DE3202074A1 - Permanent-magnet energised central rotary coupling - Google Patents

Abstract

The invention relates to a permanent-magnet energised central rotary coupling, in which the permanent magnets are preferentially oriented axially and are magnetised alternately in one axial direction and the other.

Description

Dauermagnetisch erregte Zentraldrehkupplung Die Erfindung betrifft eine dauermagnetisch erregte Zentraldrehkupplung. Permanent Magnetically Excited Central Rotary Coupling The invention relates to a permanently magnetically excited central rotary coupling.

Mit dauermagnetisch erregten Kupplungen können Kräfte und bei Rationsbesetzungen Drehmomente berührungslos synchron übertragen werden. Dabei sind derartige Kupplungen geeignet, Kräfte und Drehmoment durch nicht magnetisierbare Wände in völlig abgeschlossene Räume hinein zu übertragen.With permanently magnetically excited clutches, forces and ration occupancy Torques can be transmitted synchronously without contact. There are such clutches suitable for forces and torque through non-magnetizable walls in completely enclosed To transfer rooms into it.

\\-ährend sich bei bekannten Stirndrehkupplungen die Dauermagnete mit ihren Stirnflächen gegenüberstehen, sind bei einer Zentraldrehkupplung die Dauermagnete koaxial im Abstand zueinander (Luftspalt) angeordnet. In beiden Fälle werden synchrone Drehmomente dadurch erzeugt, daß ungleichnamig magnetisierte Dauermagnete sich anziehen und einen Widerstand gegen Abscheren erzungen. Die erzeugte Scherkraft multipliziert mit dem mittleren Durchmesser der Magnetanordnung ist das Maß für das Drehmoment.\\ - while the permanent magnets move in known rotary couplings face each other with their end faces, the permanent magnets are in a central rotary coupling arranged coaxially at a distance from one another (air gap). In both cases, synchronous Torques generated by the fact that unlike magnetized permanent magnets attract each other and resistance to shearing tongues. The generated shear force multiplied with the mean diameter of the magnet arrangement is the measure of the torque.

Bei Zentraldrehkupplungen weist der Außen ring die gleiche Anzahl von Polpaaren auf wie der Innenring oder die Innenscheibe. Bei bisher bekannten Zentraldrehkupplungen wird isotropes lxerritmaterial in Ringform verwendet.In the case of central rotary couplings, the outer ring has the same number of pole pairs like the inner ring or the inner disk. With previously known Central rotary couplings are made of isotropic oxerite material in a ring shape.

Ferritringe sind preisgünstig herzustellen. Allerdings ist das mit isotropen Ferritringen erreichbare Drehmoment aufgrund des geringen Energieprodukts dieser Werkstoffgruppe verhältnismäßig gering. Man könnte zwar, wie dies be Hysteresekupplungen vorgeschlagen wurde (DE-DS 19 42 534), eine WIehrzahl von Kupplungen in axialer Richtung aneinanderreihen, um das Drehmoment zu erhöhen. Diese Mehrfachanordung von Magneten ist jedoch durch technologisclie Bedingungen begrenzt. Steigende axiale Längen führen zu Durcnbiegungen, zu Fertigungstoleranzproblemen und vor allem zu hohen Massenmomenten, die die Dynarnik der Kupplungen so stark reduzieren, daß sie nicht sinnvoll einer bar sind. Als radial-vorzugsgerichtete Ringe können bei derzeitingem Stand der Technik ferritische Werkstoffe nicht wirstchaftlich hergestellt werden. Durch die radiale Vorzugsrichtung entstehen im Preßling Spannungen, die beim Sinter zum Reißen der Ringe führen. Dementsprechend ist der Ausschuß bei radialvorzugsgerichteten Ringen aus Ferritmaterial verhältnismäßig hoch.Ferrite rings are inexpensive to manufacture. However, that is with isotropic ferrite rings due to the low energy product this group of materials is relatively low. One could, of course, like this be hysteresis clutches was proposed (DE-DS 19 42 534), a majority of clutches in axial Line up direction to increase torque. This multiple arrangement of magnets is limited by technological conditions. Rising axial Lengths lead to bending, to manufacturing tolerance problems and, above all, to high moments of inertia, which reduce the dynarnik of the clutches so much that they don't make sense of a bar. As radially preferential rings can be used at present State of the art ferritic materials will not be produced economically. The preferred radial direction creates tensions in the compact that occur during sintering cause the rings to tear. Accordingly, the reject is in the case of radially preferential directions Rings made of ferrite material are relatively high.

Es ist auch schon bekannt, anisotrope Werkstoffe (Barium-, Blei-, Strontiumferrit oder Selten-Erden-Nobalt, insbesondere Samarium-Kobalt) in Form einzelner Blöcke, die in Weicheisenringe eingesetzt werden, für Zentraldrehkupplungen einzusetzen. Diese Bauweise ist jedoch erheblich kostenaufwendiger.It is already known to use anisotropic materials (barium, lead, Strontium ferrite or rare earth nobalt, especially samarium cobalt) in the form individual blocks that are used in soft iron rings for central rotary couplings to use. However, this construction is considerably more expensive.

Die Alagnete müssen geschliffen und die Ausnehmungen in den Weicheisenringen präzisionsgearbeitet sein.The Alagnete must be ground and the recesses in the soft iron rings be precision machined.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dauermagnetanordnung in Zentraldrehkupplungen zu schaffen, die den Einsatz anisotroper Werkstoffe ohne großen Fertigungsaufwand und Ausschuß ermöglicht.The object of the invention is to provide a permanent magnet arrangement in central rotary couplings to create that the use of anisotropic materials without great manufacturing effort and scrap enabled.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dauermagnete ax£al-vorzugsgerichtet und abwechselnd in der einen und anderen Axialrichtung mehrpolig magnetisiert sind.According to the invention this object is achieved in that the permanent magnets ax £ al-preferentially and alternately multipolar in one and the other axial direction are magnetized.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Zentraldrehkupplung ergibt sich der Vorteil, daß die Dauermagnete ringförmig mit axialer Vorzugsrichtung der M-.gnetisierung durch Pressen und Sintern hergestellt werden können, ohne dalJ durch die Vorzugsrichtung die Gefahr eines ungleichmäßigen Schwindens mit der Folge des Reißens der Ringe besteht, wie es bei radialer Vorzugsrichtur,g der Magnetisierung der Fall ist. Bei ringförmiger Ausbildung der Dauermagnete besteht der weitere Vorteil, daß spezielle Aufnahmen für die Magnete, die genau bearbeitet sein müssen, entfallen.In the case of the central rotary coupling designed according to the invention, this results the advantage that the permanent magnets are ring-shaped with the preferred axial direction of the M-.gnetisierung can be produced by pressing and sintering without changing the preferred direction the risk of uneven shrinkage with the consequence that the rings will tear exists, as is the case with a radial preferred direction, g of the magnetization. at annular design of the permanent magnets has the further advantage that special Recordings for the magnets, which have to be precisely processed, are omitted.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zentraldrehkupplung ist es jedoch auch möglich, die Dauermagnete stabförmig auszubilden und in nicht ferromagnetisches Material, insbesondere Kunststoff, einzusetzen.According to an advantageous embodiment of the central rotary coupling according to the invention however, it is also possible to make the permanent magnets rod-shaped and not use ferromagnetic material, especially plastic.

Dabei können die Dauermagnetstäbe in auf Untermaß gearbeitete Axialbohrungen in Kunststoffringen eingedrückt werden. Diese Bauweise, die ebenfalls preisgünstig ist, weil sie nur einen gespritzten Kunststoffring oder eine -scheibe als .Aufnahmeelement für die Dauermagnete erfordert, bietet einige Vorteile. Magnetanordnungen dieser Art können ohne spezielle Weicheisenaufnahmen auskoiii men. Durch Einsetzen in oder Umspritzen mit nicht ferromagnetischem Materiat Licnnen Uie Dauermagnete gegen aggressive Aledier. völlig geschützt werden.The permanent magnet rods can be inserted into undersized axial bores be pressed into plastic rings. This design, which is also inexpensive is because they only have an injection-molded plastic ring or disk as a receiving element for which permanent magnets requires, offers several advantages. Magnet arrangements of this Art can do without special soft iron mountings. By inserting in or Overmoulding with non-ferromagnetic material License Uie permanent magnets against aggressive Aledians. be completely protected.

Der Wegfall von Weicheisenrückschlüssen hat weiterhin den Vorteil, daß die Massenmomente reduziert werden, so daß die Anlaufeigenschaften derartiger Kupplungen verbessert werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Dauermagnete treten keine Axialkräfte auf, vielmehr zentrieren sich die konzentrisch laufenden Ringe ineinander. Eine axiale Aneinanderreihung mehrerer Magnete mit alternierender Magnetisierung verstärkt diesen Effekt. Mögliche technologische Forderungen, diesen Zentriereffekt zu reduzieren (Ausgleich mechanischer Toleranzen beim Gesamtaufbau des Systems), können dadurch realisiert werden, daß die Magnethöhe zwischen Außen- und Innenringen unterschiedlich ist und daß zwischen den einzelnen Ringen nicht magnetisierbare Zwischenlagen eingebracht werden oder Luft gelassen wird.The elimination of soft iron backbacks still has the advantage that the moments of inertia are reduced, so that the starting properties of such Couplings are improved. Due to the inventive design of the permanent magnets there are no axial forces, rather the concentrically running ones are centered Rings in each other. An axial stringing together of several magnets with alternating Magnetization increases this effect. Possible technological demands, these To reduce the centering effect (compensation of mechanical tolerances in the overall structure of the system), can be realized that the magnet height between the outer and inner rings is different and that between the individual rings is not magnetizable intermediate layers are introduced or air is left.

Als Dauermagnetmaterial kommt anisotropes Barium-, Blei- oder Strontiumferrit, aber auch Alnico oder Selten-Erden -Kobalt-Legierungen, wie Samarium-Kobalt, in Betracht.The permanent magnet material is anisotropic barium, lead or strontium ferrite, but also Alnico or rare earth cobalt alloys, such as samarium cobalt, in Consideration.

Die axial-vorzugsgerichteten Magnetringe werden mit dem geforderten Abstand konzentrisch angeordnet und Außen- sowie Innenringe werden mit der auf den Abstand optimierten Polpaarzahl axial magnetisiert. Durch bekannte Magnetisiereinrichtungen für eine segmentweise axiale hIagnetisierung wird bis auf den minimalen Wickelraum der Magnetisierköpfe das optimale Magnetvolumen ausgenutzt.The axially preferential magnetic rings are with the required The spacing is arranged concentrically and the outer and inner rings are matched to the Distance-optimized number of pole pairs axially magnetized. By known magnetizing devices for a segment-wise axial magnetization, except for the minimum winding space the magnetizing heads utilize the optimum magnet volume.

Bei dem erfiridungsgemäßen Aufbau der Zentraldrehkupplung wird nicht wie bei bekannten das radiale Magnetfeld sondern das axiale Magnetfeld zur Momentbildung genutzt. Da sich die günstigste Werkstoffausnutzung und damit das größtmögliche Drehmoment pro Bauraum bei dynamischen Anwendungen einer auf den Luftspalt zwischen Innen- und Außenring optimale Magnetlänge berechnen läßt, werden mit einer optimierten Magnetpaaranordnung bei günstigster Werkstoffausnutzung die maximal möglichen Momente erzeugt.In the case of the construction of the central rotary coupling according to the invention, it is not as with known ones, the radial magnetic field but the axial magnetic field for generating the moment utilized. Since the most favorable material utilization and thus the greatest possible Torque per installation space in dynamic applications on the air gap between Inner and outer ring can be calculated with an optimized magnet length Magnet pair arrangement with the most favorable material utilization the maximum possible moments generated.

Eine Steigerung des Drehmoments ist dadurch erreichbar, daß mehrere Ringe gleicher Art in axialer Richtung derart aufeinander geschichtet werden. daß jeweils gleichnamige Pole aneinanderliegen.An increase in the torque can be achieved by having several Rings of the same type are layered on top of one another in the axial direction. that poles of the same name are adjacent to each other.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.

Es zeigen Figur 1 eine Ansicht, Figur 2 einen Querschnitt einer Ausführung der Magnetanordnung in einer Zentraldrehkupplung, Figur 3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausfilhrungsbeispiel und Figur 4 - 6 Dauermagnete in Mehrfachanordnung.FIG. 1 shows a view and FIG. 2 shows a cross section of an embodiment the magnet arrangement in a central rotary coupling, Figure 3 is a section through a Another exemplary embodiment and FIGS. 4-6 permanent magnets in a multiple arrangement.

In der Ausführung gemäß Figuren 1 und 2 ist ein Dauermagnet-Außenring 1 koaxial zu dem Dauermagnet-Innenring 2 angeordnet. Beide Dauermagnete 1 2 sind in der Vorzugslage axial mehrpolig magnetisiert, wie durch Buchstaben N, S angedeutet ist. In dieser AusfUhrung gemäß Figur 1 und 2 sind weder Aufnahm eelem ente noch Polstücke vorgesehen.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, there is a permanent magnet outer ring 1 arranged coaxially to the permanent magnet inner ring 2. Both permanent magnets 1 2 are axially multi-pole magnetized in the preferred position, as indicated by the letters N, S. is. In this embodiment according to FIGS. 1 and 2, neither recording elements are nor Pole pieces provided.

Bei der Ausführung gemäß Figur 3 sind die Dauermagnete 1', 2' stabförmig und axial magnetisiert. Im Außenring sind die Dauermagnetstäbe 1' in nicht ferromagnetisches Material 3, z. B. Kunststoff, eingespritzt. Der Innenring aus Kunststoff weist Axialbohrungen 4 auf, in die die Dauermagnetstäbe 2' eingedrückt sind.In the embodiment according to FIG. 3, the permanent magnets 1 ', 2' are rod-shaped and axially magnetized. In the outer ring, the permanent magnet rods 1 'are not ferromagnetic Material 3, e.g. B. plastic, injected. The inner ring made of plastic has axial bores 4, into which the permanent magnet rods 2 'are pressed.

Gemäß Figuren 4 - 6 können Dauermagnete in Mehrfachanordnung in axialer Richtung geschichtet sein, wobei die Einzelringe mit gleichnamigen Polen aneinanderliegen. Gemäß Figuren 5 und 6 können dabei auch Axialabstände zwischen den Dauermagneten vorgesehen sein, und die Axiallänge der Dauermagnete 1 des Außenrings kann größer sein als die des Innenrings.According to FIGS. 4-6, permanent magnets can be arranged in multiple axial positions Direction be layered, with the individual rings with poles of the same name lying against one another. According to FIGS. 5 and 6, axial distances between the permanent magnets can also be used be provided, and the axial length of the permanent magnets 1 of the outer ring can be greater than that of the inner ring.

Claims (8)

Anspruch l.D auermagnetisch erregte Zentraldrehkupplung, dadurch gekennzeichnet, d-- 3 die Dauermagnete (1, 2) axial vorzugsgerichtet und abwechseLnd in der einen und anderen Axialrichtung magnetisiert sind. Claim l.D magnetically excited central rotary coupling, thereby characterized, d-- 3 the permanent magnets (1, 2) axially preferential and alternating are magnetized in one and the other axial direction. 2. Zentraldrehkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (1) ein Ring und der Dauermagnet (2) ein Ring oder eine Scheibe ist.2. Central rotary coupling according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (1) is a ring and the permanent magnet (2) is a ring or disk is. 3. Zentraldrehkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axial magnetisierte Dauermagnetstäbe (1 ', 2') in nicht ferromagnetisches WIaterial (3) eingesetzt sind.3. Central rotary coupling according to claim 1, characterized in that axially magnetized permanent magnet rods (1 ', 2') in non-ferromagnetic WI material (3) are used. 4. Zentraldrehkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetstäbe (1', 2') in auf Untermaß gearbeitete Axialbohrungen (4) in Kunststoffringen (3) eingedrückt sind.4. Central rotary coupling according to claim 3, characterized in that the permanent magnet rods (1 ', 2') in undersized axial bores (4) in Plastic rings (3) are pressed in. 5. Zentraldrehkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetstäbe (1', 2' ) mit nicht ferromagnetischem Material (3; umspritzt sind.5. Central rotary coupling according to claim 3, characterized in that the permanent magnet rods (1 ', 2') with non-ferromagnetic material (3; overmolded are. 6. Zentraldrehkupplung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dauermagnete (1,2) in axialer Richtung mit alternierender ItIagnetisierungsrichtung geschichtet sind (Fig. 4 bis 6).6. Central rotary coupling according to claims 1 to 5, characterized in that that several permanent magnets (1,2) in the axial direction with alternating ItIagnetisierungsrichtung are layered (Figs. 4 to 6). 7. Zentraldrehkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Innen- und Außenmagnete (2 bzw. 1) unterschiedlich sind.7. Central rotary coupling according to claim 6, characterized in that the lengths of the inner and outer magnets (2 or 1) are different. 8. Zentraldrehkupplung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den axial aneinandergereihten Innen- bzw. Außenmagneten (2 bzw. 1) Zwischenräume vorgesehen sind, die mit Luft oder nicht -magnetisierbarem Material ausgefüllt sind (Fig. fi).8. Central rotary coupling according to claim 6 and 7, characterized in that that between the axially lined up inner and outer magnets (2 or 1) Interstices are provided with air or non-magnetizable material are filled in (Fig. fi).