DE2631354A1

DE2631354A1 - Silent rotation coupling for two parallel shafts - has two adjacent wheels each having ring of permanent magnets or electromagnetically induced poles alternating around circumference

Info

Publication number: DE2631354A1
Application number: DE19762631354
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Rer Nat Wehde
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1976-07-13
Filing date: 1976-07-13
Publication date: 1978-01-26

Abstract

The quiet rotation (and torque) coupler, for transferring the rotation of one shaft to another, consists of two wheels (3, 4) each fixed to one of the two parallel shafts (1, 2) and lying in the same plane. Each wheel consists of a ring of permanent magnets alternating in polarity in passing round the wheel's periphery. The ring is mounted on a non-magnetic disc. The polarities of one wheel are arranged so that at the point of closet approach to the other wheel an N pole faces an S pole (and vice versa). Magnetic attraction draws one wheel around in the opposite direction after the other wheel. The magnetic poles may be induced by a coil carrying dc current.

Description

Anordnung zur Übertragung einer Drehbewegung Arrangement for the transmission of a rotary movement

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ubertragen der Drehbewegung einer Welle auf wenigstens eine zweite Welle, wobei auf diesen Wellen Räder, Kegelräder oder dgl. befestigt sind, die einander zugeordnet sind und über die eine Kopplung der Wellen bewirkt Wird.The invention relates to an arrangement for transmitting the rotary movement one shaft to at least one second shaft, on these shafts wheels, bevel gears Or the like. Are attached, which are assigned to each other and via a coupling of the waves.

Es ist bekannt, die Übertragung einer$rehbewegung (hierunter soll auch die Übertragung eines Antriebsmoments verstanden werden) von einer Welle auf eine zweite Welle mittels Zahnrädern vorzunehmen. Eine solche Übertragung verursacht Lärm und das Getriebe ist einer Benützung unterworfen, insbesondere je höher der Betriebadrehzahlbereich liegt.It is known that the transmission of a roe deer movement (including the transmission of a drive torque can also be understood) from a shaft make a second shaft by means of gears. Such a transfer caused Noise and the transmission is subject to use, especially the higher the Operating speed range.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Übertragungsanordnung zu schaffenj die Lärm weitgehend vermeidet und abnützungsfrei ist.The invention is based on the object of a transmission arrangement to create that largely avoids noise and is wear-free.

Diese Aufgabe wird-erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese Kopplung durch Kräfte hervorgerufen ist, die durch zwischen den Rädern oder dgl, wirksamen magnetischen Feldern erzeugt werden. -- Bei der Erfindung besteht zwischen den Kupplungsmitteln, z.B. Rädern, Kegelrädern und dgl., keine mechanische Berührung. Damit kann Lärm und Abrieb nicht erzeugt werden, d.h., die Übertragung ist verschleißfrei. Darüber hinaus erhält man eine Koppeleinrichtung zwischen den Wellen, die bei Überlastung nicht beschädigt werden kann, sondern bei der in diesem Falle lediglich eine Verdrehung der Wellen zueinander bei Überwindung der zwischen den Rädern bestehenden Haltemoments zustandekommt. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe spielen Abstandstoleranzen keine sehr große Rolle.This object is achieved according to the invention in that this coupling is caused by forces acting between the wheels or the like magnetic fields are generated. - In the invention there is between the coupling means, e.g. wheels, bevel gears and the like, no mechanical Contact. With this, noise and abrasion cannot be generated, i.e. transmission is wear-free. In addition, you get a coupling device between the Waves that cannot be damaged when overloaded, but when in this one Fall only a twisting of the shafts to each other when overcoming the between the wheels existing holding torque comes about. In the transmission according to the invention distance tolerances do not play a very important role.

Sie kann vielmehr auch dort angewendet werden, wo zwischen den Wellen Relativbewegungen auftreten, z.B. bei einer elastischen Lagerung der einen Welle. Auch kleine von 0 bzw.-bei Schrägverzahnung von 900 abweichende Winkel zwischen den Wellen können ohne Schwierigkeit verkraftet werden, auch wenn dieser Winkel in einem gewissen Bereich variabel ist. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Übertragung verlustarm. Es kann eine Übertragung im Verhältnis 1 : 1 realisiert werden, jedoch bei entsprechender Ausbildung auch jedes andere Übersetzungsverhältnis. Versuche haben gezeigt, daß das Getriebe auch praktisch hysteresefrei und daher mit verspannten Zahnrädern vergleichbar ist.Rather, it can also be used where between the waves Relative movements occur, e.g. with an elastic mounting of one shaft. Even small angles deviating from 0 or, in the case of helical teeth, from 900 between the waves can be withstood without difficulty, even at this angle is variable in a certain range. In addition, the transmission according to the invention is low loss. A transmission in the ratio 1: 1 can be realized, however With the appropriate training, any other gear ratio. try have shown that the gearbox is also practically hysteresis-free and therefore under tension Gears is comparable.

Die Erfindung läßt sich in verschiedener Weise realisieren.The invention can be implemented in various ways.

Gemäß einer bevorzugten Aushtihrungsform sind auf dem einzelnen Übertragungsrad oder dgl. abwechselnd unterschiedlich polarisierte radial oder axial magnetisierte Permanentmagnete vorgesehen, d.h., es ist mit der Erfindung ein Getriebe mit Radialverzahnung oder St: nverzahnung realisierbar. Die Radialverzahnung kann ähnlich einer Außen - und einer Innenverzahnung ausgebildet sein, wobei im einen Fall die Räder die Magnete am äußeren Umfang tragen und im anderen Fall ein Rad einen äußeren Ring aufweist, der an seinem Innenumfang die Magnete trägt. Bei Verwendung der erwähnten Kegelräder ist wie bei einer Kegelradverzahnung eine Umlenkung der Drehbewegung möglich.According to a preferred Aushtihrungsform are on the individual transmission wheel or the like. Alternately differently polarized radially or axially magnetized Permanent magnets are provided, i.e. the invention provides a gear with radial teeth or St: n gearing can be implemented. The radial toothing can be similar to an outside - Be formed and an internal toothing, in which case the wheels are the Magnets carry on the outer circumference and in the other case a wheel has an outer ring has, which carries the magnets on its inner circumference. When using the mentioned As with bevel gear teeth, bevel gears are a redirection of the rotational movement possible.

Wenn man ein schwächeres übertragbares Drehmoment in Kauf nimmt, genügt es auch, nur ein Rad mit permanentmagnetischen Polen zu versehen. Das andere Rad muß dann aus weichmagnetischem Werkstoff bestehen und Zähne mit einer entsprechenden Polteilung besitzen.If you accept a weaker transmittable torque, that's enough it is also possible to equip only one wheel with permanent magnetic poles. The other wheel must then consist of soft magnetic material and teeth with a corresponding Own pole pitch.

Man kann die bei niedriger Polzahl auftretende Welligkeit in der Übertragung der Drehbewegung dadurch herabsetzen, daß man schräg geschnittene Magnete aneinandersetzt; in diesem Fall steht die Trennebene zwischen zwei benachbarten Magneten im Winkel zu der Drehachse. Diese Anordnung entspricht einer Schrägverzahnung. Eine ähnliche Wirkung läßt sich mit zwei gleich ausgebildeten, auf einer Welle nebeneinander angeordneten Rädern bzw. Magnetringen erreichen, wenn man diese um etwa eine halbe Polteilung gegeneinander verdreht.One can see the ripple occurring in the transmission with a low number of poles reduce the rotary motion by putting diagonally cut magnets together; in this case the parting plane between two neighboring magnets is at an angle to the axis of rotation. This arrangement corresponds to a helical toothing. A similar Effect can be achieved with two identically designed, arranged side by side on a shaft Wheels or magnetic rings can be achieved if you move them by about half a pole pitch twisted against each other.

Anstelle der Vielzahl von aufgesetzten Permanentmagneten kann man auch einen Permanentmagneten pro Rad vorsehen und diesem eine Vielzahl von aus Weicheisen gebildeten Polschuhen zuordnen. Solche Anordnung entsprechen dann den Klauenpolankern, wie sie vielfach für kleinere Wechselstromgeneratoren verwendet werden. Eine andere einfache Anordnung ergibt sich, wenn Ringe aus hartmagnetischem Werkstoff benutzt werden, die am Umfang bzw. stirnseitig lateral magnetisiert sind.Instead of the large number of attached permanent magnets you can also provide a permanent magnet per wheel and this a large number of soft iron assign formed pole pieces. Such an arrangement then corresponds to the claw pole armature, as they are widely used for smaller alternators. Another simple arrangement results when rings made of hard magnetic material are used which are laterally magnetized on the circumference or on the front side.

Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen die beiden miteinander zu kuppelnden Räder oder dgl. am genutzten Umfang Zähne oder dgl. auf und es ist ein Magnetfelderzeuger derart den beiden Rädern so zugeordnet, daß wenigstens im Bereich der sich im Eingriff befindenden Zähne Magnetpole gebildet werden. Der Liagnetfelderzeuger kann ein Elektromagnet oder ein feststehender Permanentmagnet sein. Um Wirbelströme zu vermeiden, wird man die Räder aus lamellierten Blechen aufbauen.According to another embodiment, the two face each other To be coupled wheels or the like. On the circumference used teeth or the like. And it is a magnetic field generator so assigned to the two wheels that at least in Area of the teeth in engagement magnetic poles are formed. The Liagnetfeldgenerator can be an electromagnet or a fixed permanent magnet. To eddy currents To avoid this, the wheels will be built from laminated sheet metal.

Es ist auch möglich, nur am angetriebenen Rad Magnetpole zu erzeugen und das andere Rad aus Hysteresematerial herzustellen. Dieses Hystereserad verhält sich dann ähnlich dem Rotor eines Hysteresemotors, d,h., er läuft beim Anlauf verzögert nach, um sich später in der Geschwindigkeit auszugleichen.It is also possible to generate magnetic poles only on the driven wheel and make the other wheel from hysteresis material. This hysteresis wheel behaves is then similar to the rotor of a hysteresis motor, i.e. it runs with a delay when it starts to later equalize in speed.

Man kann bei permanentmagnetisch erzeugten Magnetpolen das Rad oder dgl. zusätzlich auch als Rotor eines Antriebsmotors ausnutzen, wobei diesem Rotor eine wenigstens zweiphasige Antriebswicklung zugeordnet wird. Diese wird vorzugsweise nur einem Teil des Rotors gegenüberstehend angeordnet. Es können auch mehrere miteinander gekoppelte Räder gleichzeitig derart angetrieben werden. Die Antriebsmotore können kolleltorlose Gleichstrommotore, aber auch Synchronmotore sein.With permanent magnetically generated magnetic poles, you can use the wheel or Like. Also use as a rotor of a drive motor, this rotor an at least two-phase drive winding is assigned. This is preferred arranged facing only part of the rotor. There can also be several together coupled wheels are driven simultaneously in this way. The drive motors can DC motors without collet doors, but also synchronous motors.

Da bei dem erfindungsgemäßen Antrieb ein Luftspalt zwischen den Rädern vorhanden ist und dieser mit einem Medium, das wenigstens schlecht leitet und weitgehend unmagnetisch ist, ausgefüllt sein kann, kann man die Erfindung zum Antrieb einer Welle hinter einer Trennwand, z.B. in einem evakuierten Raum, benutzen.Since in the drive according to the invention there is an air gap between the wheels is present and this with a medium that conducts at least poorly and largely is non-magnetic, can be filled, you can use the invention to drive a Use a wave behind a partition, e.g. in an evacuated room.

Anwenden lEßt sich die Erfindung z.B. zum Antrieb der Bohrspindeln einer Mehrspindelbohrmaschine oder aber auch zum Antreiben der Rotore von Texturiermaschinen für Chemiefasern, die mit gleicher Drehrichtung anzutreiben sind. In diesem Palle wird man die beiden anzutreibenden Wellen mit einer angetriebenen Welle nach der erfindungsgemäßen Methode magnetisch koppeln.The invention can be used, for example, to drive the drilling spindles a multi-spindle drilling machine or to drive the rotors of texturing machines for man-made fibers that are to be driven with the same direction of rotation. In this palle one is the two driven shafts with a driven shaft after the Magnetically couple method according to the invention.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained with the aid of the drawing.

Es zeigen Fig. 1 - ein Ausführungsbeispiel mit Außenverzahnung in Seitenansicht Fig. 2 a) u. b)- zwei Aufsichten auf eines der Räder der Fig. 1, wobei einmal eine 1,Normalverzahnung" und einmal eine 'Schrägverzahnung" vorgesehen ist Fig. 3 - ein Ausführungsbeispiel mit zwei gezahnten Weicheisenrädern und einem diesen zugeordneten Magnetfelderzeuger Fig. 4 - ein Ausführungsbeispiel mit "Innenverzahnung" Fig. 5 - ein Ausführungsbeispiel mit einem Magneten pro Rad Fig. 6 - ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes mit 3 Rädern, von denen zwei angetrieben werden Fig. 7 - ein Ausführungsbeispiel für den Antrieb der Rotoren einer Texturiermaschine Fig. 8 - eine Aufsicht auf ein Rad mit zwei versetzten Magnet ringen In Fig. 1 sind zwei Wellen 1 und 2 vorgesehen, von denen die Welle 1 in Pfeilrichtung angetrieben sein soll. Mit den Wellen sind Räder 3 und 4 verbunden, die sich an einem Teil ihres Umfangs gegenüberstehen und die auf ihrem Umfang eine Reihe von Permanentmagneten 5 bzw. 6 tragen, wobei diese derart aufgebracht sind, daß benachbarte Magnete gegensinnig (N, S) gepolt sind. Die Räder 3 und 4 bilden die Rückschlüsse. Bei Drehung der Welle 1 in Pfeilrichtung dreht sich die Welle 2 in die ebenfalls angegebene Pfeilrichtung. Das Mitlaufen des Rades 4 bleibt bis zu einem durch die Stärke der Magnete und die Luftspaltgröße vorgegebenen Drehmoment erhalten. In den Luftspalt zwischen den Rädern kann eine Trennwand 7 aus nichtleitendem und unmagnetischem Material vorgesehen sein; d.h., daß das angetriebene Rad 4 z.B. in einem evakuierten Raum laufen kann.1 shows an exemplary embodiment with external toothing in FIG Side view Fig. 2 a) and b) - two top views of one of the wheels of Fig. 1, wherein once a 1 "normal toothing" and once a "helical toothing" is provided Fig. 3 - an embodiment with two toothed soft iron wheels and one of these associated magnetic field generator Fig. 4 - an embodiment with "internal teeth" Fig. 5 - an embodiment with one magnet per wheel Fig. 6 - an embodiment a transmission with 3 wheels, two of which are driven Fig. 7 - an embodiment for driving the rotors of a texturing machine FIG. 8 - a plan view of a Wheel with two offset magnet rings In Fig. 1, two shafts 1 and 2 are provided, of which the shaft 1 is to be driven in the direction of the arrow. With the waves are Wheels 3 and 4 connected, which face each other on part of their circumference and which carry a number of permanent magnets 5 and 6 on their circumference, these are applied in such a way that neighboring magnets are polarized in opposite directions (N, S). The wheels 3 and 4 form the conclusions. When shaft 1 rotates in the direction of the arrow the shaft rotates 2 in the direction indicated by the arrow. The running of the wheel 4 remains up to one through the strength of the magnets and the Air gap size given torque received. In the air gap between the wheels A partition 7 made of non-conductive and non-magnetic material can be provided be; that is, the driven wheel 4 can run in an evacuated space, for example.

Die Permanentmagnete 5 und 6 können so wie in Fig. 2a) gezeigt, geschnitten sein, d.h. in Aufsicht ein Rechteck darstellen (entsprechend einer Normalverzahnung) oder aber so, wie in Fig. 2b) gezeigt, d.h. in Aufsicht ein Parallelogramm darstellen (entsprechend einer Schrägverzahnung).The permanent magnets 5 and 6 can be cut as shown in FIG. 2a) be, i.e. represent a rectangle when viewed from above (corresponding to normal toothing) or as shown in Fig. 2b), i.e. represent a parallelogram in plan view (corresponding to a helical toothing).

In Fig. 3 sind zwei Räder 30 und 31 aus Weicheisen mit Zähnen 32 (nur teilweise dargestellt) vorgesehen, wobei diese Zähne jedoch nicht miteinander in Eingriff kommen. Diesen Rädern ist eine mit Gleichstrom gespeiste Wicklung 33 zugeordnet, die einen Feldverlauf, wie in Fig. 3 angedeutet, erzeugt.In Fig. 3 two wheels 30 and 31 made of soft iron with teeth 32 (only partially shown) provided, but these teeth are not in Intervention come. A winding 33 fed with direct current is assigned to these wheels, which generates a field profile as indicated in FIG. 3.

Hierdurch werden im gezahnt dargestellten Bereich der Räder 30 und 31 einerseits Nordpole und andererseits Südpol erzeugt, wodurch auch hier eine Verkopplung zwischen den Rädern zustandekommt, die eine Übertragung einer Drehbewegung zuläßt.As a result, in the toothed area of the wheels 30 and 31 on the one hand north pole and on the other hand south pole generated, whereby a coupling here as well comes about between the wheels, which allows a transmission of a rotational movement.

In Fig. 4 ist die Welle 40 mit dem Ring 41 verbunden (nicht dargestellt), der auf seinem Innenumfang Magnete abwechselnder Polarität trägt. Die Wellen 43 und 44 tragen Räder 45, 46, die entsprechend Fig. 1 ausgebildet sind. Bei Drehung des Rings 41 in Pfeilrichtung werden die Räder 45 und 46 und damit die Wellen 43 und 44 mit gleichem Drehsinn, jedoch wegen der unterschiedlichen Radgröße mit unterschiedlicher Geschwindigkeit angetrieben.In Fig. 4 the shaft 40 is connected to the ring 41 (not shown), which carries magnets of alternating polarity on its inner circumference. The waves 43 and 44 carry wheels 45, 46 which are designed according to FIG. When rotating of the ring 41 in the direction of the arrow are the wheels 45 and 46 and thus the shafts 43 and 44 with the same direction of rotation, but with different wheel sizes due to the different wheel sizes Speed driven.

In der Fig. 5 sind zwei Wiauenpolrüder dargestellt.In Fig. 5, two Wewpolders are shown.

Im Rad ist je ein axial magnetisierter Permanentmagnet 55 und 56 vorgesehen, die in den Zähnen der Weicheisenräder 52 und 53 Nord- bzw. Südpole erzeugen. Damit stellen sich die Zähne der beiden Räder einander gegenüber und dieser Zustand wird auch bei Drehung aufrecht erhalten.An axially magnetized permanent magnet 55 and 56 is provided in the wheel, which generate north and south poles in the teeth of the soft iron gears 52 and 53, respectively. In order to the teeth of the two wheels face each other and this state becomes maintained even when rotating.

In Fig. 6 sind drei Wellen 60, 61 und 62 mit Rädern 63, 64 und 65 vorgesehen, die ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt, ausgebildet sind. Zum Antrieb der drei Wellen mit gleicher Geschwindigkeit sind hier die r,Iagneträder" 63 und 64 noch als Rotoren von Antriebsmotoren ausgebildet. Hierzu ist diesen Rotoren über einen Bereich des Umfangs je eine wenigstens zweiphasige Wicklung zugeordnet. Der Motor kann in bekannter Weise als kollektorloser Gleichstrommotor oder als Synchronmotor ausgebildet sein.In Fig. 6 there are three shafts 60, 61 and 62 with wheels 63, 64 and 65 provided, which are similar to that shown in Fig. 1, formed. To drive the three shafts with the same speed are here the r "magnet wheels" 63 and 64 still designed as rotors of drive motors. To do this, these rotors are about an area of the circumference is assigned an at least two-phase winding. Of the The motor can be used in a known manner as a brushless direct current motor or as a synchronous motor be trained.

In Fig. 7 werden die beiden Wellen 70 und 71 mittels der angetriebenen Welle 72 und der miteinander verkoppelten Räder 72 und 73 bzw. 72 und 74 angetrieben. Die mit den Wellen 70 und 71 verbundenen, nur angedeuteten Rotoren 80 und 81 einer Texturiermaschine, drehen sich bei Drehung der Welle 72 in der Richtung des Pfeiles 76 in die Richtung der Pfeile 77 und 78; hierbei wird der zwischen den Rotoren geführte Faden 79 in bekannter Weise nach dem Falschdrahtverfahren texturiert.In Fig. 7, the two shafts 70 and 71 are driven by means of the Shaft 72 and the coupled wheels 72 and 73 or 72 and 74 are driven. The rotors 80 and 81 connected to the shafts 70 and 71, only indicated, are one Texturing machine, rotate in the direction of the arrow as shaft 72 rotates 76 in the direction of arrows 77 and 78; this is guided between the rotors Thread 79 textured in a known manner using the false twist method.

In Fig. 8 ist ein Rad 82 in Aufsicht gezeigt, das zwei Magnetringe zeigt, deren Magnete um eine halbe Polteilung gegeneinander verschoben sind. Auch diese Ausbildung dient zur Verringerung der Welliglceit.In Fig. 8, a wheel 82 is shown in plan view, the two magnetic rings shows, whose magnets are shifted against each other by half a pole pitch. Even this training serves to reduce the wave resistance.

- Patentansprüche - - patent claims -

Claims

Claims arrangement tin transmitting the rotary motion of a Shaft on at least one second shaft, on these shafts wheels, bevel gears Or the like. Are attached, which are assigned to each other and via a coupling of the waves is effected, characterized in that this coupling is effected by forces Is caused by between the wheels or the like. Effective magnetic Fields are generated.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that on the Wheels, etc., alternately polarized differently, radially or axially magnetized Permanent magnets are applied.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the individual Wheel or the like. At least one permanent magnet and a plurality of soft iron Contains formed pole pieces.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that two together Coupled wheels have teeth or the like on the circumference used and that a magnetic field generator is assigned to the two wheels in such a way that at least those in the "engagement area" located teeth of the two wheels have different polarity.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the magnetic field generator is an electromagnet.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that only the driven, by two coupled wheels or the like. Magnetic poles having and the other wheel or the like. Made of hysteresis material.

7. Arrangement according to one of claims 2 to 6, characterized in that that two coupled wheels or the like. Have the magnetic poles on the outer circumference (external toothing).

3. Arrangement according to one of claims 2 to 6, characterized in that that of two coupled wheels one has an outer ring, which carries the magnetic poles on the inner circumference (internal toothing).

9. Arrangement according to one of claims 2 to 8, characterized in that that adjacently arranged magnets have a parting plane extending at an angle to the axis of rotation have (helical teeth).

10. Arrangement according to one of claims 2 to 8, characterized in that that next to each other two rings with magnetic poles are provided, which are about half a Pole pitch are twisted against each other.

11. Arrangement according to one of claims 1, 2 or 6 to 10, characterized characterized in that at least one of the wheels with its magnets has a drive winding is assigned and as the rotor of a brushless DC motor or synchronous motor serves.

12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the winding is at least two-phase.

13. Arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that the winding faces the rotor only over part of the circumference.

14. Arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that that between the coupled wheels a layer (e.g. partition) of largely non-magnetic and at least poorly conductive material is arranged.

15. Arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized by their application to drive the drilling spindles of a multi-spindle drilling machine.

16. Arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized by their application for driving the two rotors of a texturing machine in the same way Direction of rotation, the two shafts of which are magnetic with a driven shaft are coupled.