagnetischen Elemente 27 angekoppelt und derart angeordnet, dass die Polarität der auf einer Rotor-
scheibe 24, 26 in axialer Richtung gegenüberliegenden weichmagnetischen Elemente 27 unterschiedlich polarisiert werden. Ferner sind die Permanentmagnete 28 so angeordnet, dass in axialer Richtung gegenüberliegende weichmagnetische Elemente 27 auf zwei benachbarten Rotorscheiben 24, 26 ebenfalls eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Durch die entgegengesetzte Polarität wird bei Drehung der Rotorscheiben 24, 26 gegenüber der Spulenscheibe 16 in die mittlere Spule 16 eine doppelt so hohe Spannung induziert, da die gegenüberliegenden weichmagnetischen unterschiedlich polarisierten Elemente als Reihenschal- tung wirken.
Dadurch wird ein hohes Maß an Dämpfung bei geringer Baugröße ermöglicht. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Rotorscheibe 24. In dieser Darstellung ist zu erkennen, dass die weichmagnetischen Elemente 27 segmentweise an der Oberfläche der Rotorscheibe 24 angeordnet sind. Ferner sind an der Rotorwelle 22 Permanentmagnete 28 derart angeordnet, dass eine abwechselnde entgegengesetzte Polarisierung der weichmagnetischen Elemente 27 erreicht wird. Es sind exemplarisch nur drei Permanentmagnete darge- stellt. Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf eine Spulenscheibe 18 bei der segmentweise Spulen 30 umlaufend angeordnet sind. In diese Spulen 30 wird bei Drehung des Rotors relativ zum Stator eine Spannung induziert. Die Seg-
mentgröße zur Anordnung der Spulen entspricht im Wesentlichen der der weichmagnetischen Elemente 27.
Fig. 4 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Ge- nerators 50 in einem Fahrzeug. Der Generator 50 ist mit seiner durchgehenden Rotorwelle 52 beidseitig am Fahrzeugaufbau befestigt. Ferner ist zur Verbindung des Fahrzeugaufbaus 54 mit einem Lenker der aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt ist, ein Kupplungselement vorgesehen, mit welchem der Generator 50 drehfest verbunden ist. Bei einer Relativbewegung des Kupplungselements 56 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 54 werden der Rotor 52 und das Gehäuse mit dem Stator 58 relativ zueinander verdreht. Durch die Drehung wird eine Indukti- onsspannung in die Spulen induziert, wodurch die Bewegung gedämpft wird.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
10 Generator
12 Gehäuse
14 Spulenscheibe
16 Spulenscheibe
18 Spulenscheibe
20 Rotor
22 Rotorwelle
24 Rotorscheibe
26 Rotorscheibe
27 weichmagnetisches Element
28 Permanentmagnet
30 Spule
50 Generator
52 Rotorwelle
54 Fahrzeugaufbau
56 Kupplungselernent
58 Stator
Claims
1. Elektrischer Dämpfer für ein Kraftfahrzeug zur
Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen mit einem durch die Relativbewegung antreibbaren elektrischen Generator (10, 50) zur Erzeugung einer Induktionsspannung, wobei der Generator (10, 50) einen Rotor (20) und einen
Stator (58) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (58) wenigstens eine Spulenscheibe (14, 16, 18) mit segmentweise angeordneten Erregerwicklungen aufweist, wobei der Rotor (20) eine Rotorwelle (22, 52) aufweist, die mit we¬ nigstens einer Rotorscheibe (24, 26) drehfest verbunden ist, auf welcher magnetisierbaren Elemente segmentweise angeordnet sind und ferner Felderzeugungsmittel an der Rotorwelle (22, 52) angeordnet sind, wobei die Felderzeugungsmittel derart mit den magnetisierbaren Elementen verbunden sind, dass eine Magnetisierung der magnetisierbaren Elemente erfolgt bei welcher benachbart liegende magnetisierbare Elemente eine unterschiedliche magnetische Polarität aufweisen.
2. Elektrischer Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Spulenscheiben
(14, 16, 18) vorgesehen sind, zwischen welchen die Rotorscheibe (24, 26) angeordnet ist, wobei die Magnetisierung der magnetisierbare Elemente derart erfolgt, dass die auf den beiden Scheibenseiten gegenüberliegenden magnetisierbare Elemente eine unterschiedliche Polarisierung aufweisen
Elektrischer Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (24, 26) in axialer Richtung zwischen zwei benachbarten Spulenscheiben (14, 16, 18) koaxial eingebracht ist
Elektrischer Dämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Rotorscheiben (24, 26) vorgesehen sind, die drehfest mit der Rotorwelle (22, 52) verbunden sind, wobei die Felderzeugungsmittel derart angeordnet sind, dass ein magnetisierbares Element einer ersten Rotorscheibe (24, 26) eine unterschiedliche Polarisierung zu einem, diesem in axialer Richtung gegenüberliegenden und auf einer zweiten Rotorscheibe (24, 26) angeordneten magnetisierbaren Element, aufweist.
Elektrischer Dämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feld¬ erzeugungsmittel als Permanentmagnete (28) ausgebildet sind.
Elektrischer Dämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare Element aus Eisen besteht.
Elektrischer Dämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die An¬ schlüsse der Erregerwicklungen der Spulenscheibe (14, 16, 18) an einen Widerstand angeschlossen sind .
Fahrwerk umfassend einen Fahrwerkslenker einen Fahrzeugaufbau (54) und einen elektrischen Dämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, ' dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (58) mit einem Fahrwerkslenker und die Rotorwelle (22, 52) mit einem Fahrzeugaufbau (54) verbunden ist.
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