WO2014060063A1 - Elektrischer dämpfer für ein kraftfahrzeug - Google Patents
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- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
- F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
- F16F15/035—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means by use of eddy or induced-current damping
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- H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
- H02K49/02—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
- H02K49/04—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type
- H02K49/046—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type with an axial airgap
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 claim 1.
- 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 Ge ⁇ 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 in particular two or more coil disks, on which segment-wise field windings are arranged.
- the generator has a rotor which comprises a rotor shaft which is connected in a rotationally fixed manner to at least one rotor disk.
- field generating means also circumferentially segmental - arranged in alternating magnetic polarity, which lie with a north-south orientation parallel to the rotor shaft.
- These field generating means are applied in particular on both sides of the rotor disk. They are arranged so that in the axial direction opposite field generating means or
- Areas of a field generating means has a different polarity.
- the rotor disk configured as described above can be coaxially inserted between two adjacent coil disks.
- a voltage is induced, by which in turn a magnetic field is generated, which counteracts the rotation of the rotor and thus dampens its movement. Due to the simultaneous induction in two coil disks, the effective field change is significantly increased compared to the prior art.
- at least two rotor disks are provided which are arranged between three bobbin disks.
- the field-generating means are arranged such that the opposing field-generating means 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 in a compact design is clearly. Increases.
- the earthing means are designed as permanent magnets.
- the axially opposing magnets arranged on a rotor must in any case have an opposite polarity, it is advantageous to insert only one magnet into the rotor disk which per se has a different polarization of its two sides. has. Especially bar magnets are suitable for such use.
- 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.
- Another aspect of the invention relates to a Fahr ⁇ work comprising a suspension link and a vehicle body, which are connected to each other by a previously ⁇ written electrical damper.
- Stator with its housing connected to the suspension arm, wherein the rotor shaft, which preferably protrudes on both sides of the stator, is firmly connected on both sides with a vehicle body.
- Fig. 1 is a schematic sectional view of a gene ⁇ rators
- 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 the 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.
- permanent magnets 28 are arranged such that the polarity of the on a Disk in the axial direction opposite magnets is different.
- the permanent magnets are arranged so that in the axial direction opposite permanent magnets of the discs 24, 26 also have an opposite polarity.
- FIG. 2 shows a plan view of a rotor disk 24.
- the permanent magnets 28 are arranged in segments for field generation. The arrangement is such that the permanent magnets 28 are alternately polarized opposite.
- FIG. 3 shows the schematic plan view of a coil disk 18 in which segment-wise coils 30 are arranged in a circle. In these coils 30, a voltage is induced during rotation of the rotor relative to the stator.
- the segment size for the arrangement of the coils 30 corresponds to that of the permanent magnets 28.
- FIG. 4 shows the arrangement of a generator 50 according to the invention in a vehicle.
- the generator 50 with its continuous rotor shaft 52 on both sides of the driving attached.
- a coupling element is provided, with which the generator 50 rotatably connected is 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 in the coils, which damps the motion.
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Abstract
Die Erfindung umfasst einen elektrischen Dämpfer für ein Fahrzeug zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen mit einem durch die Relativbewegung antreibbaren elektrischen Generator zur Erzeugung einer Induktionsspannung, wobei der Generator einen Rotor mit einer Rotorwelle und einen Stator aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Rotorwelle mit wenigstens einer Rotorscheibe drehfest verbunden ist, und dass wenigstens eine Spulenscheibe mit segmentweise angeordneten Erregerwicklungen vorgesehen sind, und eine Felderzeugungsscheibe vorgesehen ist, auf welcher Felderzeugungsmittel segmentweise in abwechselnder magnetischer Polarität angeordnet sind und ferner die Felderzeugungsmittel derart angeordnet sind, dass die Felderzeugungsmittel eine Nord-Süd Ausrichtung parallel zur Rotorwelle haben, ferner eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor zu einer Verdrehung von Felderzeugungsscheibe zu Spulenscheibe führt.
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 Anspruchs 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 Ge¬ häuse 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 Dämp¬ fer 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 insbesondere zwei oder mehr Spulenscheiben aufweist, auf welchen segmentweise Erregerwicklungen angeordnet sind.
Ferner weist der Generator einen Rotor auf, der eine Rotorwelle umfasst, die mit wenigstens einer Rotorscheibe drehfest verbunden ist. Auf dieser Rotorscheibe sind Felderzeugungsmittel - ebenfalls umlaufend seg- mentweise - in abwechselnder magnetischer Polarität angeordnet, die mit einer Nord-Südausrichtung parallel zur Rotorwelle liegen. Diese Felderzeugungsmittel sind insbesondere auf beiden Seiten der Rotorscheibe aufgebracht. Sie sind dabei so angeordnet, dass in axialer Richtung gegenüberliegende Felderzeugungsmittel oder
Bereiche eines Felderzeugungsmittels eine unterschiedliche Polarität aufweist.
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 dieses 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 sind dabei so angeordnet, dass die sich gegenüberliegenden Felderzeugungsmittel zweier benachbarter Rotorscheiben eine unterschiedliche magne- tische 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 vorteilhaf ten Ausführungsform sind die Eelderzeugungsmittel als Permanentmagnete ausgebildet.
Da die auf einen Rotor angeordneten axial gegenüberliegenden Magnete ohnehin eine entgegengesetzte Polarität aufweisen müssen, ist es vorteilhaft nur einen Magneten in die Rotorscheibe einzusetzen, der per se eine unterschiedliche Polarisierungen seiner beiden Seiten auf-
weist. Besonders Stabmagneten eignen sich für einen solchen Einsatz.
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 Fahr¬ werk umfassend einen Fahrwerkslenker und einen Fahr- zeugaufbau, die gegeneinander durch einen zuvor be¬ schriebenen elektrischen Dämpfer miteinander verbunden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist 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 ist. 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 nach-
folgenden 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 Gene¬ rators ;
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 die daran befestigten 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 Permanentmagnete 28 derart angeordnet, dass die Polarität der auf einer
Scheibe in axialer Richtung gegenüberliegenden Magnete unterschiedlich ist.
Ferner sind die Permanentmagnete so angeordnet, dass in axialer Richtung gegenüberliegende Permanentmagnete der Scheiben 24, 26 ebenfalls eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
Durch die entgegengesetzte Polarität wird in die mitt- lere Spule 16 eine doppelt so hohe Spannung induziert, da die gegenüberliegenden Magnete als Reihenschaltung 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 Permanentmagnete 28 zur Felderzeugung segmentweise angeord- net sind. Die Anordnung erfolgt derart, dass die Permanentmagnete 28 abwechselnd entgegengesetzt polarisiert sind .
Fig. 3 zeigt die schematische Draufsicht auf eine Spu- lenscheibe 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 Segmentgröße zur Anordnung der Spulen 30 entspricht der der Permanentmagnete 28.
Fig. 4 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Generators 50 in einem Fahrzeug. Der Generator 50 ist mit seiner durchgehenden Rotorwelle 52 beidseitig am Fahr-
zeugaufbau 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 ver- bunden 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 Induktionsspannung in die Spulen induziert, wodurch die Bewe- gung 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
28 Permanentmagnet
30 Spule
50 Generator
52 Rotorwelle
54 Fahrzeugaufbau
56 Kupplungselement
58 Stator
Claims
P a t e n t a n s p r ü c h e
Elektrischer Dämpfer für ein Fahrzeug zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bautei¬ len mit einem durch die Relativbewegung
antreibbaren elektrischen Generator (10, 50) zur Erzeugung einer Induktionsspannung, wobei der Generator (10, 50) einen Rotor (20) mit einer Rotorwelle (22, 52) und einen Stator (58) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (22, 52) mit wenigstens einer Rotorscheibe (24, 26) drehfest verbunden ist, und dass wenigstens eine Spulenscheibe (14, 16, 18) mit segmentweise angeordneten Erregerwicklungen (30) vorgesehen sind, und eine Felderzeugungsscheibe (24, 26) vorgesehen ist, auf welcher Felderzeugungsmittel segmentweise in abwechselnder magnetischer Polarität angeordnet sind und ferner die Felderzeugungsmittel derart angeordnet sind, dass die Felderzeugungsmittel eine Nord-Süd Ausrichtung parallel zur Rotorwelle (22, 52)
haben, ferner eine Relativbewegung zwischen
Stator (58) und Rotor (20) zu einer Verdrehung von Felderzeugungsscheibe zu Spulenscheibe (14, 16, 18) führt.
Elektrischer Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenscheibe (14, 16, 18) mit dem Stator (58) verbunden ist und die Felderzeugungsscheibe als Rotorscheibe (24, 26)
drehfest mit der Rotorwelle (22, 52) verbunden ist .
Elektrischer Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, 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 Felderzeugungsmittel einer ersten Rotorscheibe (24, 26) eine unterschiedliche Polarität zu einem diesem in axialer Richtung gegenüberliegenden und auf einer zweiten Rotorscheibe (24, 26) angeordneten Felderzeugungsmittel hat.
5. Elektrischer Dämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felderzeugungsmittel als Permanentmagnete (28) ausgebildet sind.
Elektrischer Dämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse 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 gekennzeichne't, dass der Stator (58) mit einem Fahrwerkslenker und die Rotorwelle (22, 52 mit einem Fahrzeugaufbau (54) verbunden ist.
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