DE1118873B - Electromagnetic eddy current clutch - Google Patents

Description

Elektromagnetische Wirbelstromkupplung Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Wirbelstromkupplung mit einem eine Erregerwicklung tragenden und mit öffnungen zum Luftunilauf versehenen Stator, der zwei innenliegende koaxiale, mit der Antriebs- bzw. Abtriebswelle verbundene Rotoren w-nschließt, von denen der eine mit Zähnen und Nuten versehen ist, während der andere einen Wirbelstromzylinder aufweist, wobei sich geschwindigkeitsgleich mit diesen Rotoren radial wirkende Lüf- ter drehen.Electromagnetic eddy current clutch The invention relates to an electromagnetic eddy current clutch with a stator carrying an excitation winding and provided with openings for the air inlet, which includes two internal coaxial rotors connected to the drive or output shaft, one of which is provided with teeth and grooves, while the other has an eddy current cylinder , with radial fans rotating at the same speed as these rotors.

Es sind Kupplungen bekanntgeworden, bei denen der innere Rotor Zähne und periphere Nuten aufweist, während der äußere Rotor ein Zylinder ist, in dessen glatten Flächen die die übertragung des Drehmoments bewirkenden Foucaultschen oder Wirbelströme entstehen. Auf diese Weise wird die gesamte Gleitwärme in diesem zylindrischen Rotor erzeugt. Die Vernichtung dieser thermischen Energie durch Luftstromkühlung bietet Schwierigkeiten, da einerseits die heißesten Flächen durch die Hinzufügung von Kühlrippen nicht vergrößert werden können und andererseits die Temperatur unter einer, bestimmten Grenze bleiben muß, andernfalls der zylindrische Rotor unter der Einwirkung der Erwärmung sich verformen würde.Clutches have become known in which the inner rotor has teeth and has peripheral grooves while the outer rotor is a cylinder in which smooth surfaces that effect the transmission of the torque or Foucault's Eddy currents arise. In this way, all the sliding heat in this becomes cylindrical Rotor generated. The destruction of this thermal energy through airflow cooling offers difficulties because on the one hand the hottest surfaces by adding of cooling fins cannot be increased and on the other hand the temperature falls below must remain a certain limit, otherwise the cylindrical rotor below the Exposure to heating would deform.

Es ist weiter bekannt, bei einer elektromagnetischen Wirbelstromkupplung, deren umlaufende Teile konzentrisch zueinander angeordnet sind, den innenliegenden Rotor mit Kühlluftkanälen zu versehen. Die Trennwände der Kühlluftkanäle sollen dabei gleichzeitg als Lüfterflügel wirken.It is also known that in an electromagnetic eddy current clutch, whose circumferential parts are arranged concentrically to one another, the inner ones To provide the rotor with cooling air ducts. The partition walls of the cooling air ducts should at the same time act as fan blades.

Mit diesen bekannten Ausbildungen wird kein kondnuierlicher Kühlluftstrom erzeugt, sondern eine pulsierende Luftzirkulation mit Wirbelbildung.With these known designs, there is no condensing flow of cooling air but a pulsating air circulation with vortex formation.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen und ohne erhöhten Raumbedarf eine kontinuierliche Luftkühlung zu schaffen, bei der die Lüfterflügel mit der gleichen Geschwindigkeit umlaufen wie der zu kühlende Rotor, und dadurch eine besonders intensive Kühlung der Kupplung zu ermöglichen.It is the object of the invention to eliminate this disadvantage and to create continuous air cooling without increasing space requirements, in which the Fan blades rotate at the same speed as the rotor to be cooled, and thereby enable particularly intensive cooling of the clutch.

Nach der Erfindung ist zu diesem Zweck vorgesehen, daß der innenliegende Rotor einen für den Magnetfluß durchlässigen ringförmigen Teil aufweist, der von einer mit der Welle verbundenen, mit sich in axialer Richtung erstreckenden Kühlluftkanälen versehenen Haltevorrichtung getragen wird, wobei der entsprechende Lüfter den Kühlluftstrom durch die genannten Kanäle hindurch befördert.According to the invention it is provided for this purpose that the inner Rotor has a permeable to the magnetic flux annular portion of one connected to the shaft with cooling air ducts extending in the axial direction provided holding device is worn, with the corresponding fan the cooling air flow conveyed through said channels.

Dieser Kühlluftstrom wird durch ein Flügelrad erzeugt, das auf der den inneren Rotor tragenden Welle winklig aufgekeilt ist, wobei der Stator und der oder die seitlichen Flansche der Kupplung Öffnungen für den Ein- und Austritt der Luft aufweisen.This flow of cooling air is generated by an impeller on the the shaft supporting the inner rotor is angularly keyed, the stator and the or the side flanges of the coupling openings for the inlet and outlet of the Have air.

Der äußere Rotor besitzt gegenüber der in dem Stator untergebrachten Erregerspule eine Zone erhöhten magnetischen Widerstandes, die dem Durchgang des magnetischen Feldlinienflusses durch die Masse des äußeren Rotors parallel zu seiner Achse entgegenwirkt und ihn im Gegenteil zwingt, die Zähne und Nuten in radialer Richtung an den seitlichen Enden des äußeren Rotors zu durchlaufen.The outer rotor has opposite that housed in the stator Excitation coil is a zone of increased magnetic reluctance, which allows the passage of the magnetic field line flux through the mass of the outer rotor parallel to his Axis counteracts and, on the contrary, forces the teeth and grooves in a radial direction Direction to traverse at the lateral ends of the outer rotor.

Nach einer anderen Ausführungsform weist einer der seitlichen Flansche Kühlflügel auf, die in den durch den inneren Rotor in axialer Richtung hindurchströmenden Luftzirkulationsstrom eingeschaltet sind.According to another embodiment, one of the side flanges has Cooling vanes that flow through the inner rotor in the axial direction in the Airflow are turned on.

Schließlich sind nach einer weiteren Ausführungsform die die »Speichen« des inneren Rotors bildenden Kühlrippen auf beiden Seiten über die zylindrische Außenfläche hinaus seitlich verlängert, so daß sie die Flügel eines Zentrifugalgebläses bilden, wobei die durch die Seiten der Kupplung angesaugte Luft sich in radialer Richtung fortbewegt, bis sie durch periphere Öffnungen des Stators wieder entweicht.Finally, according to a further embodiment, the "spokes" of the inner rotor forming cooling fins on both sides over the cylindrical Outer surface also extended laterally so that they are the blades of a centrifugal fan form, with the air sucked in through the sides of the coupling in a radial direction Direction moved forward until it escapes again through peripheral openings in the stator.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsfoim der Erfindung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung-und Fig. J einen senkrecht zur Achse gelegten halben Querschnitt.Two exemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawings. It shows Fig. 1 is a longitudinal section through a Ausführungsfoim of the invention, Fig. 2 shows a longitudinal section through another embodiment of the invention and FIG. J a plane perpendicular to the axis of half the cross-section.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind la und 1 b zwei miteinander verbundene, den Stator bildende Teile, in deren Innerem eine Erregerspule 2 angeordnet ist. Die Seitenflächen des Stators werden von Flanschen 3 und 4 gebildet., Die Oberfläche wenigstens eines dieser Flansche ist in geeigneter Weise durchbrochen, um die Kühllufthindurchzulassen, wie im folgenden noch näher erläutert werden wird. Diese Flansche 3 und 4 weisen Lagerstellen mit Wälzlagerkränzen 5 und 6 auf, durch die Wellen 7 und 8 geführt sind. Die Welle 7 ist mit einem ersten äußeren Rotor 9 verbunden, während die Welle 8 mit einem zweiten inneren Rotor 10 verbunden ist. Die Nabe des Rotors 9 liegt auf dem im Innern der Kupplung liegenden Ende der Welle 8 mittels eines Wälzlagerkranzes 11 auf. Der den Rotor 9 begrenzende Flansch 12 weist seinerseits eine Nabe auf, die auf dem mittleren Teil der Welle 8 mittels eines Kugellagerlaufrings 13 ruht. Der äußere Rotor 9 ist also nicht als freitragender Teil angeordnet und läßt sich in jeder geeigneten Länge vorsehen, ohne daß man Gefahr läuft, ihn in gefährliche Nähe der Innenfläche des Stators zu bringen.In the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, 1 a and 1 b are two interconnected parts forming the stator, in the interior of which an excitation coil 2 is arranged. The side surfaces of the stator are formed by flanges 3 and 4. The surface of at least one of these flanges is perforated in a suitable manner in order to allow the cooling air to pass through, as will be explained in more detail below. These flanges 3 and 4 have bearing points with roller bearing rims 5 and 6 through which shafts 7 and 8 are guided. The shaft 7 is connected to a first outer rotor 9 , while the shaft 8 is connected to a second inner rotor 10 . The hub of the rotor 9 rests on the end of the shaft 8 lying inside the coupling by means of a roller bearing ring 11 . The flange 12 delimiting the rotor 9 in turn has a hub which rests on the central part of the shaft 8 by means of a ball bearing race 13. The outer rotor 9 is therefore not arranged as a self-supporting part and can be provided in any suitable length without running the risk of bringing it into dangerous proximity to the inner surface of the stator.

Der periphere Teil des äußeren Rotors 9 weist Zähne und Nuten auf, deren mittlerer Teil 14 erheblich dünner gehalten ist, um das lEndurchgehen eines Streuflusses zu verhindern. Die von den Polmassen des Stators ausgehenden Kraftlinien sind also so geführt, daß sie zwangläufig durch den Endteil der Zähne und Nuten hindurchgehen, um dann in den durch die Masse des peripheren Teils des inneren Rotors 10 erzeugten Magnetstromkreis einzutreten-Die zylindrische Fläche des Rotors 10 ist glatt. Aus diesem Grunde bildet der Rotor 9 den Induktor der Kupplung, und die Wirbelströme entstehen im Rotor 10. The peripheral part of the outer rotor 9 has teeth and grooves, the central part 14 of which is kept considerably thinner in order to prevent a leakage flux from passing through. The lines of force emanating from the pole masses of the stator are thus guided in such a way that they inevitably pass through the end part of the teeth and grooves in order to then enter the magnetic circuit generated by the mass of the peripheral part of the inner rotor 10 - the cylindrical surface of the rotor 10 is smooth. For this reason, the rotor 9 forms the inductor of the clutch, and the eddy currents arise in the rotor 10.

Der äußere Teil des Rotors 10 ist mit seiner Nabe durch sich radial erstreckende Rippen 15 verbunden, die wie die Speichen eines Rades angeordnet sind. Zwischen den Rippen ist genügend Raum vorhanden, damit die Kühlluft in axialer Richtung hindurchstreichen kann. Auf dem mittleren Teil der Antriebswelle 8 ist ein Flügelrad 16 aufgekeilt, dessen Flügel 17 sich in einem zwischen dem Statorteil la und dem Flansch 4 befindlichen ringförmigen Raum drehen können. Der durchbrochene Flansch 3 ebenso wie die den äußeren Rotor 9 haltenden Endquerwände gewährleisten das Hindurchströmen der Kühlluft auf dem in Fig. 1 durch den Pfeil 18 dargestellten Weg. Das Ansaugen der Kühlluft erfolgt durch die Drehbewegung der Flügel 17 des Flügelrades 16. Auf ihrem Weg kühlt die Luft die Rippen 15 ab, in denen sich die durch den Schlupf der Kupplung erzeugte Wänne auf Grund der Wänneleitfähigkeit ausbreitet. Die Warmluft entweicht durch in die Peripherie des Stators eingelassene öffnungen 19. The outer part of the rotor 10 is connected to its hub by radially extending ribs 15 which are arranged like the spokes of a wheel. There is enough space between the ribs so that the cooling air can pass through in the axial direction. On the middle part of the drive shaft 8 , an impeller 16 is keyed, the blades 17 of which can rotate in an annular space located between the stator part 1 a and the flange 4. The perforated flange 3 as well as the end transverse walls holding the outer rotor 9 ensure that the cooling air flows through on the path shown in FIG. 1 by the arrow 18. The cooling air is sucked in by the rotary movement of the blades 17 of the impeller 16. On its way, the air cools the ribs 15 , in which the heat generated by the slip of the clutch spreads due to the heat conductivity. The warm air escapes through openings 19 made in the periphery of the stator.

Ein zweiter Luftstrom streicht durch die Zähne und Nuten des äußeren Rotors 9 und kühlt auf diese Weise direkt die glatte Oberfläche des inneren Rotors 10. Der äußere Rotor9 weist an einem seiner seitlichen Flansche Kühlflügel 20 auf, die sich mit ihm mitdrehen. Durch die Anordnung der radialen Kühlrippen 15 vergrößert sich die mit der bewegten Luft in Berührung stehende Oberfläche erheblich, wodurch sich eine gegenüber allen bisher bekanntgewordenen Kupplungen wesentlich erhöhte Wärmeabführung ergibt.A second air stream sweeps through the teeth and grooves of the outer rotor 9 and in this way directly cools the smooth surface of the inner rotor 10. The outer rotor 9 has cooling blades 20 on one of its lateral flanges which rotate with it. The arrangement of the radial cooling ribs 15 increases the surface in contact with the moving air considerably, which results in a significantly increased heat dissipation compared to all previously known clutches.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist die im wesentlichen gleiche Anordnung Wälzlager 21, 22, 23 und 24, die eine einwandfreie koaxiale Führung der rotierenden Teile gewährleisten, sowie im Innern des Stators 25 einen ersten äußeren Rotor26 und einen zweiten inneren Rotor27 auf. Der mittlere Teil der Außenfläche des Rotors 26 ist entweder durchbrochen oder in seiner Dicke erheblich verjüngt, um einen Streufluß in Längsrichtung der Zähne und Nuten des äußeren Rotors 26 zu verhindern und den magnetischen Feldlinienfluß zu zwingen, seinen Weg durch die Masse des Rotors 27 längs einer durch eine Kraftlinie 28 dargestellten Bahn zu nehmen. Bei dieser Ausführungsforin sind in den Flanschen29 und 30 des Stators 25 seitliche Öffnungen sowie periphere Öffnun-,-en31, 32, 33 und 34 vorgesehen, die der Kühlluft gestatten, in Richtung der Pfeile35 zu strömen. In diesem Fall erfolgt daher die Kühlung nicht mehr völlig, sondern nur noch teilweise in axialer Richtung, da die Luftströmung in radialer Richtung endet. Zu diesem Zweck ist der innere Rotor 27 mit seiner Nabe36 durch radiale Kühlrippen37 verbunden. An der Nabe sind die Kühlrippen im wesentlichen ebenso breit wie die Nabe selbst, während sie sich zum äußeren Teil des inneren Rotors 27 hin erweitern und Ansätze 38 bilden, die als Flügel eines Fliehkraftgebläses wirken. Die Luft kann durch Öffnungen entweichen, die in der Mitte der zylindrischen Außenfläche des äußeren Rotors 26 vorgesehen sind.In the second embodiment shown in FIG. 2, essentially the same arrangement has roller bearings 21, 22, 23 and 24, which ensure perfect coaxial guidance of the rotating parts, as well as a first outer rotor 26 and a second inner rotor 27 inside the stator 25 . The middle part of the outer surface of the rotor 26 is either perforated or significantly tapered in its thickness in order to prevent stray flux in the longitudinal direction of the teeth and grooves of the outer rotor 26 and to force the magnetic field line flux to make its way through the mass of the rotor 27 along a to take the path shown by a line of force 28. In this embodiment, lateral openings and peripheral openings 31, 32, 33 and 34 are provided in the flanges 29 and 30 of the stator 25 , which allow the cooling air to flow in the direction of the arrows 35. In this case, therefore, the cooling no longer takes place completely, but only partially in the axial direction, since the air flow ends in the radial direction. For this purpose, the inner rotor 27 is connected to its hub36 by radial cooling fins37. On the hub, the cooling fins are essentially as wide as the hub itself, while they widen towards the outer part of the inner rotor 27 and form lugs 38 which act as blades of a centrifugal fan. The air can escape through openings which are provided in the center of the cylindrical outer surface of the outer rotor 26 .

Natürlich kann, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, den beschriebenen Ausführungsformen jede gewünschte Änderung gegeben werden.Of course, without departing from the scope of the invention, the any desired change may be given.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE- 1. Elektromagnetische Wirbelstromkupplung mit einem eine Erregerwicklung tragenden und mit Öffnungen zum Luftumlauf versehenen Stator, der zwei innenliegende koaxiale mit der Antriebs- #zw. Abtriebswelle verbundene Rotoren unischließt, von denen der eine mit Zähnen und Nuten versehen ist, während der andere einen Wirbelstrornzylinder aufweist, wobei sich geschwindigkeitsgleich mit diesen Rotoren radial wirkende Lüfter drehen, dadurch gekennzeichnet, daß der innenliegende Rotor einen für den. Magnetfluß durchlässigen ringfönnigen Teil aufweist, der von einer mit der Welle verbundenen mit sich in axialer Richtung -erstreckenden Kühlluftkanälen versehenen Haltevorrichtung getragen wird, wobei der entsprechende Lüfter den Kühlluftstrom durch die genannten Kanäle hindurch befördert. PATENT CLAIMS 1. Electromagnetic eddy current clutch with a stator carrying an excitation winding and provided with openings for air circulation, the two internal coaxial with the drive #zw. Output shaft connected rotors, one of which is provided with teeth and grooves, while the other has an eddy current cylinder, with radially acting fans rotating at the same speed as these rotors, characterized in that the inner rotor has one for the. Magnetic flux permeable annular part which is carried by a holding device connected to the shaft with cooling air ducts extending in the axial direction, the corresponding fan conveying the cooling air flow through said ducts. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste- und eine zweite Welle vorhanden sind und ein mit der ersten Welle drehbarer innerer Rotor, ein mit der zweiten Welle drehbarer und den inneren Rotor konzentrisch umgebender, mit Ausnehmungen versehener äußerer Rotor und ein die Rotoren umgebender und mit Lüftungsöffnungen versehener Stator angeordnet sind. 3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rotor einen axial über den peripheren Teil des inneren Rotors hinausragenden Teil hat, wobei derVentilator zur Umdrehung in einer den axial hervorragenden Teil des äußeren Rotors umgebenden Kreisbahn auf der ersten Welle angeordnet ist. 4. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung für den inneren Rotor eine Reihe von radialen Rippen aufweist und die Lüftungsvorrichtung aus an den Rippen angefonnten seitlichen Verlängerungen besteht. 5. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rotor einen die Verlängerungen umgebenden durchlöcherten ringförnügen Teil hat. 6. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Kombination einer ersten und einer zweiten Welle, einen mit der ersten Welle drehbaren und mit einer glatten zylindrischen Außenfläche versehenen inneren Rotor, einen mit einer glatten zylindrischen Innenfläche versehenen, den inneren Rotor koaxial umgebenden und einen ringförmigen Zwischenraum dazwischen bildenden Stator, einen äußeren, mit der zweiten Welle drehbaren und den Zwischenraum in koaxialem Abstand zu den zylindrischen Oberflächen ausfüllenden Rotor, wobei der äußere Rotor mit inneren Ausnehmungen versehen ist, die der Außenfläche des inneren Rotors gegenüberstehen, einen Magnetflußgenerator an dem Stator, eine Antriebsvorrichtung zum Umdrehen eines der Rotoren, der dadurch in dem inneren Rotor infolge des relativen Schlupfes zwischen den Rotoren einen Wirbelstromfluß erzeugt, und eine Lüftungsvorrichtung zum Kühlen des inneren Rotors. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegesehriften Nr. 1043 482, 1024 624; USA.-Patentschriften Nr. 2 479 989, 2 676 280, 2745974.2. Coupling according to claim 1, characterized in that a first and a second shaft are provided and an inner rotor rotatable with the first shaft, a rotatable with the second shaft and concentrically surrounding the inner rotor, provided with recesses outer rotor and a The stator surrounding the rotors and provided with ventilation openings are arranged. 3. Coupling according to claims 1 and 2, characterized in that the outer rotor has a part protruding axially beyond the peripheral part of the inner rotor, the fan being arranged to rotate in a circular path surrounding the axially protruding part of the outer rotor on the first shaft is. 4. Coupling according to claims 1 to 3, characterized in that the holding device for the inner rotor has a number of radial ribs and the ventilation device consists of lateral extensions formed on the ribs. 5. Coupling according to claims 1 to 4, characterized in that the outer rotor has a perforated ringförnügen part surrounding the extensions. 6. Coupling according to claims 1 to 5, characterized by the combination of a first and a second shaft, a rotatable with the first shaft and provided with a smooth cylindrical outer surface inner rotor, one provided with a smooth cylindrical inner surface, the inner rotor coaxially surrounding and a stator forming an annular gap therebetween, an outer rotor rotatable with the second shaft and filling the gap coaxial with the cylindrical surfaces, the outer rotor being provided with inner recesses facing the outer surface of the inner rotor, a magnetic flux generator the stator, a drive device for turning one of the rotors over thereby creating an eddy current flow in the inner rotor due to the relative slip between the rotors, and a ventilating device for cooling the inner rotor. Considered publications: Deutsche Auslegesehriften No. 1 043 482, 1 024 624; USA. Patent Nos. 2,479,989, 2,676,280, the 2,745,974th