AT512841B1

AT512841B1 - Non-contact magnetic coupling

Info

Publication number: AT512841B1
Application number: ATA50495/2013A
Authority: AT
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2014-05-15
Also published as: WO2015018568A3; AT512841A1; WO2015018568A2

Abstract

Die Magnetelemente (10) von Innenwelle (9) und Außenwelle (6) einer berührungslosenMagnetkupplung sind zumindest zum Teil in axialer Richtung gegeneinander versetztangeordnet, womit sich eine geringfügige Verspannung der beiden Wellen gegenüber demzusätzlich zur Abdichtung auch zur Lagerung der beiden Wellen dienenden Spalttopf (1)ergibt.The magnetic elements (10) of the inner shaft (9) and outer shaft (6) of a non-contact magnetic coupling are at least partially offset in the axial direction against each other, whereby a slight distortion of the two waves against the in addition to the sealing also for supporting the two shafts serving split pot (1) results.

Description

österreichisches Patentamt AT 512 841 B1 2014-05-15Austrian Patent Office AT 512 841 B1 2014-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine berührungslose Magnetkupplung, mit einem zwei Bereiche voneinander räumlich trennenden Spalttopf, sowie einer im Spalttopf gelagerten Innenwelle und einer auf dem Spalttopf gelagerten Außenwelle, welche in einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen einander anziehende Magnetelemente tragen.Description: The invention relates to a non-contact magnetic coupling, with a split pot spatially separating two areas, as well as an inner shaft mounted in the containment shell and an outer shaft mounted on the containment shell which carry magnetically attracting magnetic elements in opposite circumferential areas.

[0002] Derartige, auch als dauermagnetische Synchronkupplung bezeichnete Einheiten übertragen Drehmoment von der Antriebseite (üblicherweise Außenwelle bzw. Außenrotor) berührungslos durch die Magnetkräfte auf die Abtriebseite (üblicherweise Innenwelle bzw. Innenrotor), wobei zumeist als Hauptfunktion die hermetische Trennung von An- und Abtriebseite ohne dynamisch belastete Dichtelemente im Vordergrund steht. Die Trennstelle, also zumeist die Verbindungsstelle des feststehenden Spalttopfes mit einer Trennwand zwischen den beiden Bereichen, kann rein statisch abgedichtet werden, z.B. mit einer Flachdichtung oder einem O-Ring, womit Undichtheiten an dieser Stelle praktisch vollständig auszuschließen sind, ohne dass für viele Anwendungen störende, übermäßige Reibungsverluste durch Dichtpackungen und dergleichen auftreten können.Such, also referred to as permanent magnetic synchronizer coupling units transmit torque from the drive side (usually outer shaft or outer rotor) without contact by the magnetic forces on the output side (usually inner shaft or inner rotor), usually the main function of the hermetic separation of input and output side without dynamically loaded sealing elements is in the foreground. The separation point, so usually the junction of the fixed gap pot with a partition wall between the two areas, can be purely static sealed, e.g. with a flat gasket or an O-ring, which leaks at this point are virtually completely eliminated, without that for many applications annoying, excessive friction losses can occur through gaskets and the like.

[0003] Abgesehen von einfacheren Ausführungen derartiger Kupplungen, bei denen die Innenwelle und die Außenwelle an irgendwelchen antriebs- bzw. abtriebseitig vorgesehenen Aggregaten gelagert und ansonsten gegenüber dem trennenden Spalttopf freigestellt sind, sind auch höherwertige Ausführungen bekannt bei denen Innen- und/oder Außenwelle einseitig (siehe beispielsweise EP 1801 420 A2) oder auch zweiseitig (siehe beispielsweise WO2011/137688 A1) auf dem Spalttopf, bzw. einem damit fest verbundenen Bauteil, gelagert und damit gegeneinander zentriert sind, was die Funktionsweise der Magnetkupplung zufolge geringerer möglicher Radialtoleranzen sehr verbessert.Apart from simpler versions of such couplings in which the inner shaft and the outer shaft are mounted on any drive or driven side provided aggregates and otherwise exempted from the separating containment shell, also higher-quality versions are known in which inner and / or outer shaft on one side (see, for example, EP 1801 420 A2) or on two sides (see, for example, WO2011 / 137688 A1) on the can, or a component firmly connected thereto, mounted and thus centered against each other, which greatly improves the operation of the magnetic coupling lower possible radial tolerances.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetkupplung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die gegenseitige Ausrichtung von Innenwelle und Außenwelle relativ zum Spalttopf unter weiterer Verringerung von Spaltmaßen und Spiel weiter verbessert werden kann.The object of the present invention is to improve a magnetic coupling of the type mentioned so that the mutual alignment of the inner shaft and outer shaft relative to the containment shell with further reduction of gaps and game can be further improved.

[0005] Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil der Magnetelemente von Innenwelle und Außenwelle in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine axiale Kraft zwischen Innen- und Außenwelle ausgeübt, welche diese beiden Elemente gegenüber ihrer Lagerung am Spalttopf leicht axial verspannt und in Position hält, womit sich die Funktion der Magnetkupplung weiter verbessert und notwendige Spielmaße relativ zum Spalttopf verkleinert werden können. Zusätzlich wird dadurch das Lagespiel reduziert.This object is achieved according to the present invention in that at least part of the magnetic elements of the inner shaft and outer shaft are arranged offset from one another in the axial direction. In this way, an axial force between the inner and outer shaft is exerted, which easily axially braces these two elements against their storage on the split pot and holds in position, whereby the function of the magnetic coupling further improved and necessary game dimensions can be reduced relative to the containment shell. In addition, this reduces the situation play.

[0006] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der axiale Versatz im Bereich von 5 - 15 % der axialen Länge der Magnetelemente beträgt, was einen vorteilhaften Kompromiss zwischen axialer Verspannung und Drehmomentübertragung sicherstellt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the axial offset is in the range of 5 - 15% of the axial length of the magnetic elements, which ensures an advantageous compromise between axial tension and torque transmission.

[0007] Bei jeweils über ein Festlager und ein Loslager am Spalttopf gelagerter Innen- und Außenwelle ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass die Magnetelemente jeweils in Richtung Loslager versetzt sind. Dadurch erfolgt die axiale Verspannung in Richtung Festlager, womit jeweils die beiden Lagerringe der Festlager zueinander zentriert und somit das Lagerspiel minimiert wird.In each case via a fixed bearing and a floating bearing on the containment shell mounted inner and outer shaft is provided in a variant of the invention that the magnetic elements are offset in each case in the direction of floating bearings. As a result, the axial tension in the direction of the fixed bearing, which in each case the two bearing rings of the bearing centered to each other and thus the bearing clearance is minimized.

[0008] Abgesehen von einer gegeneinander versetzten Anordnung aller Magnetelement-Paare um ein bestimmtes kleines Ausmaß könnte auch die Versetzung nur an einzelnen Magnetelement-Paaren um ein größeres Ausmaß vorgesehen werden - auch unterschiedlich große Versatzdimensionen an einzelnen Magnetelement-Paaren sind möglich bzw. aus konstruktiver Hinsicht manchmal vorteilhaft.Apart from a staggered arrangement of all magnetic element pairs to a certain small extent and the displacement could be provided only to individual magnetic element pairs to a greater extent - even different sized offset dimensions of individual magnetic element pairs are possible or more constructive Sometimes advantageous.

[0009] In einer Variante der Erfindung sind die Magnetelemente der Außenwelle weiter von einem Befestigungsbereich des Spalttopfes entfernt angeordnet als die Magnetelemente der Innenwelle. Die resultierende axiale Kraft hält die Außenwelle auf dem Spalttopf, wodurch für 1 /5 österreichisches Patentamt AT 512 841 B1 2014-05-15 eine solche Fixierung ansonsten notwendige Bauteile eingespart werden können.In a variant of the invention, the magnetic elements of the outer shaft are further away from a mounting region of the split pot arranged as the magnetic elements of the inner shaft. The resulting axial force keeps the outer shaft on the containment shell, whereby for such a fixation otherwise necessary components can be saved for 1/5 Austrian Patent Office AT 512 841 B1 2014-05-15.

[0010] Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the embodiment shown in the drawing.

[0011] Der in Fig. 1 ersichtliche Schnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetkupplung ist zumindest zum Teil nur schematisch dargestellt. Der die beiden Bereiche I und II voneinander räumlich trennende Spalttopf 1 ist hier in eine nur schematisch dargestellte Behälterwand 2 eingesetzt und auf nicht weiter dargestellte Weise befestigt und abgedichtet (beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Flachdichtung oder einem in der Nut 3 eingelegten O-Ring oder dergleichen). Die Befestigung erfolgt dabei über einen Befestigungsbereich 11 des Spalttopfes 1, wobei der Befestigungsbereich 11 im dargestellten Beispiel als Montageteller ausgeführt ist, über den z.B. eine Verschraubung mit der Behälterwand 2 erfolgen kann.The apparent in Fig. 1 section through a magnetic coupling according to the invention is shown at least in part only schematically. The two areas I and II spatially separated from each other split pot 1 is here inserted into a container wall 2 shown only schematically and secured in a manner not shown and sealed (for example by means of a flat gasket, not shown, or inserted in the groove 3 O-ring or the like ). The fastening takes place via a fastening region 11 of the split pot 1, the fastening region 11 being designed in the example shown as a mounting plate, via which e.g. a screw can be done with the container wall 2.

[0012] Damit ist der Innenraum des Spalttopfes 1 mit dem Bereich I in Verbindung und hermetisch gegenüber dem Bereich II abgedichtet, ohne dass es einer dynamischen Dichtung zwischen rotierenden Bauteilen bedürfte.Thus, the interior of the can 1 with the region I in combination and hermetically sealed against the area II, without requiring a dynamic seal between rotating components.

[0013] Eine auf dem Spalttopf 1 an einem Festlager 4 und einem Loslager 5 gelagerte Außenwelle 6 fungiert beispielsweise als Antriebswelle, während eine im Spalttopf 1 an einem Festlager 7 und einem Loslager 8 gelagerte Innenwelle 9 beispielsweise als Abtriebswelle dient. Natürlich können die Wellen 6, 9 auch umgekehrt verwendet werden. Die Drehachsen von Außen- 6 und Innenwelle 9 fallen im Wesentlichen mit der Längsmittelachse 12 des Spalttopfes 1 zusammen.A mounted on the split pot 1 at a fixed bearing 4 and a floating bearing 5 outer shaft 6 acts, for example, as a drive shaft, while a split pot 1 on a fixed bearing 7 and a floating bearing 8 mounted inner shaft 9, for example, serves as an output shaft. Of course, the shafts 6, 9 can also be used vice versa. The axes of rotation of outer 6 and inner shaft 9 coincide substantially with the longitudinal central axis 12 of the split pot 1.

[0014] Weitere Elemente sind aus Gründen der Übersichtlichkeit weder antriebseitig noch abtriebseitig dargestellt. Innenwelle 9 und Außenwelle 6 tragen in einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen einander anziehende einzelne Magnetelemente 10, von denen beispielsweise jeweils acht über den Umfang verteilte und in Längsrichtung erstreckte Einzelelemente mit abwechselnder Polarität vorgesehen sein können. „Abwechselnde Polarität" bedeutet hier, dass z.B. auf der Innenwelle 9 benachbart zu einem Nord-Süd-orientierten Magnetelement 10 jeweils Magnetelemente 10 mit Süd-Nord-Orientierung angeordnet sind, bzw. umgekehrt. Im Ruhezustand stehen sich die jeweiligen Nord- und Südpole der Magnetelemente 10 gegenüber und das Magnetfeld ist vollkommen symmetrisch. Erst durch Verdrehung einer der Wellen werden die Magnetfeldlinien ausgelenkt, womit Drehmoment durch den Luftspalt bzw. den Spalttopf 1 hindurch übertragen werden kann. Der Spalttopf 1 kann metallisch, beispielsweise aus Edelstahl oder einer sonstigen geeigneten Legierung sein, was eine verbesserte Stabilität der Lagerung ermöglicht, aber innerhalb des rotierenden Magnetfeldes grundsätzlich Wirbelstromverluste, die in Wärme umgewandelt werden, verursacht. Aus diesem Grunde sind auch Spalttöpfe aus Kunststoff, Keramik, Glas oder dergleichen bekannt.Further elements are shown for reasons of clarity, neither the drive side nor the output side. Inner shaft 9 and outer shaft 6 carry in mutually opposite circumferential regions each other attracting individual magnetic elements 10, of which, for example, eight each distributed over the circumference and extending in the longitudinal direction of individual elements may be provided with alternating polarity. "Alternating polarity" here means that e.g. on the inner shaft 9 adjacent to a north-south-oriented magnetic element 10 each magnetic elements 10 are arranged with south-north orientation, or vice versa. At rest, the respective north and south poles of the magnetic elements 10 are opposite and the magnetic field is completely symmetrical. Only by rotating one of the waves, the magnetic field lines are deflected, whereby torque can be transmitted through the air gap or the split pot 1 therethrough. The containment shell 1 may be metallic, for example made of stainless steel or another suitable alloy, which allows for improved stability of the bearing, but in principle causes eddy current losses that are converted into heat within the rotating magnetic field. For this reason, splitters made of plastic, ceramic, glass or the like are known.

[0015] Zumindest ein Teil der Magnetelemente 10 von Innenwelle 9 und Außenwelle 6 sind in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet, wobei dieser Versatz V im Bereich von 5 bis 15 % der axialen Länge der Magnetelemente 10 liegt.At least part of the magnetic elements 10 of inner shaft 9 and outer shaft 6 are offset from each other in the axial direction, said offset V is in the range of 5 to 15% of the axial length of the magnetic elements 10.

[0016] Die dadurch entstehende axiale Kraft, die entlang der Längsmittelachse 12 des Spalttopfes 1 wirkt, ermöglicht eine axiale Verspannung von Außen- 6 und Innenwelle 9 gegenüber ihrer Lagerung am Spalttopf 1.The resulting axial force acting along the longitudinal center axis 12 of the can 1, allows axial tension of the outer 6 and inner shaft 9 with respect to their storage on the split pot. 1

[0017] Bei der dargestellten Ausführung mit jeweils einem Festlager und einem Loslager für die Lagerung von Innen- und Außenwelle (9 bzw. 6) sind die Magnetelemente 10 an jeder der Wellen jeweils in Richtung Loslager relativ zu den gegenüberliegenden Magnetelementen versetzt. Das bedeutet, dass die Magnetelemente 10 von Innen- 9 und Außenwelle 6 aus einer Position, in der sie genau gegenüberliegend positioniert sind, derart versetzt sind, dass die Magnetelemente 10 der Innenwelle 9 zumindest teilweise in Richtung des Loslagers 8 der Innenwelle 9 verschoben sind oder die Magnetelemente 10 der Außenwelle 6 zumindest teilweise in Richtung des Loslagers 5 der Außenwelle 6 verschoben sind. Dadurch tritt eine leichte Verspannung von Innen- und Außenwelle in den Festlagern am Spalttopf 1 ein, was das Lagerspiel verringert und die Funktion verbessert. 2/5 österreichisches Patentamt AT 512 841 B1 2014-05-15 [0018] Die Magnetelemente 10 der Innenwelle 9 sind näher am Befestigungsbereich 11 des Spalttopfes 1 positioniert als die Magnetelemente 10 der Außenwelle 6. Die Magnetelemente 10 der Innenwelle 9 befinden sich also um den Versatz V näher am Befestigungsbereich 11 als die Magnetelemente 10 der Außenwelle 6. Durch diese Anordnung der Magnetelemente 10 wird durch die resultierende axiale Kraft entlang der Längsmittelachse 12 des Spalttopfes 1 die Außenwelle 6 auf dem Spalttopf 1 gehalten und es sind dafür keine weiteren Bauteile nötig.In the illustrated embodiment, each with a fixed bearing and a floating bearing for the storage of inner and outer shaft (9 and 6), the magnetic elements 10 are offset on each of the shafts respectively in the direction of floating bearing relative to the opposite magnetic elements. This means that the magnetic elements 10 of inner 9 and outer shaft 6 are offset from a position in which they are positioned exactly opposite, such that the magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are at least partially displaced in the direction of the floating bearing 8 of the inner shaft 9 or the magnetic elements 10 of the outer shaft 6 are at least partially displaced in the direction of the floating bearing 5 of the outer shaft 6. This causes a slight tension of the inner and outer shaft in the fixed bearings on the split pot 1, which reduces the bearing clearance and improves the function. The magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are positioned closer to the fastening region 11 of the split pot 1 than the magnetic elements 10 of the outer shaft 6. The magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are therefore at right angles By this arrangement, the magnetic elements 10 is held by the resulting axial force along the longitudinal central axis 12 of the split pot 1, the outer shaft 6 on the split pot 1 and there are no further components needed ,

[0019] Ein weiterer Vorteil im Handling (Montage und Demontage) besteht darin, dass die beiden Wellen von selbst in ihrer Position halten, trotz teilweisem Verzicht auf Sicherungen. Wären die Magnete genau gegenüber angeordnet, könnten die Wellen leicht hin und her rutschen (oder aber man sichert sie eben mit Sicherungsringen). 3/5Another advantage in handling (assembly and disassembly) is that the two waves hold by themselves in position, despite partial waiver of fuses. If the magnets were placed exactly opposite, the waves could easily slide back and forth (or you can just secure them with retaining rings). 3.5

Claims

Austrian Patent Office AT 512 841 B1 2014-05-15 Claims 1. Non-contact magnetic coupling, with a split pot (1) spatially separating two regions (I, II), and an inner shaft (9) mounted in the containment shell (1) and one on the Slit pot (1) mounted outer shaft (6), which in mutually opposite circumferential regions each other attracting magnetic elements (10), characterized in that at least a part of the magnetic elements (10) of inner shaft (9) and outer shaft (6) offset in the axial direction against each other are arranged.

2. Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that the axial offset (V) in the range of 5 -15% of the axial length of the magnetic elements (10).

3. Magnetic coupling according to claim 1 or 2, each having a fixed bearing (7, 4) and a movable bearing (8, 5) on the containment shell (1) mounted inner and outer shaft (9, 6), characterized in that the magnetic elements (10 ) are each offset in the direction of floating bearing (8, 5).

4. Magnetic coupling according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic elements (10) of the outer shaft (6) further away from a fastening region (11) of the gap pot (1) are arranged as the magnetic elements (10) of the inner shaft (9 ). 1 sheet of drawings 4/5