DE2139009A1

DE2139009A1 - Magnetkupplung mit zwei koaxialen Rotoren

Info

Publication number: DE2139009A1
Application number: DE19712139009
Authority: DE
Inventors: Pierre Grenoble Rouques (Frank reich)
Original assignee: Cefilac SA
Current assignee: Cefilac SA
Priority date: 1970-08-11
Filing date: 1971-08-04
Publication date: 1972-02-17
Also published as: NL7110946A; CS166030B2; ES198515Y; SU546295A3; BE771097A; CA939718A; ES198515U; SE372609B; FR2102600A5; AT311136B; GB1362423A

Description

Dipl.-Ing. E. E. Hnkener
Dipl-Ing. W. Ernesti SociSte anonyme dite ι CEPlLAC

Patentanwälte

463 Bochum Paris / Erankreich

HeinriA-König-Straße 12 ■ '

Femsprecher 415 SO, 4 23 27 Telegrammadresse: Radtpatent Bodram

71 155 WE/US

Magnetkupplung mit zwei koaxialen Rotoren

Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplung mit zwei koaxialen Rotoren, die mechanisch unabhängig voneinander drehbar sind und einerseits auf einer antreibenden sowie andererseits auf einer angetriebenen Welle befestigt sind, wobei ein Botor einen mehrpoligen Induktor aufweist und der andere Botor als induzierbarer Teil ausgebildet ist, der ein Element aus ferromagnetische» Werkstoff alt permanentmagnetischen Eigenschaften mit hOher Koerzitivfeidstärke enthält·

Zu den verschiedenen Magnetkupplungen für Antriebs- oder Bremszwecke, bei denen das Drehmoment nur durch die Kraft magnetischer Pelder erzeugt wird, gehören auch Kupplungen auf der Basis der Hysterese eines ferromagnetischen Körpers. Bei den letztgenannten wird der durch einen Induktor hervorgerufene magnetische fluß in einen zweiten Körper aus einem magnetisch harten Werkstoff, d.h. einen Körper mit dauermagnetischen Eigenschaften, eingeleitet. Diese Kupplungen laufen mit synchroner Drehzahl, solange ein bestimmtes Drehmoment nicht überschritten wird. Bei Erhöhung des Drehmomentes über diesen bestimmten Wert stellt sich ein Schlupf zwischen den beiden Botoren ein und das zu übertragende Drehmoment bleibt auch bei veränderlichem Schlupf im wesentlichen konstant.

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Die Aufgabe der Erfindung bestellt darin, eine Hagnetkupplung, die sowohl für Antriebs- als auch Bremszwecke geeignet ist, so auszubilden, daß in einem bestimmten Betriebsbereich das Drehmoment ohne Schlupf übertragen wird, aber in einem anschließenden Bereich mit zunehmenden Schlupf in Abhängigkeit von diesem Schlupf ein schnell ansteigendes Drehmoment erzeugt wird;

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgäbe bei einer Magnetkupplung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der induzierbare Seil außerdem ein Element aus elektrisch gut leitendem Werkstoff enthält, das an dem aus dem ferromagnetischen Werkstoff bestehenden Element anliegt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht das Element aus elektrisch gut leitendem Werkstoff aus Aluminium oder Kupfer. Dieses Element ist nach der weiteren Erfindung so angeordnet, daß es dem Induktor gegenüberliegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist Torgesehen, daß der Induktor an dem angetriebenen und der induzierbare Teil an dem antreibbaren Botor oder umgekehrt angeordnet ist.

Bei einer ersten Ausführungsform ist nach der weiteren Erfindung zwischen dem Induktor und dem induzierbaren Teil in einer senkrechten Ebene zur Achse der Hotoren ein Luftspalt vorgesehen und das aus elektrisch gut leitendem Werkstoff bestehende Element als Hingscheibe ausgebildet.

Bei einer zweiten Ausführungsform liegt in Weiterbildung der Erfindung zwischen dem Induktor und dem induzierbaren Teil ein zylindrischer Luftspalt, wobei das aus elektrisch gut leitendem Werkstoff bestehende Element die Form eines zylindrischen Röhrstückes hat.

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Die. Verwendung einer nach, der Erfindung ausgebildeten Magnetkupplung bietet unter anderem den Vorteil, daß an eine angetriebene Maschine oder dergleichen, die von . einem Motor normalerweise mit konstanter Drehzahl betrieben wird, momentan ein, höheres Drehmoment abgegeben werden kann, wobei zwar eine leichte Drehzahlverringerung eintritt, bis sich die normale Drehzahl wieder eingestellt hat, aber der Antriebsmotor gegen Überlastungen geschützt ' ist.

Dank der besonderen Eigenschaften eignet sich eine Magnetkupplung nach der Erfindung besonders vorteilhaft für den Antrieb eines Drehelement es, bei dem das Drehmoment als Funktion der Geschwindigkeit ansteigt, wie dies beispielsweise bei einem Ventilator zur Kühlung eines thermischen Motors der Fall ist. Bei einem solchen Antrieb arbeitet die Magnetkupplung nach der Erfindung bis zu einer vorgegebenen Drehzahl wie eine Hysterese-Kupplung synchron, überträgt aber nach Überschreiten dieser Drehzahl ein mit zunehmender Motordrehzahl ansteigendes Drehmoment, so daß eine entsprechende Zunahme der Eühlwirkung erzielt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform einer Magnetkupplung in einem Axialschnitt,

Figur 2 einen Ausschnitt eines Rotors in. einer Frontansicht ,

Figur 3 eine graphische Darstellung des übertragenen Drehmoments der Kupplung in Abhängigkeit vom Schlupf zwischen den beiden Rotoren,

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Figur 4 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Drehzahl des angetriebenen Rotors von der Drehzahl des antreibenden Eotors und

Figur 5 eine weitere Ausführungsform einer Magnetkupplung in einem Querschnitt.

Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist am Ende einer antreibenden Welle 1 ein Bot or IL in Farm einer Scheibe 2 befestigt. Dieser Rotor ist vorzugsweise als Gußkörper ausgebildet und besteht aus einer

ΊΟ Aluminiumlegierung. Die Befestigung an der Welle 1 erfolgt mittels eines Unterlegringes 3 "und einer Mutter 4-, die auf ein Gewindeende der Welle 1 aufgeschraubt ist. Die Scheibe 2 ist gegen ein Kugellager mit zwei Reihen von Kugeln gepreßt, das auf einem entsprechenden Absatz der

Ί5 Welle 1 sitzt und an einem Ringansatz 6 anliegt. Auf der Außenseite der Scheibe 2 befinden sich Kühlrippen 7 (Figur 2). Auf der Innenseite enthält die Scheibe 2 eine Vertiefung 8 in Form einer Ringnut, in der ein Ring 9 aus ferromagnetischem Werkstoff mit den Eigenschaften eines Permanentmagneten, d.h. mit relativ hoher Eoerzitivf eidstärke, befestigt ist, und zwar durch eine Klebe- oder eine Kerbverbindung oder mittels Schrauben oder Nietenfcder anderen geeigneten Mitteln.

Der Ring 9 kann aus einer Legierung von Eisen und Chrom, Kobalt oder Wolfram oder anderen Legierungsbestandteilen der AlNiGo-Gruppe bestehen. Die magnetischen Eigenschaften des Ringes 9 sind so gewählt, daß ein möglichst großer Hysteresezyklus bei Jeder Poländerung durchlaufen wird.

Auf der Innenseite der Scheibe 2 ist ferner ein Ring iO aus elektrisch gut leitendem Werkstoff befestigt, der die Vertiefung 8 überdeckt und an den Rändern gegenüber dieser übersteht. Der Ring 10 kann durch eine Kerbverbindung,

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durch. Kleben oder durch. Nieten bzw. Sehrauben befestigt sein. Er besteht vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium.

Der äußere Hing des Kugellagers 5 ist drehfest mit einem Botor Ep verbunden, der aus einem Ead 11 mit einer Nabe, einer Felge 13 und Eadspeichen 14 besteht. Zwischen der Nabe und der Felge ist eine Eingscheibe 15 aus Flußstahl eingesetzt, die zur Vervollständigung des magnetischen Kreises des Eotors Ep dient. Dieser magnetische Kreis enthält ferner einen Dauermagnet-Induktor 16 in Form eines Einges mit abwechselnd aufeinanderfolgenden Nord- und Südpolen, die auf der ebenen Fläche liegen, die dem Hing 10 zugewandt ist. Der Dauermagnet-Induktor 16 besteht vorzugsweise aus gerichteten Ferritmagneten mit beispielsweise acht Polen. Anstelle eines Dauermagneten kann aber auch ein Elektromagnet verwendet werden.

Das Kugellager 5 dient gleichzeitig zur radialen Führung und als axialer Anschlag, wobei es so angeordnet ist, daß kein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem antreibenden Eotor B_-. und dem angetriebenen Eotor Ep besteht, so daß der Eotor Eg nur durch die magnetischen Kräfte angetrieben wird.

Mt dem Botor E₂ ist ein angetriebener leil DE verbunden, z.B. ein Flügelrad eines Ventilators, das an der Felge mittels Schrauben 21 befestigt ist.

Während des Betriebes der Magnetkupplung wird der aus einem ferromagnetischen Material bestehende Eing 9 durch den Dauermagnet-Induktor 16 über den Luftspalt zwischen den beiden fiotoren B^ und E₂ und über den Eing to magnetisiert. Bis zu einer vorgegebenen. Drehzahl drehen sich die beiden Hotoren synchron, d.h.» die Anordnung entspricht einer Eiagnetisciiön Sgmchronkuppliing, dis ein

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Drehmoment 0_Q in Abhängigkeit von der Konstruktion und den Abmessungen der wesentlichen Bestandteile entwickelt. Solange zwischen den beiden Rotoren kein Schlupf austritt, verhält sich der Hing 10 wie ein Teil des Luftspaltes. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Magnetkupplung in der gleichen Weise wie die bisher bekannten Magnetkupplungen.

Wenn bei einer Magnetkupplung in der bisher bekannten Bauart das Drehmoment über einen bestimmten Wert gesteigert wird, entsteht ein Schlupf zwischen den beiden Eo tor en, der in dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Hing (entsprechend dem Hing 9 bei dem Ausführungsbeispiel) das Phänomen der Hysterese hervorruft, wobei das Drehmoment praktisch konstant und unabhängig von der Schlupf geschwindigkeit ist. Die Drehzahl ändert sich im übrigen, nachdem sie beim Anlaufen von null bis zur synchronen Drehzahl angestiegen ist, oberhalb dieses Wertes praktisch nicht mehr. Die Abhängigkeit des Drehomentes einerseits von der Helativdrehzahl des angetriebenen Rotors andererseits von der Drehzahl des antreibenden Eotors bei einer bekannten Magnetkupplung ist durch die Kurven X in den Diagrammen der figuren 3 und 4 dargestellt.

Durch die nach der Erfindung vorgesehene Ausbildung der Magnetkupplung wird vermieden, daß das Drehmoment und die Drehzahl oberhalb eines vorgegebenen Wertes konstant bleibt. Sobald das Drehmoment über den vorgegebenen Wert ansteigt, entsteht zwischen den beiden Rotoren eine Relativdrehzahl, wodurch in dem aus elektrisch gut leitendem Werkstoff bestehenden Ring 10 Wirbelströme erzeugt werden, die umso stärker sind je größer die Relativdrehzahl ist. Das übertragene Drehmoment wird dadurch, im gleichen Verhältnis vergrößerte Der Verlauf des übertragenon Dröhaomeafcs In Abhängigkeit von der Relativdrehzahl isfc

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in dem Diagramm der Figur 3 durch, die Kurve II von dem Zeitpunkt an dargestellt, in dem eine Relativdrehzahl vorliegt. Die Abhängigkeit der Drehzahl des angetriebenen fiotors von der Drehzahl des antreibenden Rotors ist durch die Kurve II in dem Diagramm der Figur 4 wiedergegeben.

Bei der in Figur 5 dargestellten abgewandelten Ausführung, die die gleiche Funktionsweise wie die Ausführung nach den Figuren 1 und 2 hat, sind die Rotoren zylindrisch ausgebildet. Der antreibende Rotor R,. besteht aus einem äußeren Tragzylinder 22, wobei der induzierte Teil in Form einer inneren Hülse 23 ausgebildet ist und aus einem Legierungsmaterial mit permanentmagnetischen Eigenschaften besteht. An der Innenfläche dieser Hülse liegt ein Rohrstück 24 aus elektrisch gut leitendem Material an. Der

^c, Rotor R^_a ist in freitragender Anordnung auf einer Welle 25 durch geeignete Mittel befestigt.

Der angetriebene Rotor Ro_a besteht aus einem Induktor mit vier Polen in Form von Dauermagneten 26, beispielsweise aus TIGOHAL, die an einem zentralen Stück 27 befestigt

sind, das die rückwärtige Verbindung des magnetischen Kreises darstellt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

[Αϊ Magnetkupplung mit zwei koaxialen Rotoren, die mechanisch unabhängig voneinander drehbar sind und einerseits auf einer antreibenden sowie andererseits auf einer angetriebenen Welle befestigt sind, wobei ein Botor einen mehrpoligen Induktor aufweist und der andere Rotor als induzierbarer Teil ausgebildet ist, der ein Element aus ferromagnetischem Werkstoff mit permanentmagnetischen Eigenschaften mit hoher Koerzitivfeidstärke enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der induzierbare Teil außerdem ein Element (10, 24) aus elektrisch gut leitendem Werkstoff enthält, das an dem aus dem ferromagnetischen Werkstoff bestehenden Element (9, 23) anliegt.
2. Magnetkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (10, 24) aus elektrisch gut leitendem Werkstoff aus Aluminium oder Kupfer besteht.
3. Magnetkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (10, 24) aus elektrisch gut leitendem Werkstoff dem Induktor (Rp, Rp ) gegenüberliegt.
4. Magnetkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (Rp₁ ^Rpa^ ⁸^ ^dem angetriebenen und der induzierbare Teil (R_-., R_-. ) an dem antreibbaren Rotor oder umgekehrt angeordnet ist.
5· Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Induktor (Rp) und dem induzierbaren Teil (R_-.) in einer senkrechten Ebene zur Achse der Rotoren ein Luftspalt liegt und daß das aus elektrisch gut leitendem Werkstoff bestehende Element (10) als Ringscheibe ausgebildet ist.

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6. Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Induktor (ß-oa) und dem induzierbaren Teil (E^ ) ein zylindrischer Luftspalt liegt und daß das aus elektrisch gut leitendem Werkstoff bestehende Element (24) die Form eines zylindrischen Bohrstückes hat.

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