DE102012004561A1

DE102012004561A1 - Slip clutch device e.g. squirrel-cage slip clutch device has gap fixed poles and change poles that are arranged geometrically such that magnetic resistance alternates with changing reluctance of magnetic circuit in induction cell

Info

Publication number: DE102012004561A1
Application number: DE201210004561
Authority: DE
Inventors: Michael Mack; Andreas Krug
Original assignee: HOCHSCHULE HEILBRONN
Current assignee: HOCHSCHULE HEILBRONN
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-10
Also published as: DE102012004561B4

Abstract

The slip clutch device has an inductor (9) that is provided with induction cells, such that N-gap fixed pole and S-gap fixed pole of adjacent gap fixed pole units are crossed with each other. Gap fixed poles and change poles (8) are arranged geometrically, such that the approximately constant magnetic resistance in reversal of magnetic flux direction alternates with the changing reluctance of magnetic circuit in induction cell during force/torque transmission, when driving the fixed pole units from a gap pole half (2,14) to other gap pole half.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlupfkupplungsvorrichtung mit einer Festpoleinrichtung mit beabstandet alternierend bezüglich S- und N-Polen angeordneten Festpoleinheiten, einer Wechselpoleinrichtung mit beabstandet angeordneten magnetisch verbundenen Wechselpoleinheiten, wobei zwischen den Festpoleinheiten und den Wechselpoleinheiten ein Arbeitsspalt vorhanden ist. Eine derartige Schlupfkupplungsvorrichtung übertragt eine Kraft oder ein Drehmoment über Magnetkräfte von der Festpoleinrichtung auf die Wechselpoleinrichtung.The present invention relates to a slip clutch device having a Festpoleinrichtung with spaced alternately arranged with respect to S and N poles Festpoleinheiten, a Wechselpoleinrichtung spaced magnetically connected Wechselpoleinheiten, wherein between the Festpoleinheiten and the Wechselpoleinheiten a working gap is present. Such a slip clutch device transmits a force or a torque via magnetic forces from the Festpoleinrichtung on the Wechselpoleinrichtung.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Es sind sogenannte Käfigläuferschlupfkupplungsvorrichtungen und Wirbelstromläuferschlupfkupplungsvorrichtungen bekannt.There are known so-called squirrel cage slip devices and eddy current slip clutch devices.

Bei der Käfigläufer-Schlupfkupplung trägt der Außenläufer die Feldwicklung. Das Magnetfeld wird über einen Gleichstrom erregt. Der Innenläufer ist mit einem Käfig versehen, in dem bei einer vorgegebenen Relativdrehzahl Spannungen induziert werden. Die in den Käfigstäben fließenden Ströme rufen zusammen mit dem Erregerfeld ein Kupplungsmoment hervor. Die Momentenkennlinien durchlaufen abhängig von der Drehzahl ein Maximum.In the squirrel cage slip clutch, the outer rotor carries the field winding. The magnetic field is excited by a direct current. The inner rotor is provided with a cage in which voltages are induced at a given relative speed. The currents flowing in the cage bars together with the excitation field cause a clutch torque. The torque characteristics go through a maximum depending on the speed.

Bei der Wirbelstromläufer-Schlupfkupplung besteht anstelle der Käfigwicklung der Innenläufer aus einem Massiveisenkörper, in den bei der Schlupfdrehzahl die das Drehmoment bildenden Ströme induziert werden. Gegenüber der Käfigläufer-Schlupfkupplung sind zwei wesentliche Unterschiede vorhanden. Die Schlupfdrehzahl ist größer und im Bereich großer Schlupfdrehzahlen ist das Kupplungsmoment praktisch konstant, das heißt, in diesem Bereich wirkt die Schlupfkupplung wie eine Begrenzungskupplung. Wegen der größeren Schlupfverluste müssen bei dieser Kupplungsart besondere Vorkehrungen für die Abführung der Verlustleistung getroffen werden.In the case of the eddy current slip clutch, instead of the cage winding, the inner rotor consists of a solid iron body into which the currents forming the torque are induced at the slip speed. There are two major differences from the squirrel cage slip clutch. The slip speed is greater and in the range of high slip speeds, the clutch torque is practically constant, that is, in this area, the slip clutch acts as a limiting clutch. Because of the larger slip losses special precautions must be taken for the dissipation of power loss in this type of coupling.

Die Dämpfung wird bei diesen bekannten Vorrichtungen durch eine Magnetflussänderung in Läuferkäfigen oder Wirbelstromläufern erzielt. Als nachteilig wird empfunden, dass mehrpolige, rotierende Feldwicklungen mit äußerer Bestromung eingesetzt werden müssen.The damping is achieved in these known devices by a magnetic flux change in rotor cages or eddy current rotors. A disadvantage is felt that multi-pole, rotating field windings must be used with external energization.

Aus der EP 1 524 756 A1 ist eine magnetische Induktionskupplung bekannt, die Dämpfungseigenschaften besitzt. Die Induktionskupplung weist einen Läuferkäfig auf und einen genuteten Rotationszylinder mit am Umfang angeordneten Permanentmagneten innerhalb des äußeren Läufers. Beide Einheiten sind koaxial zur einer Drehachse angeordnet. Die Rotation des äußeren Läuferrads ist vom Rotationszylinder über zwei Kugellager entkoppelt. Zur Kopplung der Bewegung zwischen dem äußeren Läufer und dem mit Permanentmagneten versehenen Rotationszylinder wird ein Motor eingesetzt, um den äußeren Läufer anzutreiben. Bei der Rotation des äußeren Läufers wird auf den Läuferkäfig ein Drehmoment übertragen, um die Welle entsprechend anzutreiben. Die Größe des erzeugten Drehmoments ist annähernd proportional zur Motordrehzahl.From the EP 1 524 756 A1 For example, a magnetic induction coupling is known which has damping characteristics. The induction coupling has a rotor cage and a grooved rotary cylinder with circumferentially arranged permanent magnets within the outer rotor. Both units are arranged coaxially to a rotation axis. The rotation of the outer rotor wheel is decoupled from the rotary cylinder via two ball bearings. To couple the movement between the outer rotor and the permanent magnet rotary cylinder, a motor is used to drive the outer rotor. During rotation of the outer rotor, torque is transmitted to the rotor cage to drive the shaft accordingly. The magnitude of the generated torque is approximately proportional to the engine speed.

In der DE 1 168 550 B ist eine nach dem Induktionsprinzip arbeitende Kupplung oder Bremse mit einer durch die kombinierte Induktionswirkung von massivem Eisen und Kurzschlussstäben zusammengesetzten Schlupf-Drehmoment-Kennlinie beschrieben, deren Luftspalte axial zwischen treibendem und angetriebenem Teil angeordnet sind. Diese Kupplung beziehungsweise Bremse soll geeignet sein bei einem einfachen Aufbau ein hohes Drehmoment zu erzeugen und eine mit zunehmendem Schlupf steigende Drehmoment-Kennlinie aufweisen. Dabei wird von der bekannten Überlagerung des Wirbelstrom- und Induktionseffektes sowie der Anwendung eines zentral angeordneten U-förmigen Erregersystems ausgegangen, in dem ein scheibenartiger Läufer aus einer Vielzahl einzelner Segmente aus magnetisch gut leitendem Material gebildet wird, die in gleichen umfangsmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind, einen Ring ergeben, der in axialer Richtung von den beiden gleich großen Luftspalten begrenzt und in radialer Richtung der Höhe der Polzähne entspricht, während die umfangsmäßigen Abstände der Segmente durch querschnittsgleiche Stäbe beziehungsweise Platten aus elektrisch gut leitendem Material ausgefüllt sind, die außerhalb des magnetischen Weges mit je einem innen und außen an den Segmenten fest anliegenden Ring aus ebenfalls elektrisch gut leitendem Material verbunden sind, so dass ein Kurzschlusskäfig entsteht. Entsprechend dem gewünschten Drehmomentverlauf können das Läufereisen sowie der Kurzschlusskäfig qualitativ und quantitativ unterschiedlich bemessen werden.In the DE 1 168 550 B is a working on the principle of induction clutch or brake with a composite by the combined action of solid iron and short-circuit bars slip-torque characteristic described whose air gaps are arranged axially between the driving and driven part. This clutch or brake should be suitable for generating a high torque in a simple structure and have an increasing torque characteristic with increasing slip. It is assumed that the known superposition of the eddy current and induction effect and the application of a centrally disposed U-shaped exciter system in which a disc-like rotor is formed from a plurality of individual segments of magnetically highly conductive material, which are arranged at equal circumferential distances from each other, result in a ring which limits in the axial direction of the two equal-sized air gaps and in the radial direction corresponds to the height of the pole teeth, while the circumferential distances of the segments are filled by cross-sectionally identical bars or plates of good electrical conductivity material, the outside of the magnetic path with each one inside and outside of the segments tight-fitting ring are also connected electrically good conductive material, so that a short circuit cage is formed. Depending on the desired torque curve, the rotor iron and the short-circuit cage can be dimensioned qualitatively and quantitatively differently.

In der DD 210 795 ist eine regelbare Induktionskupplung offenbart, die für die Anwendung in winkelgeschwindigkeitsgestellten Antrieben im Kupplungs- und/oder Bremsbetrieb geeignet ist. Ausgehend von einer Induktionskupplung mit zwei Rotoren, die mechanisch voneinander unabhängig drehbar sind, wobei ein Rotor ein über Schleifringe gespeistes Erregersystem und der andere Rotor einen magnetisch über einen radialen oder axialen Luftspalt mit dem Erregersystem zusammenwirkenden Induktionsring aufweist, wird ein Drehfelderregersystem mit konstanter Frequenz ausgebildet, wobei der Induktionsring eine sattelfreie asynchrone Charakteristik aufweist. Der Induktionsring der Kupplung ist vorteilhaft mit einem Kurzschlusskäfig ausgerüstet, der zur Realisierung der sattelfreien asynchronen Charakteristik als Stromverdrängungskäfig ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise wird dabei das Drehfelderregersystem 3-strängig ausgebildet, um es aus dem Drehstromnetz speisen zu können, während der Induktionsring der Kupplung vorteilhaft mit einem Kurzschlusskäfig ausgerüstet ist. Zur Realisierung der sattelfreien asynchronen Charakteristik ist der Kurzschlusskäfig als Stromverdrängungskäfig ausgebildet.In the DD 210 795 a controllable induction clutch is disclosed, which is suitable for use in angular velocity driven drives in clutch and / or braking operation. Starting from an induction coupling with two rotors which are mechanically rotatable independently of one another, wherein one rotor has an exciter system fed via slip rings and the other rotor has an induction ring magnetically interacting with the exciter system via a radial or axial air gap, a constant frequency rotating field exciter system is formed, wherein the induction ring is a saddle-free asynchronous Characteristic. The induction ring of the coupling is advantageously equipped with a short-circuit cage, which is designed to realize the saddle-free asynchronous characteristic as Stromverdrängungskäfig. Conveniently, the Drehfelderregersystem is formed 3-stranded to feed it from the three-phase network, while the induction ring of the clutch is advantageously equipped with a short circuit cage. To realize the saddle-free asynchronous characteristic of the short-circuit cage is designed as Stromverdrängungskäfig.

In der DE 198 11 966 A1 ist eine Induktionskupplung und Induktionsbremse offenbart, mit einem Antriebsteil, welches drehbar ist, und einem Abtriebsteil, welches ebenfalls drehbar ist (Kupplung) oder welches gestellfest ist (Bremse), mit einer Kurzschlusswicklung an einem Teil (An- oder Abtriebsteil) und einem Polrad mit gleichbleibender Polorientierung am anderen Teil (Ab- oder Antriebsteil), das sich dadurch auszeichnet, dass am Teil, an dem das Polrad angeordnet ist, eine weitere Kurzschlusswicklung angeordnet ist, wobei das durch den in der Kurzschlusswicklung vom Polrad induzierten Strom erzeugte Magnetfeld in der weiteren Kurzschlusswicklung ebenfalls ein Induktionsstrom erzeugt und die dadurch hervorgerufenen Magnetpole der ersten Kurzschlusswicklung mit denen des Polrades in Zahl, Orientierung und Stellung zum Umfang übereinstimmen. Diese Kupplung überträgt ein Drehmoment ohne äußere Stromzufuhr mit einer konstanten Dämpfung, das heißt je größer das zu übertragende Moment ist, desto größer wird der Schlupf. Das Polrad besteht dabei bevorzugt aus Permanentmagneten.In the DE 198 11 966 A1 is an induction clutch and induction brake disclosed with a drive member which is rotatable and a driven member which is also rotatable (clutch) or which is fixed to the frame (brake), with a short-circuit winding on a part (driving or driven part) and a flywheel with Constant pole orientation on the other part (drive or Abtriebsteil), which is characterized in that at the part on which the flywheel is arranged, a further short-circuit winding is arranged, wherein the magnetic field generated by the current induced in the short-circuit winding from the flywheel in the further Short circuit winding also generates an induction current and the magnetic poles of the first short-circuit winding caused thereby coincide with those of the pole wheel in terms of number, orientation and position relative to the circumference. This clutch transmits a torque without external power supply with a constant damping, that is, the larger the moment to be transmitted, the greater the slip. The pole wheel preferably consists of permanent magnets.

In der CH 497 071 A ist eine magnetische Induktionskupplung beschrieben, insbesondere eine Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle. Eine derartige magnetische Induktionskupplung ist gekennzeichnet durch einen ersten drehbaren Teil aus ferromagnetischem Material, der eine Anzahl von sich axial erstreckenden Polstücken trägt, durch einen zweiten drehbaren Teil mit einer Scheibe aus nicht ferromagnetischem Material, die den Polstücken mit axialem Abstand gegenüberliegend angeordnet ist, durch einen Stator aus magnetischem Material mit einem Teil, der auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe entfernt von den Polstücken liegt, durch einen sich um den Umfang des ersten drehbaren Teils erstreckenden Abschnitt zur Begrenzung eines radial verlaufenden Luftspaltes zwischen diesen und durch dem Stator zugeordnete Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welches von den Polstücken aus durch die Scheibe, den Stator und zurück durch den radial verlaufenden Luftspalt verläuft, um alle Polstücke gleichsinnig zu magnetisieren. Die Einstellung der Dämpfungseigenschaften ist bei einer derartigen Induktionskupplung nicht möglich.In the CH 497 071 A is a magnetic induction coupling is described, in particular a coupling for transmitting torque from a drive shaft to an output shaft. Such a magnetic induction coupling is characterized by a first rotatable member of ferromagnetic material carrying a number of axially extending pole pieces, through a second rotatable member having a disc of non-ferromagnetic material disposed opposite the pole pieces with axial spacing A magnetic material stator having a portion located on the opposite side of the disk remote from the pole pieces, by a radially extending air gap defining portion around the circumference of the first rotatable portion therebetween and means for generating a stator associated therewith Magnetic field, which extends from the pole pieces through the disc, the stator and back through the radial air gap to magnetize all pole pieces in the same direction. The adjustment of the damping properties is not possible with such an induction coupling.

In der WO 2009/117827 A1 ist ein dualer Differentialaktuator beschrieben, der erste und zweite semiaktive Unteraktuatoren aufweist, die eine Drehmomentübertragung zwischen einer Eingangs- mit einer Ausgangswelle ermöglichen, wobei gewisse Dämpfungseigenschaften umgesetzt werden können.In the WO 2009/117827 A1 For example, a dual differential actuator is described that includes first and second semi-active subactuators that allow torque transfer between an input and an output shaft, wherein certain damping characteristics can be implemented.

In dem Bereich des Einsatzes von beispielsweise Manipulatoren werden unter dem Begriff ”Force-Feed-back” (als Kraft-Rückmeldung oder haptische Technik bezeichnet) Schlupfkupplungen mit Dämpfungseigenschaften benötigt, um Manipulatoren für die Zusammenarbeit mit Menschen (Bedienern) in geeigneter Weise einsetzen zu können. Das Prinzip des ”Force-Feed-back” wird beispielsweise bei Fly-by-Wire ausgestatteten Flugzeugen eingesetzt, da bei dieser Technik keine direkte Kraftübertragung von den Steuerflächen des Flugzeuges zu den Steuerelementen des Piloten stattfindet und somit die an den Steuerflächen einwirkenden äußeren Kräfte für das Gefühl des Piloten künstlich erzeugt werden müssen. Manipulatoren sind bedienergeführte beziehungsweise gesteuerte Roboter, die oftmals einen Greifer als Endeffektor besitzen. Auch für bedienergeführte Manipulatoren (zum Beispiel Tauchroboter, Roboter im Bereich der medizinischen Operationstechnik) wird zunehmend die Technik des ”Force-Feed-back” eingesetzt, um zur präzisen Steuerung eine Rückmeldung von Kräften an die Bedienperson zu generieren. Die ”Force-Feed-back-Technik” wird beispielsweise auch im Kfz-Bereich immer mehr eingesetzt, beispielsweise zur Bedienung von Gaspedalen oder Lenkrädern, die keinerlei mechanische Verbindung zu dem zu betätigenden Bauteil aufweisen. Um derartige Schlupf-Kupplungen in diesem ”Force-Feed-back-Bereich” einsetzen zu können, müssen diese in der Lage sein, eine Anpassung der Dämpfung eines Antriebs an die jeweiligen Umgebungsbedingungen umsetzen zu können. Eine Anpassung der Dämpfung eines Antriebs an die Umgebungsbedingungen ist bei den bekannten Schlupfkupplungsvorrichtungen nicht oder nur bedingt in sehr kleinem Rahmen möglich.In the field of use of, for example, manipulators, the term "force feedback" (referred to as force feedback or haptic technique) requires slip clutches with damping properties in order to be able to use manipulators for cooperation with people (operators) in an appropriate manner , The principle of "force feedback" is used, for example, in aircraft equipped with fly-by-wire, since in this technique there is no direct transmission of power from the control surfaces of the aircraft to the control elements of the pilot and thus the external forces acting on the control surfaces the pilot's feeling must be created artificially. Manipulators are operator-controlled robots that often have a gripper as end effector. Also for operator-guided manipulators (for example, diving robots, robots in the field of medical surgical technique) is increasingly the technique of "force feedback" used to generate precise feedback control of forces to the operator. The "force-feedback technique" is used more and more, for example, in the automotive sector, for example, to operate accelerators or steering wheels, which have no mechanical connection to the component to be actuated. In order to use such slip clutches in this "force feedback area", they must be able to implement an adaptation of the damping of a drive to the respective environmental conditions can. An adaptation of the damping of a drive to the ambient conditions is in the known slip clutch devices not or only partially possible in a very small scale.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, eine Schlupfkupplungsvorrichtung anzugeben, die eine Anpassung der Dämpfung eines Antriebs an die Umgebungsbedingungen ermöglicht, einen konstruktiv einfachen Aufbau bei einer gleichzeitig dauerhaft zuverlässigen Funktion gewährleistet und darüber hinaus ein geringes Gewicht mit einem kompakten Aufbau umsetzen kann.Based on the cited prior art, the present invention, the object or the technical problem of specifying a slip clutch device that allows adjustment of the damping of a drive to the ambient conditions, a structurally simple structure with a simultaneously reliable function ensures and beyond low weight with a compact design can implement.

Die erfindungsgemäße Schlupfkupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt abhängigen Ansprüche.The slip clutch device according to the invention of the type mentioned is characterized by the features of independent claim 1 given. Advantageous embodiments and further developments are the subject of claims dependent directly or indirectly from the independent claim 1.

Die erfindungsgemäße Schlupfkupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich sinngemäß dadurch aus, dass die Festpoleinheiten als Spaltfestpoleinheiten mit jeweils zumindest zwei Spaltfestpolen ausgebildet sind, eine erste Induktionseinrichtung mit Induktionszellen vorhanden ist, die jeweils von einem S-Spaltfestpol, einer Spaltfestpoleinheit und einem N-Spaltfestpol einer benachbarten Spaltfestpoleinheit durchzogen werden oder umgekehrt, wobei die Spaltfestpole und Wechselpole geometrisch so ausgebildet und angeordnet sind, dass sich während der Kraft-/Drehmomentübertragung unter Schlupf ein Induktionswechsel beim Überfahren einer Spaltpoleinheit von der von einer Spaltpolhälfte durchzogenen Zelle des Induktionskäfigs zu der von der zweiten benachbarten Spaltpolhälfte durchzogenen Zelle und näherungsweise konstantem magnetischen Widerstand (Reluktanz) mit einer Umkehr der magnetischen Flussrichtung innerhalb einer Induktionskäfigzelle bei sich verändernder Reluktanz des magnetischen Kreises abwechselt.The slip clutch device according to the invention of the type mentioned above is characterized by the fact that the Festpoleinheiten are formed as Spaltfestpoleinheiten each having at least two gap fixed poles, a first induction device with induction cells is present, each of an S-Spaltfestpol, a Spaltfestpoleinheit and an N-Spaltfestpol a are traversed or adjacent vice versa, wherein the gap fixed poles and alternating poles are geometrically designed and arranged so that during the force / torque transmission under slip an induction change when passing a Spaltpoleinheit from the half of a Spaltpolhälfte traversed cell of the induction cage to that of the second adjacent Cole-half crossed cell and approximately constant magnetic reluctance (reluctance) with a reversal of the magnetic flux direction within an induction cage cell with changing Re luktanz the magnetic circuit alternates.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine feststehende auf die Festpoleinrichtung magnetisch wirkende Erregerspule vorhanden ist, die Festpoleinrichtung als Festpolläufer als eine Kupplungshälfte und die Wechselpoleinrichtung als Wechselpolläufer als andere Kupplungshälfte ausgebildet ist mit Umkehr des magnetischen Flusses innerhalb des Wechselpolläufers, das heißt der in die Wechselpole eingehende Fluss entspricht dem aus den Wechselpolen ausgehenden Fluss, bei konstantem Schlupf, das heißt konstanter Differenzdrehgeschwindigkeit der beiden Kupplungshälften, abwechselnd (zum einen – siehe Wechselpol –) eine stetige Wechselinduktion beim Überfahren eines Spaltpols von der von einer Spaltpolhälfte durchzogenen Zelle des Induktionskäfigs zu der von der zweiten Spaltpolhälfte durchzogenen Zelle und näherungsweise konstantem magnetischen Widerstand erzeugt wird und (zum anderen – siehe Wechselpol –) eine stetige Umkehr der Flussrichtung innerhalb einer Induktionskäfigzelle bei veränderlicher Reluktanz des magnetischen Kreises erzeugt wird.An advantageous embodiment of the slip clutch device according to the invention is characterized in that a fixed on the Festpoleinrichtung magnetically acting exciter coil is provided, the Festpoleinrichtung is formed as Festpolläufer as a coupling half and the Wechselpoleinrichtung as Wechselpolläufer as another coupling half with reversal of the magnetic flux within the Wechselpolläufers, the means the incoming into the Wechselpole flow corresponds to the outgoing poles outgoing river, with constant slip, that is constant differential rotational speed of the two coupling halves, alternately (on the one - see Wechselpol -) a continuous Wechselinduktion when driving over a Spaltpols of the durchgespull of a Spaltpolhälfte cell of the induction cage is generated to the cell through which the second split-pole half passes and approximately constant magnetic resistance, and (on the other hand - see Wechs lpol -) a steady reversal of the flow direction within an induction cage cell with variable reluctance of the magnetic circuit is generated.

Das über die Kupplung übertragene Drehmoment kann über den durch die feststehende Spule fließenden Strom eingestellt werden.The torque transmitted via the clutch can be adjusted via the current flowing through the fixed coil.

Die Konstruktion erfordert keine mitdrehenden Wicklungen und dadurch keine elektrische Energieübertragung auf rotierende Wellen, woraus ein geringes Trägheitsmoment der rotierenden Teile und ein geringes Gesamtgewicht resultiert.The design requires no co-rotating windings and thus no electrical energy transfer to rotating shafts, resulting in a low moment of inertia of the rotating parts and a low total weight results.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass um die Wechselpole Käfigzellen beziehungsweise Induktionsschleifen angebracht sind, die eine zusätzliche Induktion während der Änderung des durch die Wechselpole fließenden magnetischen Flusses bewirken. Dies ermöglicht die Übertragung von großen Drehmomenten bei kleinen Volumeneinheiten.A particularly advantageous embodiment of the slip coupling device according to the invention is characterized in that cage cells or induction loops are mounted around the alternating poles, which cause an additional induction during the change of the magnetic flux flowing through the alternating poles. This allows the transmission of high torques at small volume units.

Durch die Anbringung von zwei Induktionskäfigen induziert der durch einen Wechselpol fließende magnetische Fluss zu jedem Zeitpunkt Ströme in zwei Käfigzellen, abwechselnd zum einen in Überdeckung mit beiden Hälften eines Spaltpols, wobei Ströme innerhalb der die beiden Spaltpolhälften umgebenden Induktionszellen des Festpolläufers induziert werden, und zum anderen in Überdeckung zwischen zwei benachbarten Spaltpolen innerhalb der Induktionszelle, die die aneinander liegenden Spaltpolhälften der benachbarten Spaltpole umschließt sowie in der Induktionszelle des betreffenden Wechselpols, da in diesem Bereich eine Änderung der Überdeckungsfläche und damit eine magnetische Flussänderung im Wechselpol stattfindet. Im ersten Fall findet in der Wechselpolkäfigzelle des betreffenden Wechselpols aufgrund der gleichbleibenden Überdeckungsfläche und des dadurch konstanten magnetischen Flusses keine Induktion statt. Ist die Induktion in einer Festpolkäfigzelle genauso groß wie die Induktion in einer Wechselpolkäfigzelle stellt sich eine gleichbleibende Induktion während der Schlupfbewegung ein.By the application of two induction cages, the magnetic flux flowing through an alternating pole induces currents into two cage cells alternately on the one hand into overlap with both halves of a split pole, inducing currents inside the solid pole rotor induction cells surrounding the two split pole halves, and on the other in overlap between two adjacent gap poles within the induction cell, which encloses the contiguous Spaltpolhälften the adjacent split poles and in the induction cell of the respective Wechselpols, since in this area a change in the coverage area and thus a magnetic flux change in Wechselpol takes place. In the first case takes place in the Wechselpolkäfigzelle of the respective Wechselpols due to the constant coverage area and thereby constant magnetic flux no induction instead. If the induction in a Festpolkäfigzelle is just as large as the induction in a Wechselpolkäfigzelle adjusts itself to a constant induction during the slip movement.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spaltfestpoleinheiten und die Wechselpole geometrisch so ausgebildet und angeordnet sind, dass sich in jeder Stellung eine gleichbleibende Polüberdeckungsfläche der Festpole mit den Wechselpolen und einer gleich großen Polüberdeckungsfläche der Nord- und der Südpole des Festpolläufers mit den Wechselpolen des Wechselpolläufers ergibt und der magnetische Gesamtwiderstand immer gleich bleibt.An advantageous embodiment of the slip clutch device according to the invention is characterized in that the Spaltfestpoleinheiten and the Wechselpole are geometrically designed and arranged so that in each position a constant Polüberdeckungsfläche the poles with the poles and an equal Polüberdeckungsfläche the north and south poles of the fixed pole rotor with the alternating poles of the Wechselpolläufers results and the magnetic total resistance always remains the same.

Bezüglich der geometrischen Ausbildung zeichnet sich eine bevorzugte Ausgestaltung dadurch aus, dass der Wechselpolläufer mindestens eine Anordnung von drei jeweils um 120° (Altgrad) in Umfangsrichtung versetzten Wechselpolen und von vier jeweils um 90° (Altgrad) in Umfangsrichtung versetzten Festpolen aufweist. Durch die dreimal um 120° (Altgrad) versetzten Wechselpole ergibt sich in jedem der beiden benachbarten Induktionskäfige eine gleichbleibende Induktion. Durch die gleich großen Überdeckungsflächen der Nord- und Südpole der Spaltpoleinheiten wird eine gleichmäßige magnetische Flussdichte an den Polen erreicht.With respect to the geometric design, a preferred embodiment is characterized in that the Wechselpolläufer has at least one arrangement of three each offset by 120 ° (degrees) in the circumferential direction Wechselpolen and four each offset by 90 ° (degrees) in the circumferential direction fixed poles. The alternating poles, which are offset three times by 120 ° (degrees), result in a constant induction in each of the two adjacent induction cages. Due to the equally large overlap areas of the north and south poles of the split-pole units, a uniform magnetic flux density is achieved at the poles.

Eine alternative Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Wechselpolläufer mindestens eine Anordnung von neun jeweils um 40° (Altgrad) in Umfangsrichtung versetzten Wechselpolen und von 12 jeweils um 30° (Altgrad) in Umfangsrichtung versetzten Festpolen aufweist. An alternative embodiment is characterized in that the Wechselpolläufer has at least one arrangement of nine each offset by 40 ° (degrees) in the circumferential direction Wechselpolen and 12 each offset by 30 ° (degrees) in the circumferential direction fixed poles.

Eine bevorzugte Ausgestaltung, die besonders geringe Kraft- beziehungsweise Drehmomentschwankungen über dem Umfang gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass zur Verteilung der Kantenüberdeckungen der Wechselpolläufer mindestens eine Anordnung von neun jeweils um 40° (Altgrad) in Umfangsrichtung versetzten Wechselpolen und von 14 jeweils um 25,7° (Altgrad) in Umfangsrichtung versetzten Festpolen aufweist.A preferred embodiment, which ensures particularly small force or torque fluctuations over the circumference, is characterized in that for the distribution of the edge overlaps the Wechselpolläufer at least one arrangement of nine each offset by 40 ° (degrees) in the circumferential direction Wechselpolen and 14 each by 25 , 7 ° (old) has circumferentially offset fixed poles.

Eine konstante Polüberdeckung erfordert, wie oben ausgeführt, eine Anordnung aus mindestens drei um 120° (Altgrad) versetzten Wechselpolen. Die Bereiche zwischen zwei benachbarten Festpolen sind jeweils in drei Abschnitte unterteilt, nämlich eine erste Spaltpolhälfte, eine zweite Spaltpolhälfte und eine Pollücke. Bevorzugt sind diese Abschnitte gleich breit ausgebildet und die Breite der Wechselpole gleich der Abschnittsbreite, so dass Folgendes festzustellen ist. Soll unter der genannten Voraussetzung eine gleichmäßige Induktion über den Umfang stattfinden, erfolgen bei allen drei Wechselpolen alle Kantenüberdeckungen gleichzeitig, das heißt, es treffen alle Polkanten gleichzeitig aufeinander. Da der Festpolläufer aufgrund der wechselnden Anordnung von Nord- und Südspaltpolen aus einer geraden Anzahl von Spaltpolen besteht, tritt der gewünschte Effekt auch bei zweimal drei = sechs Wechselpolen auf. Zur Erzielung einer Polanordnung mit möglichst geringer Polanzahl und verteilter Kantenüberdeckung ist daher eine Mindestanzahl von dreimal drei = neun Wechselpolen erforderlich.Constant pole coverage, as stated above, requires an array of at least three offset poles offset by 120 degrees (degrees). The areas between two adjacent fixed poles are each subdivided into three sections, namely a first split pole half, a second split pole half and a pole gap. Preferably, these sections are formed the same width and the width of the alternating poles equal to the section width, so that the following is to be noted. If uniform induction is to take place over the circumference under the stated condition, all edge overlaps occur simultaneously at all three alternating poles, that is, all the pole edges meet at the same time. Since the fixed pole runner consists of an even number of split poles due to the alternating arrangement of north and south fissured poles, the desired effect also occurs at twice three = six alternating poles. To achieve a pole arrangement with the lowest possible number of poles and distributed edge overlap, therefore, a minimum number of three times three = nine alternating poles is required.

Zur Vermeidung magnetischer Kurzschlüsse innerhalb der Induktionskäfigzellen ist für den Festpolläufer eine Mindestanzahl an Festpolen von vier/drei Wechselpolen erforderlich, bei neun Wechselpolen also mindestens (vier/drei) mal neun = 12 Festpolen. Da bei dieser Kombination von neun Wechselpolen und 12 Festpolen – aufgrund der durch drei teilbaren Festpolanzahl – die Kantenüberdeckungen immer noch gleichzeitig erfolgen, beträgt die Mindestanzahl der Festpole mit verteilten Kantenüberdeckungen 14, was die nächsthöhere gerade Zahl nach 12 darstellt, die dann auch nicht durch drei teilbar ist. Die Kombination von neun Wechselpolen und 14 Festpolen stellt damit mit neun + 14 = 23 die Minimalanzahl von Gesamtpolen dar, bei der nicht alle Kantenüberdeckungen gleichzeitig auftreten.To avoid magnetic short circuits within the induction cage cells, the fixed pole rotor requires a minimum number of fixed poles of four / three alternating poles, ie at least nine (four / three) times nine = 12 fixed poles at nine alternating poles. Since this combination of nine alternating poles and 12 fixed poles - due to the divisible by three poles - the edge overlaps still done simultaneously, the minimum number of fixed poles with distributed edge coverage is 14, which is the next higher even number after 12, then not by three is divisible. The combination of nine alternating poles and 14 fixed poles thus represents, with nine + 14 = 23, the minimum number of total poles in which not all edge overlaps occur simultaneously.

Im Bereich der Kantenüberdeckungen treten aufgrund verstärkter Streuflüsse nichtlineare Änderungen des magnetischen Widerstands (Reluktanz) auf. Die Verteilung der Kantenüberdeckungen bewirkt dabei eine Verringerung von Kraft- beziehungsweise Drehmomentschwankungen über dem Umfang.In the area of edge coverings, non-linear changes of the magnetic resistance (reluctance) occur due to increased leakage fluxes. The distribution of the edge overlaps causes a reduction of force or torque fluctuations over the circumference.

Eine teilweise Verringerung der Kantenüberdeckungen kann auch durch unterschiedliche Abschnittsbreiten der Festpole, Wechselpole oder Polspalten erreicht werden, wobei entweder eine verminderte Polüberdeckungsfläche oder magnetische Kurzschlüsse in Kauf genommen werden müssen. Durch die 9 Wechselpole/14 Festpole-Kombination ist man bei der Anwendung derartiger Maßnahmen immer auf der sicheren Seite.A partial reduction of the edge coverage can also be achieved by different section widths of the fixed poles, alternating poles or Polspalten, either a reduced Polüberdeckungsfläche or magnetic short circuits must be taken into account. By the 9 Wechselpole / 14 Festpole combination one is always on the safe side with the application of such measures.

Eine hinsichtlich eines konstruktiv einfachen Aufbaus, einer Gewährleistung eines zuverlässigen magnetischen Flusses und einer dauerhaft zuverlässigen Funktion bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der feststehenden Spule und der Festpoleinrichtung beziehungsweise dem Festpolläufer Ringspalte vorhanden sind und die magnetische Durchflutung von der feststehenden Spule über die Ringspalte auf den rotierenden Festpolläufer übertragen wird.A preferred embodiment with respect to a structurally simple design, ensuring a reliable magnetic flux and a permanently reliable function is characterized in that there are annular gaps between the stationary coil and the Festpolereinrichtung or the Festpolläufer and the magnetic flux from the fixed coil on the annular column is transmitted to the rotating Festpolläufer.

In besonders vorteilhafter Art und Weise werden zur Dämpfung der Streuflüsse zwischen den Wechselpolen zusätzliche Induktionszellen angeordnet.In a particularly advantageous manner, additional induction cells are arranged for damping the leakage fluxes between the alternating poles.

Dies findet darin seine Begründung, dass neben dem magnetischen Hauptfluss auch in geringem Maße Streuflüsse zwischen den Wechselpolen in die magnetflussleitende Struktur einfließen können. Da diese Pfade keiner permanenten Reluktanzänderung unterliegen, können dadurch keine zusätzlichen Spannungen induziert werden. Durch die zusätzlichen Induktionszellen können zeitlich veränderliche Streuflüsse abgedämpft werden, wobei ein zusätzliches Dämpfungsmoment der Schlupfkupplungsvorrichtung entsteht.This finds its reasoning that in addition to the magnetic main flux and leakage flux between the alternating poles in the magnetic flux-conducting structure can flow into a small extent. Since these paths are not subject to a permanent reluctance change, no additional voltages can be induced thereby. Due to the additional induction cells time-varying leakage fluxes can be damped, with an additional damping torque of the slip clutch device is formed.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Erzielung eines geforderten Magnetflusses F_s die feststehende Spule über einen Stromregler angesteuert wird. Der Stromregler regelt den durch die Spule fließenden Strom I_I entsprechend dem vorgegebenen Stromsollwert I_s. Der Sollwert I_s errechnet sich aus der gewünschten magnetischen Durchflutung über die Beziehung I_s = Θ_s/w, wobei w die Anzahl der Windungen der Spule ist. Unter Annahme eines gleichbleibenden magnetischen Widerstands R_m des magnetischen Kreises ergibt sich der Sollfluss F_s zu F_s = Θ_s/R_m. Der Stromsollwert I_s errechnet sich somit aus dem gewünschten magnetischen Fluss über die Gleichung I_s = (R_m/w)·F_s. Für die Anwendung dieser Methode muss sich der Schalter in der gezeichneten oberen Stellung befinden.A particularly preferred embodiment of the slip coupling device according to the invention is characterized in that the fixed coil is driven via a current regulator to achieve a required magnetic flux F _s . The current controller regulates the current I _I flowing through the coil in accordance with the predetermined current setpoint I _s . The setpoint I _{s is} calculated from the desired magnetic flux through the relationship I _s = Θ _s / w, where w is the number of turns of the coil. Assuming a constant magnetic resistance R _{m of} the magnetic circuit, the desired flux F _s results in F _s = Θ _s / R _m . The current setpoint I _s is thus calculated from the desired magnetic flux via the equation I _s = (R _m / w) .F _s . For the application of this Method, the switch must be in the drawn upper position.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Regelung des magnetischen Flusses ein Flussregler implementiert ist.A particularly advantageous development of the slip coupling device according to the invention is characterized in that a flux controller is implemented to control the magnetic flux.

Durch die im gesamten Drehbereich gleichbleibende Polüberdeckungsfläche im Arbeitsspalt zwischen den Festpolen und den Wechselpolen ist ein näherungsweise konstanter magnetischer Widerstand des Magnetkreises gegeben. Im Bereich der Überdeckung der Kanten der Pole können jedoch infolge magnetischer Streuflüsse Änderungen des magnetischen Widerstands des Magnetkreises auftreten. Dadurch können auch bei konstantem Strom durch die Spule magnetische Flussänderungen auftreten. Der Flussregler ermöglicht die Einhaltung eines geforderten magnetischen Flusses F_s auch bei Änderungen des magnetischen Widerstands des Magnetkreises. Bei der Anwendung dieser Methode muss sich der Schalter in der unteren gestrichelt gezeichneten Stellung befinden. Zur Regelung des Magnetflusses wird der aktuelle Magnetfluss über einen Sensor (zum Beispiel Hallsensor) gemessen. Der gemessene Wert F_I wird in einem Vergleicher vom Magnetfluss-Sollwert F_s subtrahiert und die Differenz F_D dem Magnetflussregler zugeführt. Der Magnetflussregler gibt die Solldurchflutung Θ_s aus, woraus sich nach Multiplikation mit dem Kehrwert der Windungszahl w der Stromsollwert I_s für den Stromregler errechnet.Due to the constant in the entire rotation range Polüberdeckungsfläche in the working gap between the fixed poles and the alternating poles an approximately constant magnetic resistance of the magnetic circuit is given. In the area of overlap of the edges of the poles, however, changes in the magnetic resistance of the magnetic circuit can occur as a result of magnetic leakage fluxes. As a result, magnetic flux changes can occur even with constant current through the coil. The flux controller allows compliance with a required magnetic flux F _s, even with changes in the magnetic resistance of the magnetic circuit. When using this method, the switch must be in the lower dashed position. To control the magnetic flux, the current magnetic flux is measured via a sensor (for example a Hall sensor). The measured value F _I is subtracted from the magnetic flux setpoint value F _s in a comparator and the difference F _D fed to the magnetic flux controller. The magnetic flux controller outputs the nominal flux Θ _s , from which, after multiplication by the reciprocal of the number of turns w, the current setpoint I _s for the current controller is calculated.

Die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung (Induktionskupplung) werden im Folgenden beispielhaft genannt:
Nach dem Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung wird eine feststehende, stromgeregelte Erregerspule mit feststehendem Joch eingesetzt, die auf Festpolläufer mit Induktionskanälen magnetisch einwirkt, wobei der Festpolläufer auf einen Wechselpolläufer mit Induktionskäfig magnetisch einwirkt. Der Magnetfluss vom feststehenden Erregerspulenjoch zum Festpolläufer wird über zwei Ringspalte induziert. Die Polanordnung der Pole der Festpolläufer und der Pole der Wechselstromläufer wird mit gleichbleibender Polüberdeckung für konstanten Magnetfluss über den Differenzdrehwinkel ausgebildet. Die Erzeugung von Dämpfungseigenschaften erfolgt proportional zum Erregerstrom der Erregerspule innerhalb der Induktionskanäle des Festpolläufers und dem Induktionskäfig des Wechselpolläufers.The essential features of the slip clutch device according to the invention (induction clutch) are mentioned below by way of example:
According to the principle of operation of the slip clutch device according to the invention, a fixed, current-controlled exciter coil is used with a fixed yoke, which acts magnetically on fixed rotor with induction channels, the fixed-pole rotor acts magnetically on a Wechselpolläufer with induction cage. The magnetic flux from the fixed exciter coil yoke to the fixed pole rotor is induced via two annular gaps. The pole arrangement of the poles of the Festpolläufer and the poles of the AC rotor is formed with a constant Polüberdeckung for constant magnetic flux over the differential rotation angle. The generation of damping properties is proportional to the exciting current of the exciting coil within the induction channels of the fixed pole rotor and the induction cage of the Wechselpolläufers.

Bei der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung mit Dämpfungseigenschaften handelt es sich um eine elektromagnetische Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle. In Abhängigkeit des durch die feststehende Spule fließenden elektrischen Stroms wird eine Dämpfung generiert, wodurch sich ein definiertes Verhältnis zwischen dem von der Kupplung übertragenen Drehmoment und der Differenzdrehzahl von Eingangswelle und Ausgangswelle ergibt. Das Drehmoment wird zwischen den Polen des mit der Eingangswelle verbundenen Festpolläufers und den Polen des mit der Ausgangswelle verbundenen Wechselpolläufers erzeugt. Der von der Spule erzeugte Magnetfluss wird durch die im Festpolläufer angeordneten Induktionskanäle und die Nordpole des Festpolläufers auf die Hälfte der Wechselpole geleitet und über die zweite Hälfte der Wechselpole, die Südpole des Festpolläufers und die Induktionskanäle zur Spule zurückgeführt. Entsprechend der eingestellten Dämpfung wird ein Teil der zugeführten mechanischen Energie in thermische Energie umgesetzt. Diese Umsetzung erfolgt in den Induktionskanälen des Festpolläufers und des Wechselpolläufers, in welchen elektrische Ringströme induziert werden. Thermische Energie entsteht aufgrund des ohmschen Widerstandes der Induktionskanäle. Die Umsetzung der Dämpfungseigenschaften basiert somit auf der Umsetzung der mechanischen Energie in thermische Energie.The slippage coupling device according to the invention having damping characteristics is an electromagnetic clutch for transmitting a torque between an input shaft and an output shaft. Depending on the current flowing through the fixed coil electrical current damping is generated, resulting in a defined ratio between the torque transmitted by the clutch and the differential speed of the input shaft and output shaft. The torque is generated between the poles of the fixed-pole rotor connected to the input shaft and the poles of the alternating-rotor rotor connected to the output shaft. The magnetic flux generated by the coil is passed through the arranged in Festpolläufer induction channels and the north pole of the fixed pole rotor on half of the Wechselpole and returned to the coil over the second half of the Wechselpole, the south pole of the Festpolläufers and the induction channels. Depending on the damping set, part of the mechanical energy supplied is converted into thermal energy. This reaction takes place in the induction channels of the fixed pole rotor and the Wechselpolläufers, in which electrical ring currents are induced. Thermal energy arises due to the ohmic resistance of the induction channels. The implementation of the damping properties is thus based on the conversion of mechanical energy into thermal energy.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner angegebenen Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.Further advantages and features of the invention can be found in the claims further specified features and the following embodiments.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:The invention will be described and explained in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show it:

1 schematische Perspektivdarstellung einer Schlupfkupplungsvorrichtung mit einstellbaren Dämpfungseigenschaften mit einem Festpolläufer, einem Wechselpolläufer und einer feststehenden Spule zur Übertragung eines Drehmoments von einer ankommenden auf eine abgehende Welle in Explosionsdarstellung, 1 schematic perspective view of a slip clutch device with adjustable damping characteristics with a Festpolläufer, a Wechselpolläufer and a fixed coil for transmitting a torque from an incoming to an outgoing shaft in an exploded view,

2 schematische Schnittdarstellung durch die Schlupfkupplungsvorrichtung gemäß 1 in zusammengesetztem Zustand, 2 schematic sectional view through the slip clutch device according to 1 in assembled condition,

3 schematische Darstellung einer Antriebseinheit mit einstellbarer Dämpfung unter Einsetzung einer Schlupfkupplungsvorrichtung gemäß den 1 und 2, 3 schematic representation of a drive unit with adjustable damping with the use of a slip clutch device according to the 1 and 2 .

4 schematische Detailausschnittdarstellung einer linearen Abwicklung der Schlupfkupplungsvorrichtung gemäß 2 und 4 schematic detail detail of a linear development of the slip clutch device according to 2 and

5 schematische Darstellung des Querschnitts unterschiedlicher Polanordnungen von Wechselpolen und Festpolen der Schlupfkupplungsvorrichtung gemäß 1 und 2. 5 schematic representation of the cross section of different pole arrangements of alternating poles and fixed poles of the slip clutch device according to 1 and 2 ,

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

In 1 ist schematisch in einer Perspektivdarstellung eine Schlupfkupplungsvorrichtung 50 in einer Explosionsperspektive dargestellt. Dabei handelt es sich um eine elektromagnetische Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einer Eingangswelle 40, die an eine Motor-/Getriebeeinheit 60 (siehe 3) gekoppelt ist, und einer Ausgangswelle 42, die an eine Abtriebseinheit 70 (siehe 3) gekoppelt ist. Zentrale Baueinheiten sind eine Festpoleinrichtung beziehungsweise Festpolläufer 5 und eine Wechselpoleinrichtung beziehungsweise Wechselpolläufer 6, wobei in 1 links von dem Festpolläufer 5 eine feststehende Spule 1 und davor eine Lagergehäuseeinheit 46 dargestellt ist, die mit einem im rechten Endbereich von 1 dargestellten Kupplungsgehäuse 44 verbunden wird. Der Festpolläufer 5 und der Wechselpolläufer 6 sind innerhalb des Kupplungsgehäuses 44 angeordnet. Rechts von dem Festpolläufer 5 ist in 1 eine zweite, ringförmige magnetflussleitende Struktur 15 dargestellt. Der Wechselpolläufer 6 enthält eine zweite Induktionseinrichtung beziehungsweise zweiten Induktionskäfig 10 und umfangsmäßig verteilt angeordnete Wechselpole 8. Der Festpolläufer 5 enthält umfangsmäßig verteilt angeordnete Spaltpolhälften 2 und eine erste Induktionseinrichtung beziehungsweise einen ersten Induktionskäfig 9.In 1 is a schematic perspective view of a slip clutch device 50 presented in an explosion perspective. It is an electromagnetic clutch for transmitting torque between an input shaft 40 connected to a motor / gear unit 60 (please refer 3 ), and an output shaft 42 connected to an output unit 70 (please refer 3 ) is coupled. Central units are a Festpoleinrichtung or Festpolläufer 5 and a Wechselpoleinrichtung or Wechselpolläufer 6 , where in 1 to the left of the festival runner 5 a fixed coil 1 and in front of it a bearing housing unit 46 is shown with one in the right end of 1 illustrated clutch housing 44 is connected. The festival poll 5 and the alternate polluter 6 are inside the clutch housing 44 arranged. To the right of the festival poll 5 is in 1 a second, annular magnetic flux-conducting structure 15 shown. The Wechselpolläufer 6 contains a second induction device or second induction cage 10 and circumferentially distributed alternating poles 8th , The festival poll 5 contains circumferentially distributed Spaltpolhälften arranged 2 and a first induction device or a first induction cage 9 ,

In 2 ist die Schlupfkupplungsvorrichtung in einem Längsschnitt im zusammengebauten Zustand dargestellt.In 2 the slip clutch device is shown in a longitudinal section in the assembled state.

4 zeigt schematisch eine Detailschnittdarstellung einer linearen Abwicklung in Umfangsrichtung der Schlupfkupplungsvorrichtung gemäß 2 in einem Ausschnitt. 4 schematically shows a detail sectional view of a linear development in the circumferential direction of the slip clutch device according to 2 in a section.

Bei der erfindungsgemäßen Schlupfkupplungsvorrichtung 50 handelt es sich um eine elektromagnetische Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen der Eingangswelle 40 und der Ausgangswelle 42.In the slip clutch device according to the invention 50 it is an electromagnetic clutch for transmitting torque between the input shaft 40 and the output shaft 42 ,

In Abhängigkeit des durch die feststehende Spule 1 fließenden elektrischen Stroms wird eine Dämpfung generiert, wodurch sich ein definiertes Verhältnis zwischen dem von der Schlupfkupplungsvorrichtung 50 übertragenen Drehmoment und der Differenzzahl von Eingangswelle 40 und Ausgangswelle 42 ergibt. Das Drehmoment wird zwischen den Festpolen 2 beziehungsweise Spaltpolhälften 2.1, 2.2 des mit der Eingangswelle 40 verbundenen Festpolläufers 5 und den Wechselpolen 8 des mit der Ausgangswelle 42 verbundenen Wechselpolläufers 6 erzeugt.Depending on the fixed coil 1 flowing electrical current, a damping is generated, resulting in a defined ratio between that of the slip clutch device 50 transmitted torque and the differential number of input shaft 40 and output shaft 42 results. The torque is between the fixed poles 2 or split-pole halves 2.1 . 2.2 with the input shaft 40 connected festival runner 5 and the alternating poles 8th with the output shaft 42 affiliated alternate polluter 6 generated.

Der von der feststehenden Spule 1 erzeugte Magnetfluss wird durch die im Festpolläufer 5 angeordnete erste Induktionseinrichtung beziehungsweise ersten Induktionskäfig 9 und die Pole 2.1, 2.2 auf die Hälfte der Wechselpole 8 geleitet und über die zweite Hälfte der Wechselpole 8, die Festpole 2.1, 2.2 und die erste Induktionseinrichtung beziehungsweise den ersten Induktionskäfig 9 zur feststehenden Spule 1 zurückgeführt.The one of the fixed coil 1 Magnetic flux generated by the fixed pole rotor 5 arranged first induction device or first induction cage 9 and the poles 2.1 . 2.2 on half of the Wechselpole 8th passed and over the second half of the Wechselpole 8th , the festival poles 2.1 . 2.2 and the first induction device or the first induction cage 9 to the fixed coil 1 recycled.

Entsprechend der eingestellten Dämpfung wird ein Teil der zugeführten mechanischen Energie in thermische Energie umgesetzt. Diese Umsetzung erfolgt in den ersten beziehungsweise zweiten Induktionseinrichtungen/erstem Induktionskäfig beziehungsweise zweitem Induktionskäfig 9, 10 beziehungsweise des Festpolläufers 5, in welchem elektrische Ringströme um die einzelnen Kanäle (Induktionskäfigzelle 19) der Induktionseinrichtungen 9 herum induziert werden. Thermische Energie entsteht dabei aufgrund des ohmschen Widerstands der Induktionskäfige 9, 10.Depending on the damping set, part of the mechanical energy supplied is converted into thermal energy. This conversion takes place in the first or second induction devices / first induction cage or second induction cage 9 . 10 or the festival runner 5 , in which electrical ring currents around the individual channels (induction cage cell 19 ) of the induction devices 9 be induced around. Thermal energy arises due to the ohmic resistance of the induction cages 9 . 10 ,

In 4 ist stark schematisiert der entstehende Magnetfluss (Bezugszeichen 7) zur Erzielung der Dämpfungseigenschaften in einer Detaildarstellung der Schlupfkupplungsvorrichtung 50 – umfangsmäßig abgewickelt – dargestellt.In 4 is highly schematic of the resulting magnetic flux (reference numeral 7 ) for achieving the damping characteristics in a detailed view of the slip clutch device 50 - Completed - presented.

Die Schlupfkupplungsvorrichtung 50 überträgt ein Kraft- oder ein Drehmoment von dem Festpolläufer 5 auf den Wechselpolläufer 6. Beide Läufer 5, 6 sind aus am Umfang angeordneten Polen 2.1, 2.2 (N-Spaltfestpol 2.1 beziehungsweise S-Spaltfestpol 2.2) des Festpolläufers 5 und den Wechselpolen 8 des Wechselpolläufers 6 aufgebaut. In 4, die den prinzipiellen Aufbau der Schlupfkupplungsvorrichtung 50 zeigt, sind die am Umfang angeordneten Magnetpole der Polläufer (Festpolläufer 5 und Wechselpolläufer 6) in der Zeichnungsebene abgewickelt dargestellt. Die Kraft-/Drehmomentübertragung zwischen den Polläufern 5, 6 erfolgt über Magnetkräfte. Der magnetische Fluss ist in 4 mit dem Bezugszeichen 7 angegeben. Dieser magnetische Fluss 7 wird von einer ein Spulenjoch 12 umwickelnden feststehenden Spule 1 erzeugt.The slip clutch device 50 transmits a force or torque from the fixed pole runner 5 on the Wechselpolläufer 6 , Both runners 5 . 6 are made of poles arranged on the circumference 2.1 . 2.2 (N-Spaltfestpol 2.1 or S-gap fixed pole 2.2 ) of the festival runner 5 and the alternating poles 8th the interchangeable pupper 6 built up. In 4 showing the basic structure of the slip clutch device 50 shows, the magnetic poles arranged on the circumference of Polläufer (Festpolläufer 5 and alternate polluters 6 ) shown unwound in the drawing plane. The force / torque transmission between the poll runners 5 . 6 via magnetic forces. The magnetic flux is in 4 with the reference number 7 specified. This magnetic flux 7 becomes a coil yoke from one 12 wrapping fixed coil 1 generated.

Zwischen dem Spulenjoch 12 der feststehenden Spule 1 und der ersten magnetflussleitenden Struktur 13 sind zwei Ringspalte 3, 4 vorhanden, über die der Magnetfluss 7 geleitet wird.Between the coil yoke 12 the fixed coil 1 and the first magnetic flux-conducting structure 13 are two annular gaps 3 . 4 present over which the magnetic flux 7 is directed.

Über zwei ringförmige Spalte 3 und 4 wird der magnetische Fluss 7 auf eine erste magnetische Struktur 13 des rotierenden Festpolläufers 5 und anschließend auf die Leiterstreben/Spaltpolhälften 14 der Festpoleinheiten 16 übertragen. Die Leiterstreben/Spaltpolhälften 14 durchlaufen die Induktionszellen 19 des ersten Induktionskäfigs 9 und enden in den Polschuhen des Festpolläufers 5. Von den Polschuhen des Festpolläufers 5 verläuft der magnetische Fluss über einen Arbeitsspalt 11 auf die Wechselpole 8 des Festpolläufers 5.Over two annular gaps 3 and 4 becomes the magnetic flux 7 on a first magnetic structure 13 of the rotating festival runner 5 and then on the ladder struts / Spaltpolhälften 14 the Festpoleinheiten 16 transfer. The Head struts / Spaltpolhälften 14 go through the induction cells 19 of the first induction cage 9 and end up in the pole shoes of the festival runner 5 , From the pole shoes of the festival runner 5 the magnetic flux passes over a working gap 11 on the Wechselpole 8th of the festival runner 5 ,

Die Wechselpole 8 des Wechselpolläufers 6 verlaufen durch einen zweiten Induktionskäfig 10. Im Induktionskäfig 10 wechseln sich Käfigzellen (Induktionszellen) 20 und Induktionszellen 21 ab. Die Wechselpole 8 führen durch die Induktionszellen 20 in eine zweite magnetflussleitende Struktur 15. Nach Durchlaufen des zweiten Induktionskäfigs 10 führen die Wechselpole 8 in eine zweite magnetflussleitende Struktur 15, welche sämtliche Wechselpole 8 des Wechselpolläufers miteinander verbindet. In der zweiten magnetflussleitenden Struktur 15 findet eine Umkehrung des Magnetflusses 7 statt, der dabei über andere der am Umfang verteilten Wechselpole 8 und Spaltpole 2 zum Spulenjoch 12 zurückgeführt wird.The Wechselpole 8th the interchangeable pupper 6 pass through a second induction cage 10 , In the induction cage 10 alternate cage cells (induction cells) 20 and induction cells 21 from. The Wechselpole 8th lead through the induction cells 20 in a second magnetic flux-conducting structure 15 , After passing through the second induction cage 10 lead the Wechselpole 8th in a second magnetic flux-conducting structure 15 , which all Wechselpole 8th the Wechselpolläufers interconnects. In the second magnetic flux-conducting structure 15 finds a reversal of the magnetic flux 7 instead, the other about the distributed at the periphery Wechselpole 8th and split poles 2 to the coil yoke 12 is returned.

Im Festpolläufer 5 bilden jeweils zwei aneinander liegende gleiche Polschuhe beziehungsweise Spaltpole 2 eine Spaltpoleinheit 16. Über dem Umfang des Festpolläufers 5 sind die Nord- und Südspaltpoleinheiten 16 abwechselnd angeordnet. Durch die Rotationsdifferenz von Festpolläufer 5 und Wechselpolläufer 6 wird eine Änderung der Magnetflüsse 7 durch die Zellen 19 und 20 der Induktionskäfige 9 und 10 hervorgerufen, welche nach dem Induktionsgesetz elektrische Spannung in den Käfigzellen 19 und 20 erzeugen.In the festival runner 5 each form two adjacent same pole shoes or split poles 2 a split-pole unit 16 , About the scope of the festival runner 5 are the north and south split pole units 16 arranged alternately. Due to the rotation difference of Festpolläufer 5 and alternate polluters 6 becomes a change of magnetic fluxes 7 through the cells 19 and 20 the induction cages 9 and 10 caused, which according to the law of induction electrical voltage in the cage cells 19 and 20 produce.

Infolge der elektrischen Spannung entsteht elektrischer Strom in den Käfigzellen 19 und 20, der aufgrund des ohmschen Widerstands der Käfige 19 und 20 in thermische Energie umgesetzt wird. Entsprechend der erzeugten thermischen Energie verringert sich die zugeführte mechanische Energie und es entsteht eine dämpfende Wirkung.As a result of the electrical voltage, electric current is generated in the cage cells 19 and 20 due to the ohmic resistance of the cages 19 and 20 is converted into thermal energy. According to the generated thermal energy, the supplied mechanical energy is reduced and there is a damping effect.

In 4 ist noch gestrichelt ein magnetischer Streufluss 22 dargestellt, der von dem rechten Ringspalt 3 des Spulenjochs 12 über eine Spaltpolhälfte 14 zu einem Spaltpol 2.1 verläuft, und schließlich durch die Induktionszelle 21 in die zweite magnetflussleitende Struktur 15 übergeht und über den Wechselpol zusammen mit dem Hauptmagnetfluss 22 an die feststehende Spule 1 zurückführt. So wird ein Streufluss verhindert.In 4 is still a broken line magnetic leakage flux 22 represented by the right annular gap 3 of the coil yoke 12 over a split pole half 14 to a shaded pole 2.1 passes, and finally through the induction cell 21 in the second magnetic flux-conducting structure 15 goes over and over the Wechselpol together with the main magnetic flux 22 to the fixed coil 1 returns. This prevents leakage flux.

In 4 ist noch stark schematisiert dargestellt, dass die feststehende Spule 1 über einen Stromregler 26 betrieben wird, der über einen Schalter 27 mit einem Magnetflussregler 25 und einem Vergleicher 24 verbunden ist.In 4 is still highly schematized that the fixed coil 1 via a current regulator 26 is operated by a switch 27 with a magnetic flux controller 25 and a comparator 24 connected is.

Schließlich ist an dem Spulenjoch 12 noch ein Hallsensor 23 angeordnet, dessen gemessene Werte zur Steuerung beziehungsweise Regelung des Magnetflusses in Verbindung mit dem Vergleicher 24 und dem Magnetflussregler 25 eingesetzt wird.Finally, on the coil yoke 12 another hall sensor 23 whose measured values are used for controlling or regulating the magnetic flux in conjunction with the comparator 24 and the magnetic flux controller 25 is used.

In den 5a), b) und c) sind unterschiedliche Anordnungen und Anzahlen der Wechselpole 8 beziehungsweise Festpole 16 dargestellt. In 5a) sind umfangsmäßig in einem Winkel von 120° Grad drei Wechselpole 8 und umfangsmäßig in einem Winkel von 90° Grad vier Festpole 16 angeordnet. Gemäß 5b) sind in einer zweiten Ausführungsform insgesamt neun Wechselpole 8 und 12 Festpole 16 über dem Umfang verteilt rastermäßig angeordnet.In the 5a) , b) and c) are different arrangements and numbers of alternating poles 8th or poles 16 shown. In 5a) are circumferentially at an angle of 120 ° degrees three alternating poles 8th and circumferentially at an angle of 90 degrees, four fixed poles 16 arranged. According to 5b) In a second embodiment, a total of nine alternating poles 8th and 12 fixed Pole 16 arranged in a grid distributed over the circumference.

5c) zeigt schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem über den Umfang verteilt rastermäßig neun Wechselpole 8 und 14 Festpole 16 angeordnet sind. Die Anzahl der Wechselpole 8 im Verhältnis zu den Festpolen 16 hat Einfluss auf eine Vergleichmäßigung der Gesamtflussänderung und ist damit bestimmend für eine gleichbleibende Gesamtinduktion in den ersten und zweiten Induktionskäfigen 9, 10. 5c) Finally, shows a third embodiment, in which distributed over the circumference grid-like nine removable poles 8th and 14 fixed Pole 16 are arranged. The number of alternating poles 8th in relation to the festivals 16 has an influence on a homogenization of the total flux change and is therefore determinant for a constant total induction in the first and second induction cages 9 . 10 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1524756 A1 [0006]
DE 1168550 B [0007]
DD 210795 [0008]
DE 19811966 A1 [0009]
CH 497071 A [0010]
WO 2009/117827 A1 [0011]

Claims

Slip clutch device ( 50 ) with - a Festpoleinrichtung ( 5 ) having magnetic fixed pole units spaced apart alternately with respect to S and N poles (US Pat. 16 ), - a Wechselpoleinrichtung ( 6 ) with spaced magnetically connected Wechselpoleinheiten, - between the Festpoleinheiten ( 16 ) and the Wechselpoleinheiten ( 6 ) an air gap ( 11 ) is present, - characterized in that - the Festpoleinheiten ( 16 ) as gap fixed-pole units ( 16 ) each having at least two gap fixed poles ( 2.1 . 2.2 ), - a first induction device ( 9 ) with induction cells ( 19 ), in each case by an S-gap fixed pole ( 2.2 ), a gap fixed pole unit ( 16 ) and an N-gap fixed pole ( 2.1 ) of an adjacent gap fixed pole unit ( 16 ) or vice versa, - wherein the gap poles ( 2.1 . 22 ) and alternating poles ( 8th . 17 ) are geometrically designed and arranged such that, during the force / torque transmission under slip, an induction change when passing over a split-pole unit ( 16 ) from that of a split pole half ( 2 . 14 ) traversed cell ( 19 ) of the induction cage ( 9 ) to that of the second adjacent Spaltpolhälfte ( 2 . 14 ) of a column of the gap ( 19 ) and approximately constant magnetic resistance (reluctance) with a reversal of the magnetic flux direction within an induction cage cell ( 19 ) alternates with changing reluctance of the magnetic circuit.

Slip clutch device according to claim 1, - characterized in that - a stationary on the Festpoleinrichtung ( 5 ) Magnetically acting exciting coil ( 1 ), - the fixed pole device ( 5 ) as a festival pollulator ( 5 ) as a coupling half and the Wechselpoleinrichtung ( 6 ) as Wechselpolläufer ( 6 ) is designed as another coupling half with reversal of the magnetic flux within the Wechselpolläufers ( 6 ), that is to say the total flux entering the alternating poles corresponds to the total flux emanating from the alternating poles, - at constant slip, that is to say constant differential rotational speed of the two coupling halves, alternately (on the one hand - see change pole ( 8th ) -) a continuous change induction when passing a Spaltpoleinheit ( 16 ) from that of a split pole half ( 2 . 14 ) traversed cell ( 19 ) of the induction cage ( 9 ) to that of the second split pole half ( 2 . 14 ) traversed cell ( 19 ) and approximately constant magnetic resistance or reluctance is generated - and (on the other hand - see pole ( 17 ) -) a steady change in the magnetic flux within an induction cage cell ( 19 ) is generated due to variable reluctance of the magnetic circuit.

Slip clutch device according to claim 1 or 2, - characterized in that - around the alternating poles ( 8th . 17 ) Cage cells or induction loops ( 20 ) in which additional induction currents during the change of the by the Wechselpole ( 8th . 17 ) flowing magnetic flux are generated.

Slip clutch device according to one or more of claims 2 or 3, - characterized in that - the slit solid-pole units ( 16 ) and the alternating poles ( 8th . 17 ) are geometrically designed and arranged so that - in each position a constant Polüberdeckungsfläche the Festpole ( 2 ) with the alternating poles ( 8th . 17 ) and an equally large Polüberdeckungsfläche the north and south poles of the festival runner ( 5 ) with the alternating poles ( 8th . 17 ), the Wechselpolläufers ( 6 ).

Slip clutch device according to claim 4, - characterized in that - the Wechselpolläufer ( 6 ) at least one arrangement of three each offset by 120 ° (degrees) in the circumferential direction alternating poles ( 8th . 17 ) and the Festpolläufer ( 5 ) an arrangement of four each by 90 ° (degrees) offset in the circumferential direction fixed poles ( 16 ) having.

Slip clutch device according to claim 4, - characterized in that - the Wechselpolläufer ( 6 ) at least one arrangement of nine each by 40 ° (degrees) offset in the circumferential direction of the alternating poles ( 8th . 17 ) and of 12 in each case by 30 ° (old degree) circumferentially offset fixed poles ( 16 ) having.

Slip clutch device according to claim 4, - characterized in that - for the distribution of the edge overlaps of the Wechselpolläufer ( 6 ) at least one arrangement of nine each by 40 ° (degrees) offset in the circumferential direction of the alternating poles ( 8th . 17 ) and of 14 each fixed by 25.7 ° (old degree) in the circumferential direction fixed poles ( 16 ) having.

Slip clutch device according to one or more of the preceding claims, - characterized in that - between the stationary coil ( 1 ) and the Festpoleinrichtung ( 5 ) or the Festpolläufer ( 5 ) Annular gaps ( 3 . 4 ) are present and - the magnetic flux from the fixed coil ( 1 ) via the annular gap ( 3 ) and ( 4 ) on the rotating Festpolläufer ( 5 ) is transmitted.

Slip clutch device according to one or more of the preceding claims, - characterized in that - for damping the leakage fluxes ( 22 ) between the alternating poles ( 8th . 17 ) further induction cells ( 21 ) are arranged.

Slip clutch device according to one or more of the preceding claims, - characterized in that - to achieve a required magnetic flux F _s the fixed coil ( 1 ) via a current regulator ( 26 ) is driven.

Slip clutch device according to one or more of the preceding claims, characterized in that - for regulating the magnetic flux, a flow regulator ( 25 ) is implemented.