DE102009039658A1

DE102009039658A1 - Permanentmagnetkupplung für die synchrone Übertragung von Drehbewegungen

Info

Publication number: DE102009039658A1
Application number: DE200910039658
Authority: DE
Inventors: Thomas Englert
Original assignee: Ringfeder Power Transmission GmbH
Current assignee: Ringfeder Power Transmission GmbH
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: DE102009039658B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Permanentmagnetkupplung für die Synchronübertragung von Drehbewegungen von einem ersten Rotor und einem zweiten Rotor, die einen Innenrotor (1) und einen Außenrotor (2) bilden, wobei der erste Rotor Permanentmagnete (3) und der zweite Rotor Permanentmagnete (3') oder/und ein Hysteresematerial (4) aufweist, wobei die Rotoren in einem sich in axialer Richtung (z) erstreckenden Überlappungsbereich durch einen radialen Spalt (S) getrennt sind und wobei die Permanentmagnetkupplung Verstellmittel für eine Längsverschiebung zwischen den Rotoren aufweist, um eine Verstellung des bis zu einem Durchrutschen der Permanentmagnetkupplung übertragbaren Drehmomentes zu ermöglichen. Erfindungsgemäß sind der Innenrotor (1) und der Außenrotor (2) in Längsrichtung (z) gesehen stufenförmig ausgebidlet, wobei die Rotoren (1, 2) jeweils zumindest einen ersten mit Permanentmagneten (3, 3') bzw. Hysteresematerial (4) versehenen Abschnitt (1a, 2a) und einen zweiten mit Permanentmagneten (3, 3') bzw. Hysteresematerial (4) versehenen Abschnitt (1b, 2b) umfassen, die einen unterschiedlichen Durchmesser (A, A, I, I) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Permanentmagnetkupplung für die Synchronübertragung von Drehbewegungen mit einem ersten Rotor und einem zweiten Rotor, die einen Innenrotor und einen Außenrotor bilden, wobei der erste Rotor Permanentmagnete und der zweite Rotor Permanentmagnete oder/und ein Hysteresematerial aufweist, wobei die Rotoren in einem sich in axialer Richtung erstreckenden Überlappungsbereich durch einen radialen Spalt getrennt sind und wobei die Permanentmagnetkupplung Verstellmittel für eine Längsverschiebung zwischen den Rotoren aufweist, um eine Verstellung des bis zu einem Durchrutschen der Permanentmagnetkupplung übertragbaren Drehmomentes zu ermöglichen. Die Rotoren sind koaxial angeordnet, wobei der erste Rotor, der Permanentmagnete aufweist, als Innenrotor oder Außenrotor vorgesehen sein kann. Der andere Rotor bildet entsprechend den Außen- bzw. Innenrotor und weist auch Permanentmagnete oder/und ein Hysteresematerial auf.
Die Erfindung bezieht sich damit auf Permanentmagnetkupplungen, bei denen bis zu einem vorgegebenen, einstellbaren Drehmoment die Übertragung von Drehbewegungen synchron erfolgt. Die Übertragung erfolgt dabei durch die über den Spalt wirkenden magnetischen Kräfte. Unterhalb des maximal zu übertragenden Drehmomentes ist bei der Verwendung eines Hysteresematerials an einem der Rotoren dieses durch die Permanentmagnete des anderen Rotors in einer bestimmten Weise magnetisiert. Unterhalb des maximal zu übertragenden Drehmomentes bleibt die Magnetisierung des Hysteresematerials auch bei dem Auftreten eines Gegenfeldes erhalten. Erst bei der Annäherung an den vorgegebenen Grenzwert des maximal zu übertragenden Drehmomentes kann je nach Ausgestaltung der Permanentmagnetkupplung eine Ummagnetisierung des Hysteresematerials einsetzen, wodurch die Kupplung zu rutschen beginnt. Zusätzlich treten dann Ummagnetisierungsverluste (Hystereseverluste) auf, die durch eine Umwandlung in Wärmeenergie eine Abbremsung bewirken. Als Hysteresematerial ist beispielsweise ein AlNiCo-Material geeignet, wobei eine solche Legierung neben Aluminium (Al), Nickel (Ni) und Kobalt (Co) auch Eisen (Fe), Kupfer (Cu) sowie Titan (Ti) enthalten kann.
Eine Permanentmagnetkupplung mit den eingangs genannten Merkmalen, bei der der Innenrotor und der Außenrotor jeweils mit Permanentmagneten belegt sind, ist aus der DE 10 2005 041 973 A1 bekannt. Der Innenrotor und der koaxial darum angeordnete Außenrotor weisen jeweils eine zylindrische Form auf, wobei der Innenrotor durch Verstellmittel in axialer Richtung gegenüber dem Außenrotor positioniert werden kann. Durch die Verstellung kann die Überdeckung zwischen den Permanentmagneten des Innenrotors und den Permanentmagneten des Außenrotors verändert werden, wodurch das bis zu einem Durchrutschen der Permanentmagnetkupplung übertragbare Drehmoment eingestellt werden kann. Durch eine axiale Verstellung des Innenrotors gegenüber dem Außenrotor kann das maximal zu übertragende Drehmoment ausgehend von einem Höchstwert bis nahezu um Null frei eingestellt werden. Nachteilig ist dabei, dass für die Einstellung des Drehmomentes insgesamt ein großer Stellweg erforderlich ist.
Aus der DE 29 20 706 A1 sowie DE 197 46 359 A1 sind magnetische Schlupfkupplungen bekannt, die nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten. Durch die Drehung eines mit Permanentmagneten versehenen Rotors werden in dem anderen Rotor Wirbelströme induziert, welche ein Gegenfeld erzeugen. Um ein entsprechendes Feld induzieren zu können, ist die antriebsseitige Drehzahl stets größer als die abtriebsseitige Drehzahl der Kupplung. Dabei besteht das Problem, dass bei einer Erhöhung der Drehzahl das zu übertragende Drehmoment durch die Induktion zunimmt. Um diese Zunahme auszugleichen, ist vorgesehen, mit zunehmender Drehzahl den Luftspalt zwischen dem Innenrotor und dem Außenrotor zu variieren, wobei die Rotoren kegelförmig ausgebildet sind. Wenn an dem mit Permanentmagneten versehenen Rotor eine nahezu vollständige Bedeckung vorgesehen wird, müssen die Permanentmagnete in ihrer Form genau an die Kegelform des jeweiligen Rotors angepasst werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Permanentmagnetkupplung für die synchrone Übertragung von Drehbewegungen anzugeben, die bei einem kompakten Aufbau die Übertragung großer Drehmomente ermöglicht und im Hinblick auf das maximal zu übertragende Drehmoment einen weiten Einstellbereich aufweist. Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, den für eine Einstellung erforderlichen Stellweg zu verringern.
Ausgehend von einer Permanentmagnetkupplung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rotoren in Längsrichtung gesehen stufenförmig ausgebildet sind, wobei die Rotoren jeweils zumindest einen ersten mit Permanentmagneten bzw. Hysteresematerial versehenen Abschnitt und einen zweiten mit Permanentmagneten bzw. Hysteresematerial versehenen Abschnitt umfassen, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Wird dabei der Innenrotor in Richtung zunehmender Durchmesser aus dem Außenrotor herausgefahren, ändert sich zunächst, wie auch aus dem Stand der Technik bekannt, der Überlappungsbereich zwischen den Rotoren, d. h. die Länge des sich im Überlappungsbereich erstreckenden Spaltes wird verringert. An den Übergängen der Stufen gelangen die Abschnitte des Innenrotors zusätzlich auch in Bereiche des Außenrotors, die einen größeren Durchmesser aufweisen. Neben einer Verringerung der in axialer Richtung gesehenen Überlappung von Innenrotor und Außenrotor wird damit auch zumindest teilweise eine Erhöhung des in radialer Richtung gemessenen Spaltmaßes erreicht. Mit der Zunahme des Spaltes werden auch die über den Spalt wirksamen Kräfte stark verringert, so dass durch die stufenförmige Ausgestaltung der Rotoren der Verstellweg für die Einstellung des maximal zu übertragenden Drehmomentes erheblich verringert wird. Die einzelnen, stufenförmig aneinander angrenzenden Abschnitte weisen üblicherweise eine einfache Zylinderform auf, wobei sich der Begriff Durchmesser bei dem Innenrotor auf den Außendurchmesser und bei dem Außenrotor auf den Innendurchmesser bezieht.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Permanentmagnetkupplung weisen der erste Rotor und der zweite Rotor, d. h. Innenrotor und Außenrotor, jeweils Permanentmagnete auf. Dann liegt eine Synchron-Permanentmagnetkupplung mit einem Innenrotor und einem Außenrotor vor, die jeweils Permanentmagnete aufweisen, wobei die Permanentmagnete des Innenrotors und die Permanentmagnete des Außenrotors in einem sich in axialer Richtung erstreckenden Überlappungsbereich durch den radialen Spalt getrennt sind und wobei die Permanentmagnetkupplung Verstellmittel für eine Längsverschiebung zwischen dem Innenrotor und dem Außenrotor aufweist, um eine Verstellung des bis zu einem Durchrutschen der Permanentmagnetkupplung übertragbaren Drehmomentes zu ermöglichen.
Wenn der Innenrotor und der Außenrotor der Synchron-Permanentmagnetkupplung die größtmögliche Überlappung aufweisen, also der Innenrotor ganz in den Außenrotor eingefahren ist, liegen sich über den Spalt jeweils einander zugeordnete Abschnitte von Innenrotor und Außenrotor gegenüber, die in der Regel um den Umfang die gleiche gerade Anzahl von Permanentmagneten mit einer sich abwechselnden Magnetisierungsrichtung aufweisen. Jedem Permanentmagneten des Innenrotors liegt dann bei der synchronen Übertragung von Drehbewegungen über den Spalt ein entgegengesetzt gepolter Permanentmagnet des Außenrotors gegenüber.
Wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dann an dem Innenrotor und entsprechend auch an dem Außenrotor von Abschnitt zu Abschnitt mit zunehmendem Durchmesser eine größere Anzahl von um den Umfang angeordneten Permanentmagneten vorgesehen ist, liegen sich bei einer Verringerung des Überlappungsbereiches durch eine Betätigung des Verstellmittels zunehmend Teilabschnitte des Innenrotors und des Außenrotors gegenüber, die eine unterschiedliche Anzahl von Permanentmagneten, also ein Belegungsverhältnis ungleich eins, aufweisen. In diesen Teilabschnitten liegt dann nicht mehr wie zuvor beschrieben jedem Permanentmagneten des Innenrotors ein entgegengesetzt gepolter Permanentmagnet des Außenrotors gegenüber. Vielmehr liegen sich in diesen Teilbereichen teils einander abstoßende und teils einander anziehende Permanentmagnete gegenüber, so dass sich die für die Drehmomentübertragung wirksamen Kräfte um den ganzen Umfang gesehen zu einem großen Teil aufheben. Entsprechend ergibt sich zusätzlich zu der Verringerung der Überlappung und der Erhöhung des radialen Spaltes bei dem Herausfahren des Innenrotors aus dem Außenrotor ein weiterer Effekt, der das maximal zu übertragende Drehmoment verringert.
Alternativ kann der zweite Rotor, der entweder den Innenrotor oder den Außenrotor bildet, auch ein Hysteresematerial aufweisen, welches zunächst unterhalb des maximal zu übertragenden Drehmomentes eine im Wesentlichen gleichbleibende Magnetisierung aufweist und so eine synchrone Übertragung der Drehbewegungen gewährleistet. Wie eingangs erläutert, kann bei dem Erreichen des maximal zu übertragenden Drehmomentes bei einem Durchrutschen eine Ummagnetisierung des Hysteresematerials erfolgen. Wenn der Innenrotor gegenüber dem Außenrotor ausgehend von einer maximalen Überlappung teilweise herausgefahren ist, wird üblicherweise keine vollständige Ummagnetisierung des Hysteresematerials erfolgen, wobei für das Auftreten der Ummagnetisierung das jeweils lokal vorliegende Spaltmaß ausschlaggebend ist. Während bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung als Synchron-Permanentmagnetkupplung mit Permanentmagneten sowohl am Innen- als auch am Außenrotor bei einem Durchrutschen durch das Springen von Pol zu Pol Kraftspitzen auftreten, zeichnen sich Hysteresekupplungen, d. h. Permanentmagnetkupplungen, die an einem Rotor Permanentmagnete und an dem anderen Rotor Hysteresematerial aufweisen, durch ein weicheres, gleichmäßigeres Durchrutschverhalten aus.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, an einem oder beiden Rotoren Hysteresematerial und Permanentmagnete vorzusehen. So können an einem Abschnitt des Rotors Hysteresematerial und an einem anderen Abschnitt dieses Rotors Permanentmagnete vorgesehen sein, wobei dann zweckmäßigerweise bei einer maximalen Überlappung dem Hysteresematerial stets Permanentmagnete des anderen Rotors gegenüberliegen, um das Hysteresematerial für die synchrone Übertragung von Drehbewegungen in einer definierten Weise zu magnetisieren.
Das Hysteresematerial kann an den jeweiligen Abschnitten ohne Einschränkung als umlaufender Ring oder in Form einzelner Segmente vorgesehen sein. Es besteht auch die Möglichkeit mehr als eine sich um den Umfang erstreckende Lage von Segmenten vorzusehen.
Die einzelnen einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisenden Abschnitte sind zylinderförmig ausgebildet. Wenn die Permanentmagnete dann an den einzelnen Abschnitten auf die Mantelfläche aufgelegt werden, weisen diese zweckmäßigerweise eine in radialer Richtung verlaufende Magnetisierung auf, wobei in Umfangsrichtung gesehen aufeinanderfolgende Permanentmagnete des ersten Rotors eine jeweils entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung aufweisen. Wenn auch der zweite Rotor Permanentmagnete aufweist, können diese auch mit einer sich abwechselnden Magnetisierungsrichtung angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Abschnitte des Innenrotors und des Außenrotors in axialer Richtung gesehen in etwa die gleiche Länge auf.
Dadurch, dass die einzelnen Abschnitte im Rahmen der Erfindung zylinderförmig ausgebildet sind, ergibt sich die Möglichkeit zur Belegung des ersten Rotors und gegebenenfalls auch des zweiten Rotors einfache standardisierte Permanentmagnete bzw. Segmente von Hysteresematerial einzusetzen. So ist bevorzugt vorgesehen, dass die an den verschiedenen Abschnitten des ersten Rotors angeordneten Permanentmagnete gleiche Abmessungen aufweisen. Dies führt auch dazu, dass an den Abschnitten bei der Zunahme des Durchmessers um den Umfang auch eine größere Zahl von Permanentmagneten vorzusehen ist, wenn eine möglichst enge Packung und damit ein möglichst großes maximal zu übertragendes Drehmoment erreicht werden soll.
Aufgrund der einfachen zylindrischen Form der einzelnen Abschnitte ergibt sich der Vorteil, dass die Belegung des ersten Rotors und gegebenenfalls des zweiten Rotors mit im Wesentlichen quaderförmigen Permanentmagneten erfolgen kann. Die beispielsweise durch Sintern gefertigten und gegebenenfalls auf ein vorgegebenes Maß zugeschnitten Permanentmagnete können so besonders kostengünstig und ohne Materialverluste gefertigt werden. Auch ein Rückgriff auf handelsübliche Standardmaße ist möglich, wodurch insgesamt sehr geringe Fertigungskosten auch bei kleinen Serien oder Einzelanfertigung erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind an dem den Innenrotor bildenden Rotor an den einzelnen Abschnitten um den Umfang jeweils zumindest 20 Permanentmagnete bzw. Segmente von Hysteresematerial angeordnet. Bei einer großen Zahl von Permanentmagneten bzw. Segmenten von Hysteresematerial um den Umfang ergibt sich der Vorteil, dass sich bei der Verwendung einfacher quaderförmiger Elemente ein gleichmäßiges Vieleck ergibt, welches sich der Kreisform annähert. Unabhängig von der jeweils vorgesehenen Anzahl von Permanentmagneten bzw. Segmenten von Hysteresematerial kann darüber hinaus noch vorgesehen sein, dass diese Elemente ihrer dem Spalt zugewandten Seite zur Anpassung an den jeweiligen Durchmesser abgerundet sind. Dazu können die Elemente, vorzugsweise nach der gemeinsamen Anordnung an dem Innenrotor bzw. Außenrotor, geschliffen werden. Wenn wie zuvor beschrieben eine Belegung mit einer großen Anzahl von Elementen vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil, dass durch die Annäherung an die Kreisform bei einer solchen nachträglichen Bearbeitung nur ein geringer Materialabtrag notwendig ist, wodurch die Nachbearbeitung leicht durchgeführt werden kann und nur zu einem insgesamt geringen Materialverlust führt.
Im Rahmen der Erfindung besteht alternativ auch die Möglichkeit die Permanentmagnete oder Segmente bei ihrer Herstellung bereits genau an einen bestimmten Durchmesser anzupassen. So können die Permanentmagnete oder Segmente eine in radialer Richtung zunehmende Breite und an ihrer dem Spalt zugewandten Seite eine dem Spaltdurchmesser entsprechende Krümmung aufweisen. Es ergibt sich im Rahmen einer solchen Ausgestaltung der Vorteil, dass die Permanentmagnete bzw. Segmente um den Umfang ohne die Bildung von üblicherweise mit Füllmaterial auszufüllenden Zwischenräumen angeordnet werden können, wodurch auch die gesamte belegte Fläche und damit das maximal zu übertragende Drehmoment erhöht werden. Eine spezielle Anpassung der Permanentmagnete oder Segmente kommt aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten insbesondere bei großen Stückzahlen in Betracht.
Auf den Permanentmagneten des ersten Rotors kann eine Abdeckung aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise nicht magnetischen Edelstahl, vorgesehen sein. Durch diese Abdeckung können die von dem Spalt aus gesehen darunter angeordneten Permanentmagnete gehalten und geschützt werden. Auch der zweite Rotor kann mit einer entsprechenden Abdeckung versehen sein, insbesondere wenn auch dieser Permanentmagnete und/oder Hysteresematerial in Form von Segmenten aufweist.
In an sich bekannter Weise kann in dem Spaltbereich zwischen den Rotoren ein Spalttopf vorgesehen sein, der gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechend der Form der Rotoren stufenförmig auszubilden ist.
Für die Permanentmagnete können übliche Magnetwerkstoffe wie beispielsweise NdFeB, NeFeBo oder SmCo vorgesehen sein. Auch bezüglich der Materialauswahl ist es von Vorteil, dass je nach Ausgestaltung auch einfache quaderförmige Permanentmagnete eingesetzt werden können, so dass dann an das jeweilige Herstellungsverfahren keine besonderen Anforderungen zu stellen sind.
Der Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
1a und 1b eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Permanentmagnetkupplung in zwei Funktionsstellungen
2 eine Detailansicht der 1a im Bereich eines Spaltes zwischen einem Innenrotor und einem Außenrotor der Permanentmagnetkupplung,
3a bis 3c Schnitte entlang den Linien A-A, B-B sowie C-C der 1a,
4 eine alternative Ausgestaltung der Erfindung ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung.
1a zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Teil einer Permanentmagnetkupplung für die synchrone Übertragung von Drehbewegungen. Die Permanentmagnetkupplung weist einen Innenrotor 1 als ersten Rotor und einen Außenrotor 2 als zweiten Rotor auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen der Innenrotor 1 und der Außenrotor 2 jeweils drei Abschnitte 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c auf, die jeweils mit Permanentmagneten 3 bzw. Hysteresematerial 4 in Form von Segmenten belegt sind. Gemäß einer alternativen, nachfolgend noch näher erläuterten Ausgestaltung können auch beide Rotoren 1, 2 mit einem Permanentmagneten 3, 3' versehen sein.
Der Innenrotor 1 und der Außenrotor 2 sind jeweils in Längsrichtung z gesehen stufenförmig ausgebildet, wobei der Innenrotor 1 gegenüber dem Außenrotor 2 durch nicht dargestellte Verstellmittel in Längsrichtung z verschiebbar ist, wodurch eine Verstellung des bis zu einem Durchrutschen der Permanentmagnetkupplung übertragbaren Drehmomentes ermöglicht wird.
1a zeigt den Innenrotor 1 und den Außenrotor 2 bei einer maximalen Überlappung, wobei diese Funktionsstellung einem Höchstwert des maximal zu übertragenden Drehmomentes entspricht. Den ersten Abschnitten 1a, 1b, 1c des Innenrotors 1 mit den jeweiligen Außendurchmessern A_a, A_b, A_c, liegen jeweils die Abschnitte 2a, 2b, 2c des Außenrotors 2 mit den Innendurchmessern I_a, I_b, I_c gegenüber. Zwischen den in dieser Funktionsstellung jeweils gegenüberliegenden Abschnitten 1a, 2a, 1b, 2b, 1c, 2c ist lediglich ein schmaler radialer Spalt S mit dem Spaltmaß s (s = I_a – A_a) vorgesehen, der für eine verschleißfreie und berührungslose Übertragung von Drehmomenten erforderlich ist. Die einzelnen Abschnitte 1a, 1b, 1c des Innenrotors 1 und die einzelnen Abschnitte 2a, 2b, 2c des Außenrotors 2 weisen in axialer Richtung z jeweils in etwa gleiche Länge l auf. Die gesamte Überdeckung zwischen Innenrotor 1 und Außenrotor 2 beträgt damit etwa 3·l.
1b zeigt eine zweite Funktionsstellung der Permanentmagnetkupplung, wobei der Innenrotor 1 gegenüber dem Außenrotor 2 in axialer Richtung z um die Länge der einzelnen Abschnitte l verschoben, d. h. der Innenrotor 1 aus dem Außenrotor 2 teilweise herausgefahren ist. Durch die Verschiebung des Innenrotors 1 gegenüber dem Außenrotor 2 beträgt die Überlappung nur noch 2·l, wobei eine Drehmomentübertragung im Wesentlichen nur noch zwischen jeweils zwei sich gegenüberliegenden Abschnitte 1a, 1b, 2b, 2c des Innenrotors 1 und des Außenrotors 2 erfolgt.
Zusätzlich zu der Verringerung der Überlappung liegen nun der erste Abschnitt 1a des Innenrotors 1 dem zweiten Abschnitt 2b des Außenrotors 2 sowie der zweite Abschnitt 1b des Innenrotors 1 dem dritten Abschnitt 2c des Außenrotors gegenüber, wodurch zwischen dem Innenrotor 1 und dem Außenrotor 2 in dem gesamten Überlappungsbereich ein stark erhöhtes Spaltmaß s' (s' = I_b – A_a bzw. s' = I_c – A_b) vorliegt. Dieses stark erhöhte Spaltmaß s' führt zu einer weiteren, sehr deutlichen Verringerung des maximal zu übertragenden Drehmomentes.
Bei einer geeigneten Abstufung zwischen den einzelnen Abschnitten 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c kann erreicht werden, dass die in der 1b dargestellte Funktionsstellung in etwa der Funktionsstellung einer herkömmlichen verstellbaren Permanentmagnetkupplung entspricht, bei der der Innenrotor fast vollständig aus dem Außenrotor herausgefahren ist. Entsprechend ist der für die Einstellung des maximal zu übertragenden Drehmomentes erforderliche Verstellweg erfindungsgemäß stark reduziert, wodurch die gesamte Permanentmagnetkupplung besonders kompakt ausgeführt werden kann.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel mit jeweils drei Abschnitten 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c an dem Innenrotor 1 und dem Außenrotor 2 ist rein exemplarisch. Erfindungsgemäß sind zumindest zwei stufenförmig aneinander angrenzende Abschnitte an dem Innenrotor 1 und dem Außenrotor 2 vorgesehen.
Die 3a, 3b und 3c zeigen ausgehend von der 1a jeweils in einem Querschnitt die in der Funktionsstellung der 1a einander zugeordneten, durch den Spalt S getrennten Abschnitte 1a, 2a, 1b, 2b, 1c, 3c. Einer vergleichenden Betrachtung der 3a, 3b, 3c mit der 2 ist zu entnehmen, dass an sämtlichen Abschnitten 1a, 1b, 1c des Innenrotors 1 gleiche in etwa quaderförmige Permanentmagnete 3 angeordnet sind, so dass zur Bildung der Abschnitte 1a, 1b, 1c des Innenrotors 1 auf Standardmagnete zurückgegriffen werden kann, die kostengünstig erhältlich sind. Die Permanentmagnete 3 können beispielsweise ein Standardmaß mit einer Dicke von 3,5 mm, einer Breite von 6 mm und einer Länge von 10 mm aufweisen. Um eine Anpassung an die unterschiedlichen Außendurchmesser A_a, A_b, A_c zu ermöglichen, sind um den Umfang des ersten Abschnitts 1a des Innenrotors 1 dreißig Magnete, um den zweiten Abschnitt 1b zweiunddreißig und um den dritten Abschnitt 1c vierunddreißig Magnete angeordnet, die aufeinanderfolgend jeweils eine entgegengesetzte, in radiale Richtung r weisende Magnetisierung aufweisen.
An den Abschnitten 2a, 2b, 2c des Außenrotors 2 sind Segmente von Hysteresematerial 4 mit gleichen Abmessungen, beispielsweise einer Dicke von 2 mm einer Breite von 4 mm und einer Länge vom 10 mm vorgesehen, wobei auch hier abhängig von dem jeweiligen Durchmesser I_a, I_b, I_c ein unterschiedliche Anzahl vorgesehen ist.
In den 3a, 3b und 3c ist des Weiteren angedeutet, dass der Innenrotor 1 einen massiven zylindrischen Träger 5 aufweisen kann, auf dem dann zur Einstellung des Außendurchmessers A_b, A_c an dem zweiten und an dem dritten Abschnitt 1b, 1c Unterlegelemente 6 angeordnet sind.
Um eine bessere Anpassung der Permanentmagnete 3 und Segmente an den ringförmigen Spalt S zu erreichen, können diese Elemente, beispielsweise durch Schleifen an die Krümmung des Spaltes S angepasst werden. Aufgrund der Vielzahl aneinander angrenzenden Permanentmagnete 3 bzw. Segmente ist dazu nur ein vergleichsweise geringer Materialabtrag erforderlich.
Die Befestigung der Permanentmagnete 3 und Segmente von Hysteresematerial kann beispielsweise durch Klebstoff erfolgen, wobei bevorzugt auch die verbleibenden Zwischenräume ausgegossen werden. Zusätzlich oder alternativ kann an dem Innenrotor 1 und dem Außenrotor 2 an den einzelnen Abschnitten 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c auch eine exemplarisch in dem Ausführungsbeispiel der 4 dargestellte Abdeckung 7 aus einem nicht magnetischen Material vorgesehen sein, welche die Permanentmagnete 3 bzw. Segmente sowohl schützt als auch in ihrer Position hält.
4 zeigt eine Ausgestaltung, bei der beide Rotoren Permanentmagnete 3, 3' aufweisen. Der Innenrotor 1 und der Außenrotor 2 weisen an den bei einer maximalen Überlappung jeweils über den Spalt S einander gegenüberliegenden Abschnitten 1a, 2a, 1b, 2b, 1c, 2c um den Umfang eine gleiche gerade Anzahl von Permanentmagneten 3, 3' auf. Bei der synchronen Übertragung von Drehbewegungen liegen so jedem Permanentmagneten 3 des Innenrotors 1 ein entgegengesetzt magnetisierter Permanentmagnet 3' des Außenrotors 2 gegenüber, so dass sich die jeweils einander gegenüberliegenden Permanentmagnete 3, 3' anziehen.
In der 4 ist des Weiteren exemplarisch dargestellt, dass die Permanentmagnete 3, 3' in ihrer Form genau an den jeweiligen Durchmesser angepasst sind, wodurch Zwischenräume vermieden werden. Auf den Permanentmagneten 3, 3' sind als Schutz Abdeckungen 7 vorgesehen. In Längsrichtung z weist die Synchron-Permanentmagnetkupplung die in der 1 dargestellte Stufenform auf, wobei mit zunehmendem Durchmesser A_a, A_b, A_c, I_a, I_b, I_c an den einzelnen Abschnitten 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c um den Umfang auch eine zunehmende Anzahl von Permanentmagneten 3, 3' vorgesehen ist. Zwischen dem Innenrotor 1 und dem Außenrotor 2 ist ein Spalttopf 8 angeordnet, der gemäß der Form von Innenrotor 1 und Außenrotor 2 stufenförmig ausgebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005041973 A1 [0003]
DE 2920706 A1 [0004]
DE 19746359 A1 [0004]

Claims

Permanentmagnetkupplung für die synchrone Übertragung von Drehbewegungen mit einem ersten Rotor und einem zweiten Rotor, die einen Innenrotor (1) und einen Außenrotor (2) bilden, wobei der erste Rotor Permanentmagnete (3) und der zweite Rotor Permanentmagnete (3') oder/und ein Hysteresematerial (4) aufweist, wobei die Rotoren in einem sich in axialer Richtung (z) erstreckenden Überlappungsbereich durch einen radialen Spalt (S) getrennt sind und wobei die Permanentmagnetkupplung Verstellmittel für eine Längsverschiebung zwischen den Rotoren aufweist, um eine Verstellung des bis zu einem Durchrutschen der Permanentmagnetkupplung übertragbaren Drehmomentes zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren in Längsrichtung (z) gesehen stufenförmig ausgebildet sind, wobei die Rotoren jeweils zumindest einen ersten mit Permanentmagneten (3, 3') bzw. Hysteresematerial (4) versehenen Abschnitt (1a, 2a) und einen zweiten mit Permanentmagneten (3, 3') bzw. Hysteresematerial (4) versehenen Abschnitt (1b, 2b) umfassen, die einen unterschiedlichen Durchmesser (A_a, A_b, I_a, I_b,) aufweisen.
Permanentmagnetkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Permanentmagnete (3, 3') eine in radialer Richtung (r) verlaufende Magnetisierung aufweisen.
Permanentmagnetkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einen unterschiedlichen Durchmesser (A_a, A_b, A_c I_a, I_b, I_c) aufweisenden Abschnitte (1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c) in axialer Richtung (z) eine gleiche Länge (l) aufweisen.
Permanentmagnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die an den verschiedenen Abschnitten (1a, 1b, 1c) des ersten Rotors angeordneten Permanentmagnete (3) gleiche Abmessungen aufweisen.
Permanentmagnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (3) des ersten Rotors im Wesentlichen quaderförmig sind.
Permanentmagnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (3, 3') an ihrer dem Spalt (S) zugewandten Seite zur Anpassung an den jeweiligen Durchmesser abgerundet sind.
Permanentmagnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung gesehen aufeinander folgende Permanentmagnete (3) des ersten Rotors eine jeweils entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung aufweisen.
Permanentmagnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotor ein Hysteresematerial (4) aufweist, welches an den Abschnitten (2a, 2b, 2c) um den Umfang in Form von einzelnen Segmenten angeordnet ist.
Permanentmagnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrotor 1 und der Außenrotor 2 Permanentmagnete (3, 3') aufweisen, wobei die bei einer maximalen Überlappung über den Spalt (S) aneinander gegenüberliegenden Abschnitte (1a, 2a, 1b, 2b, 1c, 2c) um den Umfang die gleiche gerade Anzahl von Permanentmagneten (3, 3') aufweisen.
Permanentmagnetkupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmendem Durchmesser (A_a, A_b, A_c I_a, I_b, I_c) an den Abschnitten (1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c) die Anzahl der um den Umfang angeordneten Permanentmagnete (3, 3') zunimmt.
Permanentmagnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (3) des ersten Rotors eine nicht magnetische Abdeckung (7) aufweisen.
Permanentmagnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spalt (S) ein stufenförmiger Spalttopf (8) zwischen dem Innenrotor (1) und dem Außenrotor (2) angeordnet ist.