AT523100B1

AT523100B1 - magnetic brake

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Publication number: AT523100B1
Application number: ATA50928/2019A
Authority: AT
Inventors: Puchhammer Gregor; Mitterhofer Hubert; Radman Karlo
Original assignee: Linz Center Of Mechatronics Gmbh; Puchhammer Gregor
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2022-05-15
Also published as: AT523100A1

Abstract

Es wird eine Magnetbremse (1) mit einem magnetischen Leiter, in dessen einen Stator (2) und ein Rotor (3) aufweisenden, magnetischen Kreis wenigstens ein Permanentmagnet (4) angeordnet ist vorgeschlagen, der in dem magnetischen Kreis einen magnetischen Fluss erzeugt, wobei im magnetischen Kreis wenigstens eine Spule (7) vorgesehen ist, welche in den magnetischen Kreis einen dem vom wenigstens einen Permanentmagneten (4) erzeugten magnetischen Fluss entgegengesetzten oder unterstützenden magnetischen Fluss erzeugt. Um vorteilhafte Bremsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass ein Permanentmagnet (4) je wenigstens zwei Magnete (4a, 4b) mit unterschiedliche hoher Koerzitivfeldstärke umfasst, die in dem magnetischen Kreis einen gleich- oder entgegengesetzt gerichteten magnetischen Fluss erzeugen.A magnetic brake (1) with a magnetic conductor is proposed, in whose magnetic circuit having a stator (2) and a rotor (3) at least one permanent magnet (4) is arranged, which generates a magnetic flux in the magnetic circuit, wherein at least one coil (7) is provided in the magnetic circuit, which generates in the magnetic circuit a magnetic flux that counteracts or supports the magnetic flux generated by the at least one permanent magnet (4). In order to create advantageous braking conditions, it is proposed that a permanent magnet (4) comprises at least two magnets (4a, 4b) each with different high coercive field strengths, which generate a magnetic flux directed in the same or opposite directions in the magnetic circuit.

Description

description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetbremse mit einem magnetischen Leiter, in dessen, einen Stator und einen Rotor aufweisenden, magnetischen Kreis wenigstens ein Permanentmagnet angeordnet ist, der in dem magnetischen Kreis einen magnetischen Fluss erzeugt, wobei ein Luftspalt zwischen Rotor) und Stator derart ausgebildet ist, dass sich über wenigstens einen Umfangsabschnitt, ein Maximum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor und Stator einstellt, an welchen Umfangsabschnitt wenigstens ein weiterer Umfangsabschnitt folgt, an dem sich ein Minimum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor und Stator einstellt und dass der Permanentmagnet das Feststellmoment zwischen Rotor und Stator bewirkt, wobei im magnetischen Kreis wenigstens eine Spule vorgesehen ist, welche in dem magnetischen Kreis einen dem vom wenigstens einen Permanentmagneten erzeugten magnetischen Fluss entgegengesetzten oder unterstützenden magnetischen Fluss erzeugt. The invention relates to a magnetic brake with a magnetic conductor in whose magnetic circuit, which has a stator and a rotor, at least one permanent magnet is arranged, which generates a magnetic flux in the magnetic circuit, with an air gap between the rotor) and Stator is designed in such a way that a maximum of the permanent-magnet-excited magnetic flux density between rotor and stator occurs over at least one circumferential section, which circumferential section is followed by at least one further circumferential section, at which a minimum of the permanent-magnet-excited magnetic flux density occurs between rotor and stator and that the Permanent magnet causes the locking torque between the rotor and stator, wherein at least one coil is provided in the magnetic circuit, which in the magnetic circuit has a magnetic flux generated by at least one permanent magnet opposite or supporting magnetic flux s generated.

[0002] Magnetbremsen sind verschleißfreie Bremsen, die Magnetfelder und oft auch Wirbelströme zur Bremsung von Rotoren nutzen. Dazu ist ein magnetischer Leiter aus ferromagnetischem Material vorgesehen, der im vorliegenden Fall einen Stator und einen Rotor umfasst. In dem magnetischen Kreis, der zudem einen Luftspalt zwischen Rotor und Stator umfasst ist zudem wenigstens ein Permanentmagnet angeordnet, der in dem magnetischen Kreis einen magnetischen Fluss erzeugt. Magnetbremsen der eingangs geschilderten Art offenbaren die DE 102017129723 A1 und die DE 102013202459 A1. Weitere gattungsgemäße Vorrichtungen offenbaren die EP 2395635 A1 und die DE 102008053166 A1. Magnetic brakes are wear-free brakes that use magnetic fields and often eddy currents to brake rotors. For this purpose, a magnetic conductor made of ferromagnetic material is provided, which in the present case comprises a stator and a rotor. In the magnetic circuit, which also includes an air gap between the rotor and the stator, at least one permanent magnet is also arranged, which generates a magnetic flux in the magnetic circuit. Magnetic brakes of the type described above are disclosed in DE 102017129723 A1 and DE 102013202459 A1. Other generic devices are disclosed in EP 2395635 A1 and DE 102008053166 A1.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, starke, leistungslos und verschleißfrei arbeitende Magnetbremse der eingangs geschilderten Art anzugeben, die praktisch leistungslos als Feststellbremse einsetzbar ist. The invention is therefore based on the object of specifying a compact, strong, powerless and wear-free magnetic brake of the type described above, which can be used as a parking brake with practically no power.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass ein Permanentmagnet je wenigstens zwei Magnete mit unterschiedlich hoher Koerzitivfeldstärke umfasst, die in dem magnetischen Kreis einen gleich- oder entgegengesetzt gerichteten magnetischen Fluss erzeugen. The invention solves the problem in that a permanent magnet comprises at least two magnets with different levels of coercivity, which generate a magnetic circuit in the same or opposite directions.

[0005] Wesentlich ist, dass der magnetische Kreis mit einem Permanentmagnet erzeugt wird, wodurch es möglich ist die Magnetbremse als Feststellbremse einzusetzen, ohne eine zusätzliche Energie aufbringen zu müssen. It is essential that the magnetic circuit is generated with a permanent magnet, which makes it possible to use the magnetic brake as a parking brake without having to apply additional energy.

[0006] Ein Permanentmagnet umfasst je wenigstens zwei Magnete mit unterschiedlich hoher Koerzitivfeldstärke, die in dem magnetischen Kreis einen gleich- oder entgegengesetzt gerichteten magnetischen Fluss erzeugen. Ein Magnet weist insbesondere eine geringere Koerzitivfeldstärke auf und besteht beispielsweise aus AINiCo, und der andere Magnet weist eine höhere Koerzitivfeldstärke auf und besteht insbesondere aus NdFeB oder SmCo. Der Magnet mit geringerer Koerzitivfeldstärke und der Magnet mit höherer Koerzitivfeldstärke erzeugen dabei vorzugsweise einen zumindest annähernd gleichen magnetischen Fluss in dem magnetischen Kreis. AINiCo Magnete weisen eine Koerzitivfeldstärke von rund 50 kA/m auf und NdFeB oder SmCo Magnete eine Koerzitivfeldstärke von rund 1000 kA/m und mehr. Dies bedeutet, dass Magnete mit geringer Koerzitivfeldstärke verhältnismäßig einfach mit einer zugeordneten Spule ummagnetisiert oder entmagnetisiert werden können. Es besteht somit die Möglichkeit bei insbesondere parallel geschalteten Magneten höherer und niedriger Koerzitivfeldstärke die magnetischen Flüsse so zu schalten, dass diese sich entweder addieren oder aufheben. A permanent magnet comprises at least two magnets with different levels of coercivity, which produce a magnetic circuit in the same or opposite directions. In particular, one magnet has a lower coercive field strength and consists, for example, of AlNiCo, and the other magnet has a higher coercive field strength and consists in particular of NdFeB or SmCo. The magnet with a lower coercive field strength and the magnet with a higher coercive field strength preferably produce at least approximately the same magnetic flux in the magnetic circuit. AINiCo magnets have a coercive field strength of around 50 kA/m and NdFeB or SmCo magnets have a coercive field strength of around 1000 kA/m and more. This means that magnets with low coercivity can be remagnetized or demagnetized relatively easily with an associated coil. There is thus the possibility, in particular in the case of magnets which are connected in parallel, of higher and lower coercive field strengths, to switch the magnetic fluxes in such a way that they either add up or cancel each other out.

[0007] Der magnetische Fluss läuft zwischen Rotor und Stator über den Luftspalt. Rotor und Stator bestehen aus ferromagnetischem Material, insbesondere einem weichmagnetischen Material, das keine ausgeprägten magnetischen Hysterese-Erscheinungen hat. The magnetic flux runs between the rotor and stator across the air gap. The rotor and stator are made of ferromagnetic material, in particular a soft magnetic material that does not have any pronounced magnetic hysteresis phenomena.

[0008] Der Luftspalt zwischen Rotor und Stator ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich über mehrere Umfangsabschnitte, ein Maximum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor und Stator einstellt, zwischen welchen Umfangsabschnitte je ein Umfangsabschnitt vorgesehen ist, an dem sich ein Minimum der permanentmagneterregten magne-The air gap between the rotor and the stator is preferably designed in such a way that a maximum of the permanent-magnet-excited magnetic flux density between the rotor and the stator is established over a number of circumferential sections, between which circumferential sections a circumferential section is provided on which a minimum of the permanent-magnet-excited magnetic

tischen Flussdichte zwischen Rotor und Stator einstellt. Damit kann der Rotor bezüglich des Stators in kleineren Winkelabständen festgelegt werden, ist also eine feinere Justierung der Rotorposition relativ zum Stator möglich. matic flux density between rotor and stator. In this way, the rotor can be fixed at smaller angular distances relative to the stator, ie finer adjustment of the rotor position relative to the stator is possible.

[0009] Um dies konstruktiv einfach und vorteilhaft zu erreichen, können im Luftspalt zwischen Rotor und Stator gegeneinander vorragende Zähne vorgesehen sein, deren Zahnköpfe Umfangsabschnitte darstellen, an denen sich je ein Maximum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor und Stator einstellt und deren Zahnfüße Umfangsabschnitte darstellen, an denen sich je ein Minimum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor und Stator einstellt. Physikalisch bedingt ziehen sich Rotor und Stator im Bereich deckungsgleich übereinanderliegender Zahnköpfe von Rotor und Stator am stärksten an, wodurch sich auch die Brems- insbesondere die Feststellwirkung ergibt. Durch den über die Zähne laufenden magnetischen Fluss ergibt sich ein Rastmoment zwischen Rotor und Stator. In order to achieve this in a structurally simple and advantageous manner, teeth protruding against one another can be provided in the air gap between the rotor and stator, the tooth tips of which represent peripheral sections at which a maximum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between the rotor and stator occurs and the tooth roots of which represent peripheral sections , at which a minimum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between rotor and stator occurs. For physical reasons, the rotor and stator attract each other most strongly in the area of the congruent tooth tips of the rotor and stator, which also results in the braking and, in particular, the locking effect. The magnetic flux running over the teeth results in a cogging torque between the rotor and stator.

[0010] Für manche Anwendungen kann es von Vorteil sein, wenn Rotor und Stator anstelle einer gleichen Zähnezahl eine unterschiedliche Zähnezahl, insbesondere eine sich um einen Zahn unterscheidende Zähnezahl aufweist. Die Anzahl von Zahnlücken und Zähnen auf Seiten von Rotor und Stator müssen nicht gleich sein, können gleichmäßig aufgeteilt sein. Zudem können Rotor und Stator nach Art, gegebenenfalls schrägverzahnter, Stirnräder ausgebildet sein. For some applications, it can be advantageous if the rotor and stator, instead of having the same number of teeth, have a different number of teeth, in particular a number of teeth that differs by one tooth. The number of tooth gaps and teeth on the rotor and stator sides do not have to be the same, can be evenly divided. In addition, the rotor and stator can be designed in the manner of spur gears, optionally with helical teeth.

[0011] Vorzugsweise weist der Permanentmagnet eine rotorachsparallele Magnetisierung auf, womit sich eine konstruktiv einfache Bremse realisieren lässt. Der Permanentmagnet kann ein Ringmagnet sein oder auch ein bis viele kleine, auf einem Referenzdurchmesser im magnetischen Kreis angeordnete Einzelmagnete umfassen, die eine axiale Ausrichtung ihrer Magnetfelder aufweisen. The permanent magnet preferably has a magnetization parallel to the rotor axis, with which a structurally simple brake can be implemented. The permanent magnet can be a ring magnet or also comprise one to many small individual magnets arranged on a reference diameter in the magnetic circuit, which have an axial alignment of their magnetic fields.

[0012] Im magnetischen Kreis ist wenigstens eine Spule vorgesehen, welche in dem magnetischen Kreis eine dem vom wenigstens einem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Fluss entgegengesetzten oder unterstützenden magnetischen Fluss erzeugt. Damit ist es möglich die Bremse einerseits zu lösen bzw. die Bremskraft für einen aktiven Bremsvorgang zu erhöhen. Dazu empfiehlt es sich, wenn der Permanentmagnet in wenigstens eine Spule eingebettet ist, die einen rotorachsparallelen magnetischen Fluss erzeugt. Damit kann ein durch die Spule(n) flieBender Strom in seiner Stärke so eingestellt werden, dass das Magnetfeld des Permanentmagneten derart kompensiert wird, dass kein magnetischer Fluss über den Luftspalt und die Zähne läuft. Es kann eine innere und eine äußere Spule vorgesehen sein, womit der Permanentmagnet zwischen der inneren und einer äußeren Spule eingebettet ist. Zudem kann die Spule, aus einem oder zum Zwecke der Redundanz aus zwei Drähten gewickelt sein. Der Permanentmagnet kann eine geringere axiale Ausdehnung aufweisen, als die Spule(n). In the magnetic circuit, at least one coil is provided, which generates a magnetic flux generated by at least one permanent magnet opposite or supporting magnetic flux in the magnetic circuit. This makes it possible on the one hand to release the brake or to increase the braking force for an active braking process. For this purpose, it is advisable if the permanent magnet is embedded in at least one coil that generates a magnetic flux parallel to the rotor axis. In this way, the strength of a current flowing through the coil(s) can be adjusted in such a way that the magnetic field of the permanent magnet is compensated in such a way that no magnetic flux runs across the air gap and the teeth. An inner and an outer coil can be provided, whereby the permanent magnet is embedded between the inner and an outer coil. In addition, the coil can be wound from one wire or, for the purpose of redundancy, from two wires. The permanent magnet can have a smaller axial extent than the coil(s).

[0013] Streufelder können verringert werden, wenn die wenigstens eine Spule stirnseitig von einem Ferromagnetischen Material überdeckt ist. Stray fields can be reduced if the at least one coil is covered at the end by a ferromagnetic material.

[0014] In einer alternativen Ausgestaltungsvariante der Erfindung können auch über den Umfang des Stators verteilt mehrere Permanentmagnete voneinander beabstandet zwischen magnetischen Leitern angeordnet sein, wobei die Permanentmagnete in Statorumfangsrichtung magnetisiert sind und wobei in Statorumfangsrichtung benachbarte Permanentmagnete je eine entgegengesetzte Magnetisierung aufweisen. In an alternative embodiment of the invention, several permanent magnets can also be spaced apart between magnetic conductors distributed over the circumference of the stator, the permanent magnets being magnetized in the circumferential direction of the stator and adjacent permanent magnets in the circumferential direction of the stator each having opposite magnetization.

[0015] Zudem können der Rotor und/oder der Stator je zwei mit einer in den Luftspalt vorragende Verzahnung aufweisende gezahnte Räder umfassen, die gegenüber Rotor und/oder Stator rotorachsparallel verschiebbar geführt sind. Eine axiale Verschieblichkeit von Rotor- und/oder Statorkomponenten bzw. der gezahnten Räder ermöglicht, dass die gegenüberliegenden, den Magnetfluss führenden Flächen in ihrer Größe geändert werden können, womit das Rastmoment eingestellt werden kann. In addition, the rotor and/or the stator can each comprise two toothed wheels with a toothing protruding into the air gap, which are guided so as to be displaceable parallel to the rotor axis in relation to the rotor and/or the stator. An axial displaceability of rotor and/or stator components or the toothed wheels allows the opposite surfaces carrying the magnetic flux to be changed in their size, with which the cogging torque can be adjusted.

[0016] Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Magnetbremse als Feststellbremse vorgeschlagen, wobei das Feststellmoment zwischen Rotor und Stator leistungslos von wenigstens einem Permanentmagnet aufgebracht wird, der in dem magnetischen Kreis einen magnetischen Fluss erzeugt, wodurch zwischen Rotor und Stator ein Rastmoment Furthermore, a method for operating a magnetic brake according to the invention as a parking brake is proposed, the parking torque between the rotor and stator being applied without power by at least one permanent magnet, which generates a magnetic flux in the magnetic circuit, causing a cogging torque between the rotor and stator

erzeugt wird und dass zum Lösen der Bremse ein Elektromagnet, wenigstens eine im magnetischen Kreis angeordnete Spule, mit Strom derart versorgt wird, dass der magnetisch erzeugte Fluss den permanentmagneterzeugten magnetischen Fluss aufhebt oder dass der Permanentmagnet entmagnetisiert wird. Somit kann mit einer entsprechenden Bestromung der Spule die Bremswirkung der Feststellbremse ausgeschalten werden. is generated and that for releasing the brake an electromagnet, at least one coil arranged in the magnetic circuit, is supplied with current in such a way that the magnetically generated flux cancels the magnetic flux generated by the permanent magnet or that the permanent magnet is demagnetized. The braking effect of the parking brake can thus be switched off with a corresponding energization of the coil.

[0017] Beim Ausschalten der Bremse kann ein kurzzeitiger kleiner resultierender Gegenfluss durch einen zusätzlichen Stromimpuls in den Spulen bewirkt werden, der den magnetischen Hysterese-Effekt auf null kompensiert, wonach der Stromimpuls wieder auf den nominellen Stromfluss reduziert wird. When the brake is switched off, a brief, small resultant counterflow can be caused by an additional current pulse in the coils, which compensates for the magnetic hysteresis effect to zero, after which the current pulse is reduced again to the nominal current flow.

[0018] Ein Permanentmagnet kann dabei insbesondere je wenigstens zwei, insbesondere parallel zueinander angeordnete, Magnete mit unterschiedlich hoher Koerzitivfeldstärke umfassen, die in dem magnetischen Kreis einen gleich- oder entgegengesetzt gerichteten magnetischen Fluss erzeugen, wobei die wenigstens eine im magnetischen Kreis angeordnete Spule zum Lösen der Magnetbremse derart mit Strom versorgt wird, dass die Richtung des magnetischen Flusses des Magneten mit geringerer Koerzitivfeldstärke entgegen der Richtung des magnetischen Flusses des Magneten mit höherer Koerzitivfeldstärke ausgerichtet wird, womit die permanentmagneterzeugten magnetischen Flüsse einander entgegenwirken, sodass der Summenfluss im Luftspalt verringert wird und dass die Spule zum Feststellen der Magnetbremse derart mit Strom versorgt wird, dass die Richtung des magnetischen Flusses des Magneten mit geringerer Koerzitivfeldstärke gleich der Richtung des magnetischen Flusses des Magneten mit höherer Koerzitivfeldstärke ausgerichtet wird, womit sich die permanentmagneterzeugten magnetischen Flüsse addieren, sodass der Summenfluss im Luftspalt erhöht wird. A permanent magnet can in particular comprise at least two magnets, in particular arranged parallel to one another, with different coercive field strengths, which generate a magnetic flux directed in the same or opposite directions in the magnetic circuit, the at least one coil arranged in the magnetic circuit for releasing the magnetic brake is supplied with power in such a way that the direction of the magnetic flux of the magnet with a lower coercive force is aligned opposite to the direction of the magnetic flux of the magnet with a higher coercive force, whereby the magnetic fluxes generated by the permanent magnet counteract each other, so that the total flux in the air gap is reduced and that the coil for applying the magnetic brake is energized such that the direction of magnetic flux of the magnet with lower coercivity is equal to the direction of magnetic flux of the magnet with higher coercivity field strength is aligned, with which the permanent magnet-generated magnetic fluxes add up, so that the total flux in the air gap is increased.

[0019] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0020] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Magnetbremse in Seitenansicht, [0021] Fig. 2 und 2a die Magnetbremse aus Fig. 1 im Schnitt nach der Linie I1l-Il, In the drawing, the subject of the invention is shown for example. 1 shows a magnetic brake according to the invention in a side view, FIGS. 2 and 2a show the magnetic brake from FIG. 1 in section along line II-II,

[0022] Fig. 3 die Magnetbremse aus Fig. 2 im Bremsbetrieb, [0022] FIG. 3 shows the magnetic brake from FIG. 2 in braking operation,

[0023] Fig. 4 die Magnetbremse aus Fig. 2 bei gelöster Bremse, [0023] FIG. 4 shows the magnetic brake from FIG. 2 with the brake released,

[0024] Fig. 5 die Magnetbremse aus Fig. 2 mit angedeuteten magnetischen Feldlinien [0025] Fig. 6 eine Konstruktionsvariante der Magnetbremse im Querschnitt, 5 shows the magnetic brake from FIG. 2 with indicated magnetic field lines; FIG. 6 shows a design variant of the magnetic brake in cross section;

[0026] Fig. 7 die Magnetbremse aus Fig. 6 im Schnitt nach der Linie VII-VII, [0026] FIG. 7 shows the magnetic brake from FIG. 6 in section along the line VII-VII,

[0027] Fig. 8 eine Konstruktionsvariante der Magnetbremse in Seitenansicht, 8 shows a design variant of the magnetic brake in a side view,

[0028] Fig. 9 bis 12 eine Konstruktionsvariante der Magnetbremse in einem Axialschnitt in verschiedenen Betriebsstellungen und Fig. 9 to 12 a design variant of the magnetic brake in an axial section in different operating positions and

[0029] Fig. 13 und 14 weitere Konstruktionsvariante der Magnetbremse in einem Axialschnitt. 13 and 14 further design variants of the magnetic brake in an axial section.

[0030] Die erfindungsgemäße Magnetbremse 1 weist einen magnetischen Leiter, insbesondere aus ferromagnetischem Material, auf, in dessen, einen Stator 2 und einen Rotor 3 aufweisenden, magnetischen Kreis wenigstens ein Permanentmagnet 4 angeordnet ist, der in dem magnetischen Kreis einen magnetischen Fluss erzeugt. The magnetic brake 1 according to the invention has a magnetic conductor, in particular made of ferromagnetic material, in whose magnetic circuit having a stator 2 and a rotor 3 at least one permanent magnet 4 is arranged, which generates a magnetic flux in the magnetic circuit.

[0031] Zur Schaffung einer leistungslos und verschleißfrei bremsenden Feststellbremse ist zwischen Rotor 3 und Stator 2 ein Luftspalt 5 derart ausgebildet, dass sich über wenigstens einen Umfangsabschnitt Max, ein Maximum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor 3 und Stator 2 einstellt, an welchen Umfangsabschnitt Max wenigstens ein weiterer Umfangsabschnitt Min anschließt, an dem sich ein Minimum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor 3 und Stator 2 einstellt und dass das Feststellmoment zwischen Rotor 3 und Stator 2 vom Permanentmagnet 4 leistungslos aufgebracht wird. Der Stator 2 ist insbesondere in einem nicht näher dargestellten Gehäuse angeordnet oder Teil dieses Gehäuses und der Rotor 3 beispielsweise in diesem Gehäuse gelagert. Der Rotor 3 kann, wie im Ausführungsbeispiel, innerhalb des Stators 2 umlaufen oder aber auch außerhalb bzw. zwischen To create a powerless and wear-free parking brake, an air gap 5 is formed between the rotor 3 and the stator 2 in such a way that a maximum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between the rotor 3 and the stator 2 occurs over at least one peripheral section Max, at which peripheral section Max at least one further peripheral section Min follows, at which a minimum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between the rotor 3 and the stator 2 is set and that the locking torque between the rotor 3 and the stator 2 is applied by the permanent magnet 4 without power. The stator 2 is arranged in particular in a housing, not shown in detail, or is part of this housing and the rotor 3 is mounted, for example, in this housing. As in the exemplary embodiment, the rotor 3 can revolve within the stator 2 or also outside or between

zwei Statoren. two stators.

[0032] Der Luftspalt 5 zwischen Rotor 3 und Stator 2 ist im Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass sich über mehrere Umfangsabschnitte Max, ein Maximum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor 3 und Stator 2 einstellt, zwischen welchen Umfangsabschnitte Max je ein Umfangsabschnitt Min vorgesehen ist, an dem sich ein Minimum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor 3 und Stator 2 einstellt. Dazu sind im Luftspalt 5 zwischen Rotor 3 und Stator 2 gegeneinander vorragende Zähne 6 vorgesehen. Diese Zähne 6 greifen aber nicht ineinander, sondern können bei einer Verdrehung des Rotors 3 im Stator 4 aneinander vorbeigleiten, wenn die Bremse gelöst ist oder das maximale Bremsmoment überschritten wird. Die zugeordneten Zahnköpfe an Rotor 3 und Stator 2 stellen Umfangsabschnitte Max dar, zwischen denen sich je ein Maximum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor 3 und Stator 2 einstellt und deren Zahnfüße stellen Umfangsabschnitte Min dar, zwischen denen sich je ein Minimum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte zwischen Rotor und Stator einstellt. In Feststellage liegen die Zahnköpfe von Rotor 3 und Stator 2 einander gegenüber und es stellt sich zwischen diesen gegenüberliegenden Zahnköpfen das Maximum der permanentmagneterregten magnetischen Flussdichte ein. In the exemplary embodiment, the air gap 5 between the rotor 3 and the stator 2 is designed in such a way that a maximum of the permanent-magnet-excited magnetic flux density between the rotor 3 and the stator 2 is established over several circumferential sections Max, between which circumferential sections Max a circumferential section Min is provided. at which a minimum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between the rotor 3 and the stator 2 is established. For this purpose, teeth 6 projecting against one another are provided in the air gap 5 between the rotor 3 and the stator 2 . However, these teeth 6 do not mesh, but can slide past one another when the rotor 3 rotates in the stator 4 when the brake is released or the maximum braking torque is exceeded. The assigned tooth tips on rotor 3 and stator 2 represent circumferential sections Max, between which a maximum of the permanent magnet excited magnetic flux density between rotor 3 and stator 2 is set, and their tooth roots represent circumferential sections Min, between which there is a minimum of the permanent magnet excited magnetic flux density between Rotor and stator adjusted. In the locking position, the tips of the teeth of the rotor 3 and stator 2 are opposite one another and the maximum of the magnetic flux density excited by the permanent magnet is established between these opposite tooth tips.

[0033] Rotor 3 und Stator 2 können gegebenenfalls nach Art, gegebenenfalls schrägverzahnter, Stirnräder, gegebenenfalls pfeilverzahnter Stirnräder ausgebildet sein. Rotor 3 and stator 2 can optionally be designed according to the type, optionally helical, spur gears, optionally herringbone spur gears.

[0034] Zudem ist im magnetischen Kreis wenigstens eine Spule 7 vorgesehen, welche in dem magnetischen Kreis eine dem vom wenigstens einen Permanentmagneten erzeugten magnetischen Fluss entgegengesetzten oder unterstützenden magnetischen Fluss erzeugt. Der Permanentmagnet 4 weist eine zur Rotorachse 8 parallele Magnetisierung auf. Zudem ist der Permanentmagnet 4 in die wenigstens eine Spule 7 derart eingebettet, dass diese einen rotorachsparallelen magnetischen Fluss erzeugt. Die wenigstens eine Spule 7 ist stirnseitig von einer Wange 9 aus ferromagnetischen Material überdeckt. In addition, at least one coil 7 is provided in the magnetic circuit, which generates a magnetic flux generated by at least one permanent magnet opposite or supporting magnetic flux in the magnetic circuit. The permanent magnet 4 has a magnetization parallel to the rotor axis 8 . In addition, the permanent magnet 4 is embedded in the at least one coil 7 in such a way that it generates a magnetic flux parallel to the rotor axis. The at least one coil 7 is covered at the end by a cheek 9 made of ferromagnetic material.

[0035] Der Rotor 3 oder der Stator 2 umfassen je zwei mit einer in den Luftspalt 5 vorragende Verzahnung aufweisende gezahnte Räder 10, 11, 12, 13. Die gezahnten Räder 12, 13 können die gegenüber Rotor 3 und/oder Stator 2 rotorachsparallel 14 auf einer Welle 15 in einer entsprechenden Führung, beispielsweise einer Keilverzahnung, verschiebbar geführt sein. The rotor 3 or the stator 2 each comprise two toothed wheels 10, 11, 12, 13 with teeth protruding into the air gap 5. The toothed wheels 12, 13 can be positioned opposite the rotor 3 and/or the stator 2 parallel to the rotor axis 14 be slidably guided on a shaft 15 in a corresponding guide, for example a spline.

[0036] In den vorigen Ausführungsbeispielen verläuft der magnetische Fluss bezogen auf die Rotorachse 8 radial durch den Luftspalt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 verläuft der magnetische Fluss bezogen auf die Rotorachse 8 hingegen axial durch den Luftspalt. Dazu sind auf dem Rotor zwei Ringscheiben 16 drehfest gehalten, die an ihren einander abgewandten Scheibenflanken Zähne 6 tragen. Die entsprechenden Gegenzähne sind an den einander zugewandten rotornahen Statorflanken angeordnet. Die Ringscheiben 16 können zur Einstellung der Bremskraft mit einem geeigneten Antrieb in axialer Richtung verstellbar sein. In the previous embodiments, the magnetic flux relative to the rotor axis 8 runs radially through the air gap. In the exemplary embodiment according to FIGS. 6 and 7, on the other hand, the magnetic flux runs axially through the air gap in relation to the rotor axis 8 . For this purpose, two ring disks 16 are held in a rotationally fixed manner on the rotor, which carry teeth 6 on their disk flanks facing away from one another. The corresponding mating teeth are arranged on the mutually facing stator flanks close to the rotor. The ring disks 16 can be adjustable in the axial direction with a suitable drive in order to adjust the braking force.

[0037] Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 sind über den Umfang des Stators 2 verteilt mehrere Permanentmagnete 4 voneinander beabstandet zwischen magnetischen Leitern, insbesondere Trafoblechen od. dgl., angeordnet, wobei die Permanentmagnete 4 in Statorumfangsrichtung magnetisiert sind und wobei benachbarte Permanentmagnete 4 je eine entgegengesetzte Magnetisierung aufweisen. In the exemplary embodiment according to FIG. 8, a plurality of permanent magnets 4 are distributed over the circumference of the stator 2, spaced apart from one another, between magnetic conductors, in particular transformer laminations or the like have opposite magnetization.

[0038] Gemäß den im folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen kann ein Permanentmagnet 4 je wenigstens zwei Magnete 4a, 4b mit unterschiedlich hoher Koerzitivfeldstärke umfasst, die in dem magnetischen Kreis einen gleich- oder entgegengesetzt gerichteten magnetischen Fluss erzeugen. In Fig. 9 erzeugen die zwei Magnete 4a, 4b in dem magnetischen Kreis einen gleichgerichteten magnetischen Fluss, womit die Bremse aktiviert ist. In Fig. 10 ist dargestellt, dass eine oder alternativ, wie angedeutet, zwei Spulen 7 entsprechend bestromt werden, dass der Magnet 4a ummagnetisiert wird. Nach erfolgter Ummagnetisierung und Stromlosschaltung der Spule (Fig. 11) erzeugen die zwei Magnete 4a, 4b in dem magnetischen Kreis einen entgegengesetzt gerichteten magnetischen Fluss und ist die Bremse gelöst, da die Flüsse der beiden According to the exemplary embodiments illustrated below, a permanent magnet 4 can each comprise at least two magnets 4a, 4b with different coercive field strengths, which generate a magnetic flux directed in the same or opposite directions in the magnetic circuit. In Fig. 9 the two magnets 4a, 4b generate a rectified magnetic flux in the magnetic circuit, whereby the brake is activated. FIG. 10 shows that one or, alternatively, as indicated, two coils 7 are supplied with current so that the magnet 4a is remagnetized. After remagnetization and de-energization of the coil (Fig. 11), the two magnets 4a, 4b generate an oppositely directed magnetic flux in the magnetic circuit and the brake is released, since the fluxes of the two

Magnete in Folge eines Kurzschlusses einander entgegenwirken. Durch entsprechendes Bestromen der Spulen 7 kann die Bremse wieder aktiviert werden (Fig. 12). Magnets counteract each other as a result of a short circuit. By energizing the coils 7 accordingly, the brake can be activated again (FIG. 12).

[0039] Ein Magnet 4a weist dabei eine geringere Koerzitivfeldstärke auf als der andere, parallel dazu angeordnete Magnet 4b, der eine höhere Koerzitivfeldstärke aufweist. Beide Magnete 4a, 4b erzeugen in dem magnetischen Kreis einen zumindest annähernd gleichen magnetischen Fluss. A magnet 4a has a lower coercive field strength than the other magnet 4b arranged parallel thereto, which has a higher coercive field strength. Both magnets 4a, 4b produce at least approximately the same magnetic flux in the magnetic circuit.

[0040] Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit feststehender Achse und rotierendem Außenringrotor. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 weist einen Rotor 3 nach Art einer Bremsscheibe auf, wobei der Stator 2 eine Art Bremssattel bildet. Fig. 13 shows an embodiment with a fixed axis and rotating outer ring rotor. The exemplary embodiment according to FIG. 14 has a rotor 3 in the manner of a brake disc, with the stator 2 forming a type of brake caliper.

Claims

patent claims

1. Magnetic brake (1) with a magnetic conductor, in whose magnetic circuit having a stator (2) and a rotor (3) at least one permanent magnet (4) is arranged, which generates a magnetic flux in the magnetic circuit, wherein a air gap (5) between the rotor (3) and the stator (2) is designed in such a way that a maximum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between the rotor (3) and the stator (2) occurs over at least one peripheral section (Max), at which peripheral section ( Max) at least one further circumferential section (Min) follows, at which a minimum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between rotor (3) and stator (2) occurs and that the permanent magnet (4) increases the locking torque between rotor (3) and stator (2) effected, at least one coil (7) being provided in the magnetic circuit, which in the magnetic circuit counteracts a magnetic flux generated by the at least one permanent magnet (4). en or supporting magnetic flux generated, characterized in that a permanent magnet (4) comprises at least two magnets (4a, 4b) with different levels of coercive field strength, which generate a magnetic flux directed in the same or opposite directions in the magnetic circuit.

2. Magnetic brake according to Claim 1, characterized in that the air gap (5) between the rotor (3) and the stator (2) is designed in such a way that a maximum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between the rotor (3) and stator (2), between which peripheral sections (Max) a respective peripheral section (Min) is provided, at which a minimum of the permanent magnet-excited magnetic flux density between rotor (3) and stator (2) is established.

3. Magnetic brake according to claim 1 or 2, characterized in that in the air gap (5) between the rotor (3) and stator (2) against each other projecting teeth (6) are provided, the tooth heads represent peripheral sections (Max), between which one Maximum of the permanent magnet excited magnetic flux density between the rotor (3) and stator (2) and whose tooth roots represent circumferential sections (Min) between which a minimum of the permanent magnet excited magnetic flux density between the rotor (3) and stator (2) is set.

4. Magnetic brake according to claim 3, characterized in that the rotor (3) and stator (2) are designed in the manner of spur gears, optionally with helical teeth.

5. Magnetic brake according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnet (4) has a rotor axis parallel magnetization.

6. Magnetic brake according to claim 5, characterized in that the permanent magnet (4) is embedded in at least one coil (7) which generates a magnetic flux parallel to the rotor axis.

7. Magnetic brake according to claim 5, characterized in that the at least one coil (4) is covered on the front side by a ferromagnetic material.

8. Magnetic brake according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a plurality of permanent magnets (4) distributed over the circumference of the stator (2) are arranged at a distance from one another between magnetic conductors, the permanent magnets (4) being magnetized in the circumferential direction of the stator and adjacent ones Permanent magnets (4) each have an opposite polarization.

9. Magnetic brake according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor (3) and/or the stator (2) each have two toothed wheels (10, 11, 12, 13), which are guided so as to be displaceable parallel to the rotor axis in relation to the rotor (3) and/or stator (2).

10. Magnetic brake according to one of claims 1 to 9, characterized in that one magnet (4a) has a lower coercivity and consists for example of AlNiCo and that the other magnet (4b) has a higher coercivity and in particular consists of NdFeB or SmCo.

11. Magnetic brake according to claim 10, characterized in that the magnet (4a) with a lower coercive field strength and the magnet (4b) with a higher coercive field strength produce an at least approximately equal magnetic flux in the magnetic circuit.

12. Method for operating a magnetic brake (1) according to one of Claims 1 to 11 as a parking brake, the parking torque between the rotor (3) and stator (2) being applied without power by at least one permanent magnet (4) which in the magnetic circuit has a magnetic flux is generated, whereby a cogging torque is generated between the rotor (3) and stator (2) and that, in order to release the magnetic brake, an electromagnet, namely at least one coil (7) arranged in the magnetic circuit, is supplied with current in such a way that either the the flux generated by the electromagnet cancels out the magnetic flux generated by the permanent magnet or that the permanent magnet (4) is demagnetized, characterized in that a permanent magnet (4) each comprises at least two magnets (4a, 4b) with different coercive field strengths, which in the magnetic circuit have an equal - Or generate magnetic flux in opposite directions and that the at least one angeo in the magnetic circuit The coil (7) arranged in order to release the magnetic brake is supplied with current in such a way that the direction of the magnetic flux of the magnet with a lower coercive field strength is aligned opposite to the direction of the magnetic flux of the magnet with a higher coercive field strength, whereby the magnetic fluxes generated by the permanent magnet counteract each other, so that the cumulative flux in the air gap (5) is reduced and that the coil (7) for locking the magnetic brake is supplied with current in such a way that the direction of the magnetic flux of the magnet with the lower coercive field strength is aligned in the same way as the direction of the magnetic flux of the magnet with the higher coercive field strength, whereby the magnetic fluxes generated by the permanent magnet add up, so that the total flux in the air gap (5) is increased.

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