<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein magnetisches Getriebe mit drei Elementen, von denen eines zwischen den beiden andern angeordnet ist, mindestens eines einen Permanentmagneten oder Elektromagneten enthält und mindestens zwei der drei Elemente unabhängig voneinander drehbar sind, wobei die zwei Elemente, zwischen denen das dritte angeordnet ist, Polringe mit diesem dritten Element zugewandten permanenten oder induzierten Polen sind, deren Polzahlen in den beiden Polringen den übersetzungsverhältnissen entsprechend und deren Vorzeichen längs des Umfanges der Polringe abwechseln, wobei das dritte zwischen den Polringen angeordnete Element aus magnetisch voneinander im wesentlichen getrennten, über den Umfang verteilten Leitstücken aus leicht magnetisierbarem, ferromagnetischem Material besteht,
die den beiden Polringen zugewandte Polflächen aufweisen und deren Anzahl grösser ist als die Anzahl der Pole des Polringes mit der kleineren Polzahl und die Zentren der Polflächen benachbarter Leitstücke (in Umfangsrichtung gesehen), die gegebenenfalls den Polring mit der grösseren Anzahl von Polen zugeordnet sind, in einem Winkelabstand voneinander angeordnet sind, der von dem Winkelabstand und dem ganzzahligen Vielfachen desselben der Zentren benachbarter Pole dieses Polringes, der gegebenenfalls die grössere Polzahl hat, verschieden ist.
Es sind magnetische Getriebe mit drei koaxial zueinander angeordneten Elementen bekannt, von denen mindestens zwei unabhängig voneinander drehbar sind. Zwei dieser Elemente bestehen aus durch einen Luftspalt getrennten Ringen mit nicht in Eingriff stehenden magnetisch leitfähigen Zähnen, die Bereiche von abwechselnd hohem und niedrigem magnetischem Widerstand bilden, wobei die Zahnzahlen der beiden Ringe sich geringfügig unterscheiden, so dass sich nur auf einem Durchmesser je zwei Zähne des äusseren und des inneren Ringes gegenüberliegen. Einer dieser Ringe kann permanentmagnetisiert oder mit einer Wicklung versehen sein, die den Ring aufmagnetisiert, so dass ein magnetisches Feld erzeugt wird, welches eine Ausrichtung zweier gegenüberliegender Zähne der Ringe bewirkt.
Dieses Getriebe bildet das magnetische Analogon zum mechanischen Hypozykloid-Getriebe, bei dem nur zwei Zähne des äusseren Ringes gleichzeitig in Eingriff sind.
Dasselbe trifft auch auf ein Magnetgetriebe zu, bei welchem sich jeweils Polringe mit ausgeprägten Polen ungleicher Anzahl gegenüberstehen. Ein im Zentrum rotierender Permanentmagnet bewirkt durch seine Pole einen Magnetfluss zum grösseren Polring, der den mittleren Polring durchsetzt. Der mittlere Polring stellt sich nun jeweils so ein, dass im Bereich der maximalen magnetischen Durchflutung die sich gegenüberstehenden Zähne annähernd zur Deckung kommen, während der Versatz in den übrigen Bereichen umso grösser wird, je weiter die Zähne von diesen Zonen entfernt sind. Hiedurch folgt der mittlere Polring entsprechend der Differenz seiner Zähnezahl zwischen der Zähnezahl des äusseren Polringes mit wesentlich geringerer Winkelgeschwindigkeit dem Permanentmagneten.
Während bei Zahnradgetrieben extrem hohe Flächenbelastungen zur Kraftübertragung möglich sind, können in magnetischen Getrieben der vorbekannten Art mit Polen zu beiden Seiten eines den berührungslosen Lauf ermöglichenden Luftspaltes nur sehr kleine Scherspannungen übertragen werden. Das hat zur Folge, dass sich mit allen bekannten magnetischen Getrieben nur kleine Drehmomente übertragen lassen, so dass sie für Übertragungen grösserer Leistungen nicht in Frage kommen. Darüberhinaus lassen sich mit Getrieben dieser Art auch nur sehr hohe Übersetzungsverhältnisse von beispielsweise 1 : 20 oder 1 : 50, nicht jedoch Übersetzungsverhältnisse von 1 : 2 oder 1 : 5 verwirklichen, so dass diese Getriebeart keinen brauchbaren Ersatz für Zahnradgetriebe für die Übertragung grösserer Leistungen darstellt.
Darüberhinaus sind weiter reibungslose magnetische Getriebe bekannt, bei denen Kupplungselemente von einem treibenden und einem getriebenen Teil um einen vorgeschriebenen Abstand entfernt sind, wobei die Teile in einem Gehäuse untergebracht sind, das einen geschlossenen magnetischen Fluss gewährleistet. Bei dieser Getriebeart wird jeweils nur eines der Kupplungselemente von dem maximalen magnetischen Fluss durchflutet, so dass hiedurch nur das Prinzip des Sprung-Zahngetriebes verwirklicht wird, bei dem zur Übertragung des Drehmomentes jeweils nur ein sehr kleiner Umfangsbereich aktiv herangezogen wird. Magnetische Getriebe dieser Art haben deshalb ebenfalls die bereits angeführten Nachteile.
Des weiteren ist ein magnetisches Getriebe bekannt, bei dem ein angetriebenes Magnetsystem mit einem antreibenden Magnetsystem durch magnetische Kraftfelder gekoppelt ist und das Übersetzungsverhältnis durch eine Verzweigung des Magnetflusses in einem ferromagnetischen Bindeglied gebildet ist. In einfacher Bauweise ist die Abtriebseinrichtung dieses Getriebes nicht definiert. Nur durch mehrere Systeme, die winkelversetzt axial nebeneinander angeordnet sind, lässt sich bei derartigen Getrieben die Drehrichtung vorgeben. Letzteres hat jedoch den Nachteil, dass die wirksame Durchflutung sich jeweils auf einen Bereich von maximal 1/3 der axialen Baulänge bezieht, und dass die magnetischen Leitwege sehr gross werden, wodurch wieder die Verwertbarkeit für die Übertragung höherer Leistungen nicht gegeben ist.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein magnetisches Getriebe zu schaffen, welches grosse mechanische Leistungen bei kleinstmöglichem Materialaufwand in beliebigen Übersetzungsverhältnissen, insbesondere auch bei niedrigen übersetzungsverhältnissen, zu übertragen vermag.
Gemäss der Erfindung wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass die Leitstücke so ausgebildet sind, dass der durch einen Pol des Polringes mit der gegebenenfalls kleineren Polzahl fliessende Magnetfluss so vielen Polen des Polringes zugeleitet wird, dass der grössere Teil des Umfanges des Polringes vom Magnetfluss des Polringes durchflossen wird.
Vorteilhaft ist eine dem Polring mit der grösseren Polzahl zugekehrte Fläche eines Leitstückes mindestens
<Desc/Clms Page number 2>
so breit wie der Abstand zweier benachbarter Polzentren dieses Polringes. Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Zahl der Leitstücke doppelt so gross wie die Zahl der Pole des Polringes mit der geringsten Polzahl ist.
Durch die erfindungsgemässe Vorkehrung ist es möglich, magnetische Drehfelder von einem permanentmagnetischem Polring gleichsam einem magnetischen Generator auf den andern permanent- magnetischen Polring, dem magnetischen Motor zu übertragen. Dabei dienen die Leitstücke zur Auffächerung des magnetischen Flusses.
Die bei einem Elektromotor durch Spulen verursachte radiale Durchflutung wird beim magnetischen Getriebe gemäss der Erfindung durch Permanentmagnete eines umlaufenden Polringes erzeugt. Bei Verwendung hochwertiger Magnetwerkstoffe lassen sich die gleichen Induktionen wie beim Elektromotor verwirklichen, so dass die übertragbaren Drehmomente denen von Elektromotoren mit gleich grossen Läufern entsprechen. Im Gegensatz zu einfachen Motoren lassen sich magnetische Getriebe auch in Synchronbauart verwirklichen, wenn der angetriebene Polring nicht wie beim Elektromotor als Induktionsläufer, sondern als permanentmagnetischer Läufer ausgebildet ist.
Diese Möglichkeit ist dem Elektromotor versagt, da der Läufer innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde auf volle Drehzahl beschleunigt werden müsste, während das Magnetgetriebe angetrieben wird und dementsprechend über eine grössere Zeitdauer mit geringerer Winkelbeschleunigung beschleunigt wird. Durch die Zuordnung von zwei permanentmagnetischen Polringen für Antrieb und Abtrieb entfallen alle Wirbelstromverluste, die bei einem Elektromotor in der Regel über 50% aller Verluste ausmachen. Als einzige Verlustquelle bleibt der Eisenverlust der Leitstücke, der jedoch nur wenige Watt/kg Eisen ausmacht.
Der Wirkungsgrad des erfindungsgemässen magnetischen Getriebes liegt deshalb, wenn beide Polringe Permanentmagnete enthalten, nahe bei 1, was im Hinblick auf die grossen zu übertragenden Leistungen von entscheidender Bedeutung ist.
Das Hauptanwendungsgebiet des Magnetgetriebes besteht in der Übersetzung der Drehzahl von in ihrer Maximaldrehzahl begrenzten, netzgespeisten Induktionsmotoren. Da die Leistung ein Produkt aus Drehmoment und Drehzahl bildet, werden die Abmessungen des angetriebenen Läufers im Vergleich zu Elektromotorenläufern gleicher Leistungen in ihrem Volumen mit dem reziproken Drehzahlverhältnis kleiner als die des antreibenden Läufers.
Beträgt die Anzahl der Leitstücke das Dreifache der Pole des schnelldrehenden Polringes mit der kleineren Polzahl, so lässt sich auch ein dreiphasiges, zirkulares Drehfeld verwirklichen, welches jedoch nur dort von Vorteil ist, wo der polzahlbedingte Ungleichförmigkeitsgrad der Drehung störend sein könnte.
Bei dem Magnetgetriebe nach der Erfindung kann jedes der drei Elemente das antreibende und jedes der drei Elemente das angetriebene Element sein. Des weiteren ist eines der drei Elemente festgehalten oder mit einem staionären System abgestützt, wozu in der Regel ein Gehäuseelement benutzt wird.
Magnetgetriebe der vorgeschlagenen Art lassen sich in bekannter Weise aus einem Zylinder, einem darüber gesteckten Hohlzylinder und einem darum angeordneten weiteren Hohlzylinder aufbauen. Auch exzentrische Zuordnungen des inneren und des äusseren Polringes lassen sich verwirklichen. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Luftspalte auf Zylindermänteln liegen, sondern auch Luftspalte auf Kegelmänteln, Kugeloberflächen und Ebenen sind ausführbar. In der letzten Version sind drei Scheiben einander zugeordnet. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die umlaufenden Scheiben die gleiche geometrische Achse haben.
In der Regel wird ein weitgehend sinusförmiges Drehfeld gewünscht, da dieses einen hohen Gleichförmigkeitsgrad der Umlaufbewegung gewährleistet. Durch einfache geometrische Massnahmen ist die Charakteristik des Drehfeldes so beeinflussbar, dass die Drehung ruckweise erfolgt, dass also der Umlaufbewegung Drehschwingungen überlagert sind. Der Grenzfall ist die Umsetzung einer Drehbewegung in eine reine Schwingbewegung ohne Drehung des angetriebenen Polringes. Ungleichförmigkeiten und Schwingbewegungen sind bei Misch-, Schleif- und Fördergeräten oft gewünscht. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen magnetischen Getriebe ist der Antrieb von Läufern für Pumpen für Flüssigkeiten oder Gase.
Diese Läufer fordern hohe Antriebsdrehzahlen und der schnellaufende Polring des Magnetgetriebes wird deshalb mit dem Schaufelrad der Pumpe vorteilhaft zu einer Einheit zusammengefasst, während der langsamlaufende Polring vom Motor angetrieben wird. Dadurch wird das dritte Element, der Leitstückring, durch eine Wandung vom Pumpenläufer getrennt, so dass eine hermetische Abdichtung entsteht. Mit dem erfindungsgemässen magnetischen Getriebe können somit hermetisch gedichtete Pumpen für praktisch beliebig hohe Drücke hergestellt werden. Bei solchen Pumpen sind auch Magnetgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis m = 1 sinnvoll.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt : Fig. 1a bis Id zeigt Getriebebauformen gemäss der Erfindung mit einer ungeradzahligen gleichsinnigen Reihenstaffelung des Übersetzungsverhältnisses, Fig. 2a bis 2c zeigt Getriebebauformen gemäss der Erfindung mit einer ungeradzahligen gegensinnigen Reihenstaffelung des übersetzungsverhältnisses, Fig. 3a bis 3d zeigt Getriebebauformen gemäss der Erfindung mit einer geradzahligen gleichsinnigen Reihenstaffelung des Übersetzungsverhältnisses, Fig. 4a bis 4d zeigt analog zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2a bis 2c Magnetgetriebe mit einer geradzahligen gegensinnigen Reihenstaffelung des übersetzungsverhältnisses, Fig.
5 zeigt einen Längsschnitt durch ein
<Desc/Clms Page number 3>
erfindungsgemässes magnetisches Getriebe für eine Pumpe, Fig. 6 zeigt die Abwicklung eines Blechstreifens zur Herstellung der Leitstücke für ein magnetisches Getriebe gemäss der Erfindung, Fig. 7a bis 7c zeigt verschiedene Ausführungen erfindungsgemässer magnetischer Getriebe, bei denen durch magnetisch leitende Polschuhe der magnetische Kraftfluss der Permanentmagnete zum Luftspalt geleitet wird, Fig. 8a bis 8c zeigt im Beispiel den Bewegungsvorgang, in dem magnetischen Getriebe nach der Fig. la bis ld, Fig. 9a und 9b zeigt ein magnetisches Getriebe gemäss der Erfindung für die übersetzungsverhältnisse 1 : 1 und (-1) :
1, Fig. lOa bis lOd zeigt weitere Ausbildungen von magnetischen Getrieben gemäss der Erfindung, Fig. 11 zeigt im Schnitt einen Kurzschlussläufer für ein erfindungsgemäss magnetisches Getriebe mit einem Leitstückring, Fig. 12 zeigt im Schnitt ein magnetisches Untersetzungsgetriebe gemäss der Erfindung für ein Rührwerk, Fig. 13 zeigt im Schnitt ein magnetisches Untersetzungsgetriebe gemäss der Erfindung für eine Bohrlochpumpe, Fig. 14 zeigt im Schnitt ein magnetisches Getriebe gemäss der Erfindung für eine weitere Pumpe und Fig. 15 zeigt teilweise im Schnitt ein magnetisches Getriebe gemäss der Erfindung für einen Turbo-Kompressorantrieb.
Die nachstehend beschriebenen magnetischen Getriebe lassen sich nach geometrischen Parametern ordnen ; dazu gehören die Polzahlen des langsam und des schnell laufenden Polringes, die Anzahl der Leitstücke, die Anzahl der Polflächen der Leitstücke sowie die Abstände der Polflächen benachbarter verschiedener Leitstücke.
Dementsprechend stellen dar : p Zahl der Pole des langsam laufenden Polringes (grosse Polzahl) q Zahl der Pole des schnell laufenden Polringes (kleine Polzahl) m Übersetzung des Getriebes, wobei stets Betrag m = p/q r Zahl der Leitstücke rp Zahl der Polflächen des Leitstückes, die dem langsam laufenden Polring zugewandt sind rq Zahl der Polflächen des Leitstückes, die dem schnell laufenden Polring zugewandt sind j Polzentrumsabstand der dem langsam laufenden Polring zugewandten Polflächen benachbarter verschiedener Leitstücke im Verhältnis zum Zentrumsabstand benachbarter Pole des langsam laufenden Polringes.
Die grösste Übersetzung ist jeweils durch das Übersetzungsverhältnis
EMI3.1
gegeben. In diesem Fall wird der aus Leitstücken gebildete Leitstückring festgehalten. Wird an Stelle des Leitstückringes der langsam laufende Polring festgehalten, so ergibt sich für die gleiche Ausführung das kleinere
EMI3.2
Leitstückring das übersetzungsverhältnis
EMI3.3
Mit allen erfindungsgemässen Getrieben sind also drei Übersetzungsverhältnisse zu verwirklichen, wobei sich der Drehsinn des Übersetzungsverhältnisses m bei der Übersetzung ml ändert.
In den Zeichnungen la bis 1d sind Ausführungsformen des erfindungsgemässen magnetischen Getriebes mit der mathematischen Gesetzmässigkeit m = 4 k + 1, wobei k null oder eine beliebige natürliche Zahl ist, gezeigt. Ausserdem wurde in diesen Zeichnungen für sämtliche gezeigten Getriebe r = 4 und j = 0, 5 gewählt.
Dann ergibt sich für
Fig. la mit k = 1 m = 5 Fig. 1b mit k = 2 m = 9 Fig. 1c mit k = 3 m = 13.
Mit dem Bezugszeichen--11--wird der langsam laufende Polring mit den ausgeprägten Nordpolen --12- bezeichnet, deren Anzahl jeweils in den Fig. la, lb, lc gleich m ist, und den ausgeprägten Südpolen
<Desc/Clms Page number 4>
--13--, deren Anzahl jeweils in den Fig. 1a, 1b, 1c ebenfalls gleich m ist. Mit dem Bezugszeichen --14-- ist in den Fig. la bis 1d der schnell laufende Polring bezeichnet, wobei das Bezugszeichen --15-- jeweils den Nordpol und--16--jeweils den Südpol kennzeichnet.
In den Fig. la bis 1c wurde
EMI4.1
vier.
Bei den in den Fig. la bis 1d gezeigten Ausführungsbeispielen hat jedes einzelne Leitstück mehrere, dem äusseren Polring zugekehrte Polflächen, nämlich bei den Ausführungsformen nach den Fig. la und 1d jeweils zwei, bei der Ausführungsform nach der Fig. lb drei und bei der Ausführungsform 1c vier.
Fig. ld stellt für das Beispiel des Übersetzungsverhältnisses m= 5 eine Anordnung dar, die durch eine gegenüber Fig. la verdoppelte Anzahl der Elemente--12, 13,15, 16, 17-gekennzeichnet ist, wobei das übersetzungsverhältnis m dasselbe ist.
Erfindungsgemäss kann statt der beschriebenen Verdoppelung eine beliebige ganzzahlige Vervielfachung gewählt werden. Es ist ersichtlich, dass die 4polige Ausführung der Fig. ld entstanden ist durch zweimalige Abwicklung des Umfanges der Fig. la, so dass für die genannten beliebigen Vielfachen die gleichen Gesetzmässigkeiten gelten müssen, wie für die einfachste Ausführung, nämlich die 2polige, die in ihrer Funktionsweise in Fig. 8 noch näher beschrieben werden soll.
Die Fig. 2a bis 2c zeigen andere bevorzugte Ausführungeformen des erfindungsgemässen magnetischen Getriebes mit der mathematischen Gesetzmässigkeit m =- - (4k -1), wobei k eine beliebige natürliche Zahl, jedoch nicht null sein soll. Ausserdem wurde in diesen Zeichnungen für sämtliche gezeigte Getriebe r=4 und j = 1, 5 gewählt.
Dann ergibt sich für
Fig. 2a mit k = 1 m = -3 Fig. 2b mit k = 2 m = -7
Fig. 2c mit k = 3 m =-11
Die Fig. 3a bis 3d zeigen weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen magnetischen Getriebes mit der mathematischen Gesetzmässigkeit m = 2 (k + 1), wobei k null oder eine beliebige natürliche Zahl ist. Ausserdem wurde in diesen Zeichnungen für sämtliche gezeigten Getriebe r = 4 und
EMI4.2
Formel gekennzeichneten Gruppe von magnetischen Getrieben zu verstehen, die durch die Anzahl der Leitstücke r= 4 gekennzeichnet ist.
Dann ergibt sich für
Fig. 3a mit k = 0 m = 2 Fig. 3b mit k = 1 m = 4
Fig. 3c mit k = 2 m = 6
Fig. 3d mit k = 3 m = 8
Die Fig. 4a bis 4d zeigen weitere bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemässen magnetischen Getriebes
EMI4.3
und jl =1,5 und j2=3,5 gewählt.
<Desc/Clms Page number 5>
Dann ergibt sich für
Fig. 4a mit k=1 m=-4 Fig. 4b mit k = 2 m =-6
Fig. 4c mit k = 3 m = -8
Fig. 4d mit k = 4 m =-10
In den Fig. 2a bis 2c, 3a bis 3d und 4a bis 4d werden für gleich wirkende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. la bis 1d verwendet.
Die Zahl der Polflächen jedes Leitstückes, die gemäss der Erfindung zu den hervorragenden Ergebnissen führt, hängt ausschliesslich von der verwendeten Anzahl dieser Leitstücke und der Zahl k ab. So ist bei den Ausführungsformen la bis 1d, bei denen k null oder eine natürliche Zahl sein kann, die Zahl der Polflächen an einem Leitstück, die dem Polring mit der grösseren Polzahl zugekehrt sind
EMI5.1
während bei der Ausführungsform nach den Fig. 2a bis 2c, bei denen k eine natürliche Zahl ist,
EMI5.2
betragt.
Für die in den Fig. 3a bis 3d gezeigten Ausführungsformen gilt für die Summe der Polflächen r =m-2 während für die in den Fig. 4a bis 4d gezeigten Ausführungsformen gilt rp=m ; hiebei ist r'p = rp/r bzw. p r'p1=rp/r und r'p2 =rp/r+1, sofern bei der Division r/r em Rest bleibt.
Das magnetische Getriebe nach Fig. 5, bei dem der langsam laufende Polring aus einem Ringmagneten --51- und darauf aufgeklebten weichmagnetischen Zwischenstücken --52-- besteht, deren Anzahl der Polzahl des Magneten entspricht. In den feststehenden Leitstücken--53--rufen sie eine periodische Ummagnetisierung hervor.
Diese wirkt auf den schnell laufenden Poring--54--, der die geringere Polzahl aufweist und aus einem
EMI5.3
--53-- undPumpenlaufrad--56--eine Einheit bildet. Im Nadir der Trennkalotte ist eine Säule --57-- angeordnet, die in einer Kugel endet und bei--58--im Zentrum der Kalotte--55--das Pumpenlaufrad--56--
EMI5.4
angeordnet, wodurch eine magnetische Lagerung des Pumpenläufers--56--gewährleistet ist. Teil--60--ist ein Eisenring, der den magnetischen Kraftfluss verstärkt.
Der abgewickelte Blechstreifen nach der Fig. 6 ergibt im aufgewickelten Zustand einen spiraligen Körper - 53-gemäss Fig. 5. Die Pole --63-- haben nur einen Teil der Umfangserstreckung der Pole-64-. Die Verbindungsstege--65 und 66--zwischen den Leitstücken --17 und 17'-- sind so schmal, dass sie für die mechanische Festigkeit ausreichend sind, jedoch magnetisch keinen nennenswerten Kurzschluss darstellen.
Fig. 7a zeigt die Ausbildung eines langsam laufenden Polringes in Draufsicht, wobei Oxydmagnete--70- zwischen Weicheisenwinkeln --71-- angeordnet sind. Hiedurch ist es möglich, zum Luftspalt hin eine höhere Induktion zu erhalten, als sie mit Sintermagneten sonst erzielbar ist. Einen aussen laufenden Polring, der aus einem permanentmagnetischen Ring--73--, der axial magnetisiert ist, und zwei spiegelsymmetrischen Weicheisenformteilen--74 und 74'--besteht, zeigt Fig. 7b. Die Weicheisenformteile bestehen aus Verbindungsringen --75-- und Klauenpolen --76--, die vorzugsweise sich verjüngend ausgebildet sind.
Je weniger Pole--76--gleichzeitig im Eingriff stehen, desto grösser muss der Querschnitt der Rückschlussringe --75- sein, damit die gesamte Umfangserstreckung des Magneten--73--ausgenutzt wird. Den Aufbau
EMI5.5
Klauenpolringen--74'--angeordnet sind, offenbart Fig. 7c. Die nebeneinanderliegenden Klauenpole--76'- bilden einen Nordpol, die nebeneinanderliegenden Klauenpole --77'-- bilden einen Südpol. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung von Werkstoffen extrem hoher Koerzitivkraft, insbesondere auf Samarium- oder Cer-Basis, die Magnete extrem geringer Erstreckung in Magnetisierungsrichtung erforderlich machen.
Die in Fig. 1 bis 4 dargestellten magnetischen Getriebe sind aufgebaut als zweiphasige, zirkulare oder
EMI5.6
<Desc/Clms Page number 6>
--17-- jeweils--15--, von dem aus die Kraftlinien das Leitstück--71a--durchsetzen und über drei Südpole --13--, von denen der mittlere durch ein x markiert ist, und den ferromagnetischen Mantel des Polringes--11--sowie
EMI6.1
erreichen die beiden Polringe--11 und 14--in der in Fig.
8c gezeigten Stellung, wobei der schnell laufende Polring --14-- einen un den Faktor m= 9 grösseren Winkelbetrag durchlaufen hat, als der langsam laufende Polring Der beschriebene Bewegungsablauf wird bestimmt durch die Lage der Polfläche --21-- der Leitstücke--17--, die dem langsam laufenden Polring zugewandt sind und die Lage der Polflächen --22-der Leitstücke, die dem schnell laufenden Polring zugewandt sind. Die Polflächen-21-ein und desselben Leitstückes verbinden jeweils gleichnamige Pole miteinander, ihr Winkelabstand ist also durch den Winkelabstand --27-- der Zentren--25 und 25'--benachbarter Pole des langsam laufenden Polringes--11--bestimmt.
Wesentlich für das übersetzungsverhältnis und den Drehsinn des Getriebes ist neben dem Verhältnis der Polzahlen der beiden Polringe--11 und 14--vor allem der Winkelabstand --24-- der Zentren --23 und 23'-- benachbarter Leitstücke --17 und 17'--, Bei den bevorzugten Ausführungeformen, die in den Fig. la bis 4d beschrieben wurden, wurde auch gezeigt, dass dieser Winkelabstand die Gesetzmässigkeiten ganzer Gruppen von Getrieben mathematisch definiert.
In diesem beschriebenen Bewegungsablauf wurde vorausgesetzt, dass der Leitstückring festgehalten wird.
EMI6.2
EMI6.3
EMI6.4
Wahl der Kopplung eines der Elemente--11, 14 oder 17-- mit dem raumfesten Gehäuse --3-- verschiedene übersetzungsverhältnisse zu verwirklichen. Dieser Vorteil kann durch die koaxiale Bauweise der beschriebenen magnetischen Getriebe voll wahrgenommen werden.
Die beiden in den Fig. 9a und 9b dargestellten magnetischen Getriebe sind durch den Sonderfall
Betrag m = 1 gekennzeichnet.
In den gezeichneten Beispielen ist eine 4-polige Ausführungsform gewählt, was aber prinzipiell unerheblich ist. Diese Getriebe haben mit den in den Fig. la bis 4d gezeigten Beispielen das Prinzip des zweiphasigen Drehfeldaufbaues gemeinsam, stellen jedoch keine typischen Vertreter grösserer Getriebegruppen vor.
Die oben als Charakteristik genannten Parameter haben in beiden Fällen folgende Werte : p=q=8 r= rp= r = 16.
Der Unterschied zwischen Fig. 9a und 9b besteht darin, dass im ersten Falle die Leitstücke --17-- radial verlaufen, während im zweiten Falle die Leitstücke --17a-- geschränkt zu den Leitstücken--17a'--und
EMI6.5
--17b'-- verlaufen,Fig. 8 erläuterten Funktionsweise die Drehrichtung des Polringes--14--im Falle der Fig. 9b umkehrt gegenüber Fig. 9a.
Die Fig. 10a bis 10d zeigen weitere Möglichkeiten der Ausbildung erfindungsgemässer Magnetgetriebe, wobei von jeder dargestellten Form wieder eine Reihe abgeleitet werden kann.
Fig. 10a zeigt ein Magnetgetriebe mit dreiphasigem Drehfeld. Während das Leitstück --17'-- vom
EMI6.6
Fig. 10b zeigt einen gleichartigen Grundaufbau, bei dem die Leitstücke --17' und 17'''-- mit den Leit @ken der Fig. 10a praktisch identisch sind, während das Leitstück--17"--zum langsam laufenden Polring hin die doppelte Polbreite aufweist. Die Leitstücke --17' und 17'''-- bewirken einen rein zweiphasigen Betrieb.
Das Leitstück --17''-- dient zur Vergrösserung der Durchflutung, weil der Nordpol --12'-- den pol
EMI6.7
solangeFig. 10c zeigt eine Ausbildung mit vier Leitstücken, von denen drei Leitstücke--17, 17', 17"-jeweils einem Pol des langsam laufenden Polringes gegenüberstehen, während das vierte Leitstück --17''''-- jeweils zwei gleichnamigen Polen des langsam laufenden Polringes gegenübersteht, wodurch die Luftspaltinduktion verringert wird, was zu kleinerer Streuung und höherem Ausnutzungsgrad führt.
Fig. 10d zeigt eine Anordnung für das übersetzungsverhältnis m = 2 : 3. Der vierpolige schnell laufende
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
Wechselfelder zur Drehmomentenerzeugung anbieten. Der Ungleichförmigkeitsgrad, der bei dieser Ausführungsform erheblich ist, kann bei Misch- und Emulgiergeräten vorteilhaft ausgenutzt werden. Ist hoher Gleichförmigkeitsgrad gewünscht, so lässt sich dieser durch Anordnung von Polen und Leitstücken auf Schraubenlinien, wie dies von Elektromotorenankern bekannt ist, erzielen.
Einen Kurzschlussläufer--90--mit einer Käfigwicklung --91--, wobei nur eine Symmetriehälfte zur Rotationsachse--92--dargestellt ist, zeigt Fig. 11. Der aussenliegende Polring besteht aus zwei konkaven Rotationskörpern--93 und 93'-- aus Permanentmagnetwerkstoff, die in einem Eisenrückschlussring--94-- gehalten sind. Der stationäre Weicheisenpol-95--ist nach innen konvergierend aufgebaut, damit die Induktion, die im Luftspalt --96-- durch die Magnetqualität begrenzt ist, im Luftspalt --97-- heraufgesetzt wird.
Ein Rührwerk, das durch ein untersetzendes magnetisches Getriebe angetrieben wird, veranschaulicht Bild 12. Auf der Motorwelle--101--des abgebrochen gezeigten Motors ist der innere schnell laufende Polring --102-- befestigt ; der Leitstückring wird aus geblechten Leitstücken --103-- gebildet und treibt mit seinem Drehfeld den langsam laufenden äusseren Polring --106-- mit dem Rührer-105--an, dessen Nabe auf einer Lagerkugel --107-- abgestützt ist. Als Unterstützung der Lagerkugel dient eine konische Hülse --108--, die mit der Trennmembran--109--hermetisch verbunden ist, die die Leitstücke--103-- ummantelt und den Motor gegen den Flüssigkeitsraum des Rührwerkes abdichtet.
Eine Bohrlochpumpe, bei der ein Motor der in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse --110-- untergebracht ist, den Polring --112-- eines magnetischen Getriebes mit dem Leitstückring --113- antreibt, zeigt Fig. 13. In einer konisch ausgebildeten Trennwand --114-- läuft der hochtourige Polring--115-, der konisch ausgebildet ist und auf Schraubenlinien verlaufende Kanäle --116-- aufweist, die eine geringe Flüssigkeitsmenge in den magnetischen Luftspalt befördern. Dadurch bildet sich eine hydrodynamische Schmierung aus, wodurch weitere Lager erübrigt werden.
Der Wasserzulauf erfolgt durch die Öffnungen--118--. Der mit umlaufende Kappe --119-- verhindert ein Eindringen von Sand in den durch die Trennwand gebildeten Raum. Da der Förderdruck der Pumpe sich mit dem Quadrat der Drehzahl ändert, ersetzt bei der erfindungsgemässen Ausführung ein Pumpenlaufrad--117- bei einer Übersetzung von 3 : 1 insgesamt neun konventionelle Laufräder, wodurch die Pumpe stark vereinfacht wird.
Fig. 14 zeigt ein erfindungsgemässes magnetisches Getriebe nach Fig. 5 zur Erhöhung der Drehzahl eines Pumpenrades --123--, wodurch sich die Pumpe sehr kompakt aufbauen lässt. Die Leitstücke-17-sind aus übereinander angeordneten Blechen aufgebaut ; der Polring--120--besteht aus radial magnetisierten Permanentmagneten, die durch den Rückschlussring--121--miteinander magnetisch leitend verbunden sind. Der Polring--122--ist in gleicher Weise, wie in Fig. 5 beschrieben, aufgebaut und treibt den Pumpenläufer
EMI7.2
Polring an.
Eine Strömungsmaschine wie Fig. 14, jedoch als Kompressor, insbesondere für Kältemittel, ausgebildet, ist in Fig. 5 gezeigt. Bei diesen Kompressoren ist die hermetische Abdichtung von sehr grosser Bedeutung, da durch Wellenabdichtungen stets Kältemittelverluste auftreten. Da die Drehzahl von Kompressoren wesentlich grösser ist als die von Pumpen, sieht die Erfindung für die Leitstücke--130--einen Aufbau aus extrem dünnen Blechen mit geringsten Ummagnetisierungsverlusten, wie sie bei Tonfrequenztransformatoren Verwendung findet, vor.
EMI7.3
durch Verdampfung aufgetragenes Metall in dünnster Schicht gasundurchlässig gemacht wird.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.