DE102014206284A1

DE102014206284A1 - Magnetische Kupplung, Kupplungsanordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE102014206284A1
Application number: DE102014206284.5A
Authority: DE
Inventors: Georg Bachmaier; Christian Bachmann; Matthias Gerlich; Andreas Gödecke; Iason Vittorias
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-10-08
Also published as: RU2016142788A3; CN106464119B; RU2666771C2; EP3100342A1; CN106464119A; CA2944544C; CA2944544A1; US20170207692A1; RU2016142788A; WO2015150411A1

Abstract

Es wird eine magnetische Kupplung mit einem um eine Rotationsachse drehbaren, ersten Kupplungsteil, einem um die Rotationsachse drehbaren, zweiten Kupplungsteil, und zumindest einer Spule bereitgestellt, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse durch das erste und zweite Kupplungsteil für eine berührungslose Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil zu erzeugen. Eine magnetische Kupplung mit einem magnetischen Feld entlang der Rotationsachse weist den Vorteil auf, dass Kräfte, welche in radialer Richtung auf die Kupplungsteile wirken, verringert werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Kupplung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Kupplungsanordnung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer magnetischen Kupplung.
Mit Hilfe von magnetischen Kupplungen kann ein Drehmoment von einer Welle berührungslos auf eine andere Welle übertragen werden. Es existieren zahlreiche Lösungen für magnetische Kupplungen. Diese basieren häufig auf durch Permanentmagnete erzeugten Magnetfeldern. Die einfachste Ausführungsform einer magnetischen Kupplung besteht aus zwei ineinander angeordneten, rotierenden Magneten. Hierdurch ergibt sich eine berührungslose, aber nicht trennbare Kupplung. Ersetzt man eine Seite der Kupplung durch eine Drehfeldwicklung, kann die Kupplung auch schaltbar ausgeführt werden.
DE 10 2012 206 345 A1 offenbart eine magnetische Kupplung zum Kuppeln einer ersten Welle mit einer zweiten Welle, welche ein radial zur Rotationsachse verlaufendes magnetisches Feld verwendet, um ein Drehmoment von der ersten Welle auf die zweite Welle zu übertragen.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte magnetische Kupplung, eine verbesserte Kupplungsanordnung sowie ein verbessertes Verfahren bereitzustellen.
Demgemäß wird eine magnetische Kupplung mit einem um eine Rotationsachse drehbaren, ersten Kupplungsteil, einem um die Rotationsachse drehbaren, zweiten Kupplungsteil und zumindest einer Spule bereitgestellt. Die Spule ist dazu eingerichtet, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse durch das erste und zweite Kupplungsteil für eine berührungslose Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil zu erzeugen.
Das Drehmoment wird also von dem ersten Kupplungsteil auf das zweite Kupplungsteil und/oder in umgekehrter Richtung übertragen. Das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil können beispielsweise als Teil einer Welle ausgebildet sein. Auch können das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil mit einer Welle verbunden sein. Ferner kann das erste und zweite Kupplungsteil magnetisierbar sein. Insbesondere können das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil bevorzugt aus einem Material gefertigt sein, welches eine magnetische Permeabilität von > 1, bevorzugt > 80 aufweist.
Unter „axial“ ist vorliegend eine Richtung entlang der Rotationsachse, unter „radial“ eine Richtung senkrecht zur Rotationsachse zu verstehen.
Unter einer berührungslosen Übertragung wird insbesondere eine kontaktlose Übertragung verstanden. Das heißt, das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil haben keinen Kontakt zueinander. Insbesondere können das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil mittels eines axialen Luftspalts voneinander getrennt sein. Die berührungslose Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil kann auch durch ein Material, insbesondere durch ein nicht-magnetisierbares Material, hindurch übertragen werden.
Eine berührungslose Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil hat den Vorteil, dass mechanische Reibungsverluste verringert werden können. Dadurch kann das Drehmoment effizienter übertragen werden. Ferner kann ein mechanischer Abrieb an den drehmomentübertragenden Kupplungsteilen vermieden oder reduziert werden. Dies führt zu einem geringeren Verschleiß der drehmomentübertragenden Kupplungsteile. Dadurch kann eine Kupplung bereitgestellt werden, deren drehmomentübertragende Kupplungsteile weniger wartungsintensiv sind.
Die zumindest eine Spule bzw. eine jeweilige, vorliegend genannte Spule kann N Wicklungen eines elektrischen Leiters aufweisen, der dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Stroms zu führen. Die zumindest eine Spule bzw. eine jeweilige, vorliegend genannte Spule kann insbesondere dazu eingerichtet sein, ein axiales und/oder radiales magnetisches Feld zu erzeugen.
Beispielsweise kann die zumindest eine Spule ein magnetisches Feld erzeugen, dessen Feldlinien entlang der Rotationsache von dem ersten Kupplungsteil zu dem zweiten Kupplungsteil und umgekehrt verlaufen. Ein solches magnetisches Feld kann beispielsweise mittels einer Zylinderspule erzeugt werden, deren Längsachse parallel zu der Rotationsachse ist. Alternativ kann die Spule auch durch ein Spulenpaar, wie beispielsweise ein Spulenpaar in Helmholtz-Konfiguration, gebildet werden.
Die Stärke des von der Spule erzeugten magnetischen Feldes ist proportional zu dem elektrischen Strom, welcher durch die Spule fließt. Insbesondere kann die Stärke des von der Spule erzeugten magnetischen Feldes mittels des elektrischen Stroms gesteuert werden.
Magnetische Kupplungen weisen insbesondere eine negative Steifigkeit entlang der Magnetfeldachse auf. Unter dem Begriff „negative Steifigkeit“ wird insbesondere verstanden, dass eine Kraft, welche zwei Körper zum Beispiel attraktiv miteinander koppelt, umso stärker wird je näher sich die beiden Körper kommen. Eine negative Steifigkeit erlaubt daher keinen stabilen Zustand. Dies liegt insbesondere daran, dass zum Beispiel eine Kraft, welche die beiden Körper näher zusammenbringt, umso stärker wird, je näher die beiden Körper sind. Daher ist es vorteilhaft, eine negative Steifigkeit zu kompensieren, z.B. über ein Lager.
Eine magnetische Kupplung mit einem magnetischen Feld entlang der Rotationsachse, d.h. einem axialen magnetischen Feld, kann insbesondere den Vorteil haben, dass eine negative Steifigkeit der magnetischen Kupplung lediglich entlang der Rotationsachse auftritt. Das heißt, eine Kraft, welche aufgrund der negativen Steifigkeit der magnetischen Kupplung auf die Kupplungsteile wirkt, tritt lediglich entlang einer Achse, der Rotationsachse auf. Das heißt, Kräfte, welche in den radialen Richtungen auf die Kupplungsteile wirken, können verringert werden. Insbesondere können die Kräfte verringert werden, welche von radialen Lagern aufzunehmen sind.
Ein weiterer Vorteil einer magnetischen Kupplung mit einem von einer Spule erzeugten magnetischen Feld ist, dass durch einfaches Abschalten des Stromflusses durch die Spule eine Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil unterbrochen werden kann. Des Weiteren kann das übertragene Drehmoment der Kupplung über den Stromfluss geregelt werden bzw. das übertragene Drehmoment als Funktion eines Betrags des Stroms realisiert werden. Somit können über eine geeignete Steuerung beliebige Drehmomentwerte bis hin zu einem maximalen Drehmoment eingestellt werden, für das die Kupplung ausgelegt ist.
Bevorzugt wird die magnetische Kupplung bei einem mechanischen Energiespeicher eingesetzt oder bildet einen Teil eines solchen aus. Ein solcher mechanischer Energiespeicher kann beispielsweise in einem Notstromaggregat Verwendung finden. Der Energiespeicher kann dabei im Fall eines Ausfalls des Stromversorgungsnetzes einen Generator mit mechanischer Energie versorgen, die dieser in elektrische Energie wandelt, um so einen Notstrom bereitzustellen. Der Energiespeicher kann dazu eingerichtet sein, die Energie nur über einen kurzen Zeitraum bereitzustellen, bis ein Dieselnotstromaggregat angesprungen ist. Beispielsweise kann der mechanische Energiespeicher 100 kW für bis zu 15 Sekunden bereitstellen.
Auch eine Anwendung der magnetischen Kupplung in Hybridfahrzeugen, beispielsweise Hybridbussen oder Hybridkraftfahrzeugen ist denkbar.
Gemäß einer Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ferner eine erste Zusatzspule auf, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse zu erzeugen, wobei die erste Zusatzspule entlang der Rotationsachse von der zumindest einen Spule beabstandet angeordnet ist.
Mittels einer geeigneten Steuerung der ersten Zusatzspule und der zumindest einen Spule kann insbesondere ein magnetisches Lager in axialer Richtung bereitgestellt werden. Dies kann insbesondere den Vorteil haben, dass auf ein zusätzliches Lager in axialer Richtung, insbesondere ein zusätzliches Magnetlager, verzichtet werden kann.
Ferner können magnetische Streufelder, beispielsweise in radialer Richtung, in der magnetischen Kupplung auftreten, welche beispielsweise verursachen, dass eine magnetische Flussdichte in axialer Richtung abgeschwächt wird. Dies kann zur Folge haben, dass sich die beiden Kupplungsteile aufeinander zu oder voneinander wegbewegen. Die erste Zusatzspule kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine magnetische Flussdichte des magnetischen Feldes derart zu ändern, dass unerwünschten Streufeldern entgegengewirkt wird. Beispielsweise kann das von der ersten Zusatzspule erzeugte magnetische Feld verhindern, dass sich das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil aufeinander zu bewegen oder voneinander weg bewegen.
Ferner kann die erste Zusatzspule eine kleinere Induktivität als die zumindest eine Spule aufweisen. Allgemein gesprochen ist eine Zeitkonstante eines Stromanstiegs in einer Spule proportional zu deren Induktivität. Da eine Stärke eines von der Spule erzeugten magnetischen Feldes proportional zu dem durch die Spule fließenden Strom ist, kann ein magnetisches Feld einer Spule mit einer kleineren Induktivität schneller geändert werden. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere auf eine Änderung eines Abstands zwischen den beiden Kupplungsteilen schneller reagiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ferner eine zweite Zusatzspule auf, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse zu erzeugen, wobei die zweite Zusatzspule auf der der ersten Zusatzspule gegenüberliegenden Seite der Spule und entlang der Rotationsachse von der Spule beabstandet angeordnet ist.
Insbesondere kann die zweite Zusatzspule baugleich zu der ersten Zusatzspule sein. Ferner kann die zweite Zusatzspule ebenfalls eine kleinere Induktivität wie die Spule aufweisen. Bevorzugt kann die zweite Zusatzspule die gleiche Induktivität wie die erste Zusatzspule haben. Die zweite Zusatzspule kann ferner den Vorteil haben, dass auftretende Streufelder noch besser ausgeglichen werden können. Beispielsweise können unerwünschte Einflüsse durch Streufelder auf das erste Kupplungsteil und auf das zweite Kupplungsteil ausschließlich mittels der ersten und zweiten Zusatzspule ausgeglichen werden. Dadurch kann eine Erregung der zumindest einen Spule, d.h. ein elektrischer Stromfluss durch die Spule, konstant gehalten werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn das von der Spule erzeugte magnetische Feld nur verhältnismäßig langsam geändert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ferner zumindest drei radiale Zusatzspulen auf, welche dazu eingerichtet sind, ein magnetisches Feld radial zu der Rotationsachse zu erzeugen, wobei die zumindest drei radialen Zusatzspulen umfangsmäßig bezüglich der Rotationsachse verteilt um das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil angeordnet sind.
Insbesondere können die zumindest drei radialen Zusatzspulen äquidistant voneinander bezüglich der Rotationsachse verteilt angeordnet sein. Mittels der zumindest drei radialen Zusatzspulen können insbesondere Kräfte ausgeglichen werden, welche radial zu der Rotationsachse auf das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil einwirken.
Eine magnetische Kupplung, welche sowohl zumindest eine Zusatzspule aufweist, welche ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse erzeugt, als auch radiale Zusatzspulen aufweist, kann einen Hybrid aus einer magnetischen Kupplung zum berührungslosen Übertragen eines Drehmoments und einem aktiven magnetischen Lager realisieren. Durch eine geeignete Steuerung der Spulen, die das magnetische Feld entlang der Rotationsachse erzeugen, kann sowohl eine Lagerung eines der beiden Kupplungsteile in axialer Richtung als auch eine Übertragung eines Drehmoments zwischen den beiden Kupplungsteilen erreicht werden. Durch eine geeignete Steuerung der radialen Zusatzspulen kann eine Lagerung eines der beiden Kupplungsteile in den radialen Richtungen erreicht werden. Eine derartige magnetische Kupplung kann auf besonders vorteilhafte Weise sowohl ein Drehmoment berührungslos übertragen, als auch eine radiale und axiale Lagerung zumindest eines der beiden Kupplungsteile übernehmen. Dadurch kann insbesondere auf ein zusätzliches Lager bzw. auf zusätzliche Lager verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ein Joch auf, welches dazu eingerichtet ist, ein von der zumindest einen Spule erzeugtes magnetisches Feld zu führen.
Insbesondere kann das Joch aus einem Material gefertigt sein, welches eine magnetische Permeabilität von > 1, insbesondere > 80 aufweist. Dadurch können Streufelder weiter verringert werden.
Das Joch kann insbesondere den Vorteil haben, dass es die Feldlinien des magnetischen Feldes in seinem Inneren bündelt und dadurch einen magnetischen Fluss Φ verstärkt. Da eine magnetische Kraft F_m proportional zu Φ²/S ist, wobei S die effektive Querschnittsfläche das magnetische Feld ist, kann durch eine Änderung des magnetischen Flusses Φ auch die daraus resultierende Kraft geändert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Joch zumindest abschnittsweise U-förmig ausgebildet.
Insbesondere können die Schenkel des zumindest abschnittsweise U-förmigen Jochs senkrecht zur Rotationsachse verlaufen. Da eine magnetische Kraft, welche zwischen zumindest einem der beiden Kupplungsteile und dem Joch wirkt, umso größer ist, je geringer der Abstand zwischen dem Joch und dem Kupplungsteil ist, kann es vorteilhaft sein, einen größeren Abstand zwischen dem Joch und dem ersten Kupplungsteil und/oder dem zweiten Kupplungsteil in radialer Richtung vorzusehen als in axialer Richtung. Dadurch kann insbesondere der Einfluss von radialen Streufeldern weiter verringert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Joch ferner zumindest einen Vorsprung auf, der dazu eingerichtet ist, ein von einer der zumindest drei radialen Zusatzspulen erzeugtes magnetisches Feld radial bezüglich der Rotationsachse zu führen.
Der Vorsprung kann bevorzugt aus einem Material gefertigt sein, welches eine magnetische Permeabilität von größer eins aufweist. Insbesondere kann der Vorsprung aus dem gleichen Material wie das Joch gefertigt sein. Ferner können der Vorsprung und das Joch einstückig ausgebildet sein. Ferner kann der zumindest eine Vorsprung derart ausgebildet sein, dass zumindest eine der zumindest drei Zusatzspulen um den Vorsprung herumgebildet ist. Beispielsweise kann der Vorsprung als ein Spulenkern ausgebildet sein.
Bevorzugt weist das Joch für jede der zumindest drei radialen Zusatzspulen einen Vorsprung auf, wobei jeder der Vorsprünge dazu eingerichtet ist, ein von jeweils einer der zumindest drei radialen Zusatzspulen erzeugtes magnetisches Feld radial bezüglich der Rotationsachse zu führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ferner eine Steuereinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Stromfluss durch die zumindest eine Spule zu steuern.
Im Allgemeinen ist ein von einer Spule erzeugtes magnetisches Feld proportional zu einem elektrischen Stromfluss, der durch die Spule fließt. Insbesondere ist dann auch der von einer Spule erzeugte magnetischen Fluss Φ proportional zu dem elektrischen Strom, der durch die Spule fließt. Ferner ist eine magnetische Kraft F_m proportional zu Φ²/S, wobei S die effektive Querschnittsfläche das magnetische Feld ist. Durch eine Steuerung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule kann insbesondere der magnetische Fluss sowie das erzeugte magnetische Feld gesteuert werden. Auch kann über eine Steuerung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule, die aus dem erzeugten magnetischen Feld resultierende Kraft gesteuert werden. Insbesondere kann daher mittels der Steuerung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule die berührungslose Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil gesteuert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, eine Richtung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule umzukehren.
Dadurch kann eine Position des ersten und/oder zweiten Kupplungsteils in entgegengesetzten Richtungen gesteuert werden.
Es kann weiter vorteilhaft sein, wenn die magnetischen Kupplung in einem Sättigungszustand ist, das heißt, eine Erhöhung eines angelegten äußeren magnetischen Felds verursacht keine weitere Erhöhung einer Magnetisierung eines in dem magnetischen Feld befindlichen Materials, einen Stromfluss durch die zumindest eine Spule umzukehren, um der Sättigung entgegen zu wirken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den elektrischen Stromfluss durch die zumindest eine Spule derart zu steuern, dass ein Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil entlang der Rotationsachse einstellbar ist.
Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, den Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil entlang der Rotationsachse zu steuern. Beispielsweise kann ein Sensor vorgesehen sein, der einen Wert des Abstands zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil entlang der Rotationsachse ermittelt und das Ergebnis der Steuereinrichtung bereitstellt. Die Steuereinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, einen Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil entlang der Rotationsachse basierend auf dem ermittelten Wert zu steuern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den Stromfluss durch die zumindest eine Spule derart zu steuern, dass das zweite Kupplungsteil in dem von der zumindest einen Spule erzeugten magnetischen Feld levitiert.
Beispielsweise können Sensoren vorgesehen sein, welche eine Position des zweiten Kupplungsteils in drei Dimensionen ermitteln, zum Beispiel eine axiale Position und zwei radiale Positionen bezüglich der Rotationsachse, und die Ergebnisse der Steuereinrichtung bereitstellen. Die Steuereinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, basierend auf den ermittelten Werten einen Stromfluss durch die zumindest eine Spule zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung, um das zweite Kupplungsteil zu levitieren, einen Stromfluss durch zwei Spulen, die jeweils ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse erzeugen, und einen Stromfluss durch drei Spulen steuern, die jeweils ein radiales magnetisches Feld erzeugen. Dadurch kann beispielsweise ein Hybrid aus einer magnetischen Kupplung und einem aktiven magnetischen Lager realisiert werden. Dies kann ferner den Vorteil haben, dass auf zusätzliche Lager, welche das zweite Kupplungsteil lagern, verzichtet werden kann. Ferner kann eine Steuerung einer solchen magnetischen Hybridkupplung vorteilhafterweise sowohl eine Drehmomentübertragung als auch eine Position eines Kupplungsteils steuern. Dadurch kann beispielsweise eine Komponentenanzahl reduziert werden. Ferner kann es beispielsweise ebenfalls möglich sein, eine Dämpfung zu realisieren und/oder Eigenfrequenzen zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste Kupplungsteil zumindest einen ersten axialen Vorsprung und das zweite Kupplungsteil zumindest einen zweiten axialen Vorsprung auf. Der zumindest eine erste axiale Vorsprung und der zumindest eine zweite axiale Vorsprung sind jeweils aus einem magnetisierbaren Material gebildet und derart ausgebildet, dass eine magnetische Reluktanz zwischen dem zumindest einen ersten axialen Vorsprung und dem zumindest einen zweiten axialen Vorsprung minimal ist, wenn der zumindest eine erste axiale Vorsprung und der zumindest eine zweite axiale Vorsprung axial zueinander ausgerichtet sind.
Der erste axiale Vorsprung und/oder der zweite axiale Vorsprung können insbesondere als ein Kreissektor oder als Kreissegment ausgebildet sein. Dabei wird unter dem Begriff „Kreissektor“ eine Teilfläche einer Kreisfläche verstanden, die von einem Kreisbogen und zwei Kreisradien begrenzt wird. Unter dem Begriff „Kreissegment“ wird eine Teilfläche einer Kreisfläche verstanden, die von einem Kreisbogen und einer Kreissehne begrenzt wird.
Ferner können das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil jeweils mehrere axiale Vorsprünge aufweisen, die zusammen ein Profil mit einer periodischen Struktur bilden. Beispielsweise kann das Profil einen Ring aus voneinander beabstandeten Kreissektoren aufweisen. Das Profil kann alternativ oder zusätzlich zu dem Ring auch einen weiteren Ring aufweisen, der voneinander beabstandete Kreissegmente aufweist. Der zumindest eine erste Vorsprung ist bevorzugt spiegelbildlich zu dem zumindest einen zweiten Vorsprung angeordnet.
Durchdringt nun das von der zumindest einen Spule erzeugte axiale magnetische Feld die beiden Kupplungsteile der magnetischen Kupplung, kann eine Magnetisierung in dem zumindest einen ersten Vorsprung und in dem zumindest einen zweiten Vorsprung aufgebaut werden. Die Magnetisierungen der jeweiligen Vorsprünge können dann derart miteinander in eine Wechselwirkung treten, dass eine magnetische Reluktanz zwischen jeweiligen Vorsprüngen minimiert wird. Dies liegt insbesondere daran, dass ein Zustand minimaler magnetischer Reluktanz einem Zustand mit einer minimalen gespeicherten magnetischen Energie entspricht. Dieser Zustand minimaler gespeicherter magnetischer Energie kann in der beschriebenen magnetischen Kupplung erreicht werden, wenn der zumindest eine erste Vorsprung und der zumindest eine zweite Vorsprung sich genau axial gegenüberstehen. In dieser Position kann ein magnetischer Fluss direkt von dem zumindest einen ersten Vorsprung zu dem zumindest einen zweiten Vorsprung fließen, wobei ein dabei zu überbrückender Spalt minimal ist. Befinden sich der zumindest eine erste Vorsprung und der zumindest eine zweite Vorsprung nicht genau gegenüber, so ist ein größerer Spalt zu überwinden. In diesem Fall baut sich ein Drehmoment auf, das so gerichtet ist, dass der zumindest eine erste Vorsprung und der zumindest eine zweite Vorsprung aufeinander zu bewegt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste und/oder das zweite Kupplungsteil zumindest zwei Vorsprünge auf, wobei einer der zumindest zwei Vorsprünge auf einer ersten Seite des ersten Kupplungsteils angeordnet ist, wobei die Rotationsachse senkrecht auf der ersten Seite steht, und der andere der zumindest zwei Vorsprünge auf einer zweiten Seite des zweiten Kupplungsteils angeordnet ist, die der ersten Seite in axialer Richtung gegenüberliegt.
Dies kann insbesondere den Vorteil haben, dass ein Drehmoment auf beiden Seiten eines Kupplungsteils übertragen werden kann. Dadurch können insbesondere mehrere Kupplungsteile axial hintereinander angeordnet werden. Dadurch kann ein Drehmoment besonders effizient übertragen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste und/oder zweite Kupplungsteil drehbar gelagert.
Bevorzugt ist das erste Kupplungsteil axial unbeweglich gelagert (axiales Festlager).
Ferner wird eine Kupplungsanordnung mit einem Antrieb, einem Schwungrad und einer magnetischen Kupplung, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt. Das Schwungrad ist mittels der magnetischen Kupplung mit dem Antrieb gekoppelt. Das erste Kupplungsteil kann mit dem Antrieb verbunden oder als Antrieb ausgebildet sein. Das zweite Kupplungsteil kann mit dem Schwungrad verbunden oder als Schwungrad ausgebildet sein.
Der Antrieb kann beispielsweise ein Elektromotor sein, welcher sich insbesondere auch als Generator betreiben lässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Schwungrad in einem geschlossenen Behälter und/oder in einem Vakuum angeordnet.
Insbesondere kann der Behälter aus einem nicht-magnetisierbaren Material gebildet sein. Ferner kann der Behälter als Vakuumbehälter eingerichtet sein. Dadurch können beispielsweise Reibungsverluste und/oder Verluste durch einen Strömungswiderstand weiter reduziert werden.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Steuern einer magnetischen Kupplung, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt, wobei ein elektrischer Stromfluss derart gesteuert wird, dass ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil mittels eines von der zumindest einen Spule entlang der Rotationsachse erzeugten magnetischen Felds berührungslos übertragen wird.
Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens veranlasst.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Teilschnittansicht entlang der Rotationsachse einer magnetischen Kupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines ersten Kupplungsteils der magnetischen Kupplung aus 1;
3 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Rotationsachse einer magnetischen Kupplung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4 zeigt eine schematische Teilschnittansicht entlang der Rotationsachse einer magnetischen Kupplung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel;
5 zeigt eine schematische Teilschnittansicht entlang der Rotationsachse einer Kupplungsanordnung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel;
6 und 7 zeigen perspektivische Ansichten von Anordnungen von radialen Zusatzspulen; und
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer magnetischen Kupplung.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
1 zeigt eine schematische Teilschnittansicht einer magnetischen Kupplung 100. Die Kupplung 100 kann Bestandteil einer in 3 gezeigten Kupplungsanordnung 1 sein.
Die magnetische Kupplung 100 weist ein um die Rotationsachse 2 drehbares, erstes Kupplungsteil 3 auf, welches mittels einer Welle 4 mit einem Elektromotor (nicht gezeigt) verbunden ist. Das erste Kupplungsteil 3 kann in einem nicht-gezeigten Lager drehbar gelagert sein, welches auch für eine axiale Fixierung des ersten Kupplungsteils 3 sorgt.
Die magnetische Kupplung 100 weist des Weiteren ein um die Rotationsachse 2 drehbares, zweites Kupplungsteil 5 auf. Das zweite Kupplungsteil 5 kann als Schwungrad ausgebildet sein oder selbst eine weitere Komponente, insbesondere ein Schwungrad, antreiben. Im ersteren Fall bildet die magnetische Kupplung 100 einen Energiespeicher aus.
Das erste und zweite Kupplungsteil 3, 5 können jeweils kreiszylindrisch ausgeführt und ein magnetisierbares Material, beispielsweise Eisen, aufweisen. Das erste Kupplungsteil 3 weist bevorzugt einen größeren Durchmesser als die Welle 2 auf und kann mit dieser einstückig verbunden sein.
Das erste und zweite Kupplungsteil 3, 5 können an ihren zugewandten Stirnseiten 3a, 5a axiale Vorsprünge 3b, 5b aufweisen, deren Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird. Zwischen den Stirnseiten 3a, 5a bzw. Vorsprüngen 3b, 5b ist ein Spalt 14 vorgesehen. Eine Ansicht der Stirnseite 3a ist in der 2 gezeigt.
Das erste Kupplungsteil 3 und das zweite Kupplungsteil 5 sind von einem Joch 6 aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise Reineisen, zumindest abschnittsweise umgeben. Das Joch 6 ist in dem gezeigten, hälftigen Längsschnitt U-förmig und umfasst hierzu einen axialen Abschnitt 6a sowie sich an dessen Enden anschließende erste und zweite, radiale Abschnitte 6b, 6c. Die Abschnitte 6a, 6b, 6c sind bevorzugt rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 2 ausgebildet. Die Abschnitte 6b, 6c können sich radial bis über das erste bzw. zweite Kupplungsteil 3, 5 erstrecken.
Die Kupplung 100 umfasst weiterhin eine Spule 7 (vorliegend auch als „zumindest eine Spule“ bezeichnet). Die Spule 7 kann sich ringförmig um die Rotationsachse 2 erstrecken. Ferner kann die Spule 7 entlang der Rotationsachse 2 mittig zwischen den axialen Abschnitten 6b, 6c angeordnet sein.
Die Spule 7 ist dazu eingerichtet, ein magnetisches Feld zu erzeugen, welches entlang der Rotationsachse 2 durch das erste und zweite Kupplungsteil 3, 5 verläuft. Das Joch 6 ist dabei dazu eingerichtet, das von der Spule 7 erzeugte magnetische Feld zu führen. Ein prinzipieller Verlauf des magnetischen Flusses des von der Spule 7 erzeugten magnetischen Feldes ist mittels der Linie 8 dargestellt. Mittels des entlang der Rotationsachse 2 verlaufenden magnetischen Feldes kann ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil 3, 5 berührungslos übertragen werden: Wird auf Grund eines beispielsweise an der Welle 4 bzw. dem ersten Kupplungsteil 3 anliegenden Drehmoments der Vorsprung 3b gegenüber dem Vorsprung 5b ausgelenkt, ergibt sich wegen des anliegenden axialen magnetischen Felds ein Drehmoment auf das zweite Kupplungsteil 5, welches dazu tendiert, den Vorsprung 5b wieder axial direkt gegenüberliegend dem Vorsprung 3b anzuordnen.
2 zeigt perspektivisch die Stirnseite 3a des ersten Kupplungsteils 3. Auf der Stirnseite 3a ist eine Mehrzahl von Vorsprüngen 3b, 3b‘ kreisförmig angeordnet. Jeder der Vorsprünge 3b, 3b‘ ist als ein Kreisringsegment ausgebildet, wobei die jeweiligen Vorsprünge 3b voneinander beabstandet angeordnet sind. Das heißt, zwischen den zwei einzelnen Vorsprüngen 3b, 3b‘ befindet sich ein Luftspalt 3c, 3c‘. Die Vorsprünge 3b können in einem äußeren Kreisring K1 und die Vorsprünge 3b‘ in einem inneren Kreisring K2 angeordnet sein. Die Anzahl der Vorsprünge 3b in dem äußeren Kreisring K1 kann größer sein als die Anzahl der Vorsprünge 3b‘ in dem inneren Kreisring K2. Die Vorsprünge 3b sind bevorzugt von den Vorsprüngen 3b‘ mittels eines radialen Spalts R beabstandet. Man beachte, dass das zweite Kupplungsteil 5 an seiner Stirnseite 5a entsprechend angeordnete, nur teilweise gezeigte Vorsprünge aufweist.
Wird die Auslenkung eines der beiden Kupplungsteile 3, 5 größer, so erhöht sich ein Drehmoment. Das maximal mögliche Drehmoment wird erreicht, wenn die Auslenkung zwischen den Kupplungsteilen 3 und 5 so ist, dass beispielsweise der Vorsprung 5b des Kupplungsteils 5 sich genau über dem Luftspalt 3c zwischen zwei nebeneinander liegenden Vorsprüngen 3b des Kupplungsteils 3 befindet. Eine weitere Auslenkung in der gleichen Richtung würde bedeuten, dass sich das Vorzeichen des Drehmoments umgekehrt.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer magnetischen Kupplung 100. Die in der 3 gezeigte magnetische Kupplung 100 weist ein erstes Kupplungsteil 3, welches mit einer Welle 4 verbunden ist, und ein zweites Kupplungsteil 5 auf, welches mit einer weiteren Welle 4a verbunden ist. Die beiden Kupplungsteile sind von einem Joch 6, welches dazu eingerichtet ist, ein von einer Spule 7 erzeugtes magnetisches Feld zu führen. Das erste Kupplungsteil 3 umfasst vier Abschnitte 3e, welche beabstandet voneinander angeordnet sind. Ebenso umfasst das zweite Kupplungsteil 5 vier Abschnitte 5e, welche zwischen den Abschnitten 3e des ersten Kupplungsteils angeordnet sind bzw. zwischen diese eingreifen. Die Abschnitte 3e, 5e weisen jeweils an gegenüberliegenden Seiten korrespondierende Vorsprünge 3b, 3d, 5b, 5d auf.
4 zeigt eine magnetische Kupplung 100, die im Unterschied zu 1 eine erste Zusatzspule 9 und eine zweite Zusatzspule 10 aufweist. Die Zusatzspulen 9, 10 können sich jeweils ringförmig um die Rotationsachse 2 erstrecken.
Die erste Zusatzspule 9 ist beispielsweise angrenzend an den ersten, radialen Abschnitt 6a angeordnet. Dadurch kann die erste Zusatzspule 9 beispielsweise einen magnetischen Fluss in diesem Bereich bzw. im Bereich des freien Endes 6d des ersten, radialen Abschnitts 6a verändern. Beispielsweise kann eine Erhöhung des magnetischen Flusses 8 im Bereich zwischen dem Joch 6 und dem ersten Kupplungsteil 3 dazu führen, dass eine aus dem magnetischen Fluss 8 resultierende magnetische Kraft, welche die beiden Kupplungsteile 3, 5 aufeinander zu bewegt, in der 4 durch den Pfeil 11 dargestellt, verstärkt wird.
Die zweite Zusatzspule 10 gegenüberliegend der ersten Zusatzspule 9 ist beispielsweise angrenzend an den Abschnitt 6c angeordnet. Dadurch kann die zweite Zusatzspule 9 beispielsweise einen magnetischen Fluss in diesem Bereich bzw. im Bereich des freien Endes 6e des zweiten, radialen Abschnitts 6c verändern. Beispielsweise kann eine Erhöhung des magnetischen Flusses 8 im Bereich zwischen dem Joch 6 und dem zweiten Kupplungsteil 5 dazu führen, dass eine aus dem magnetischen Fluss 8 resultierende magnetische Kraft, welche die beiden Kupplungsteile 3, 5 voneinander weg bewegt, in der 4 durch den Pfeil 12 dargestellt, verstärkt wird.
Für eine effiziente Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil 3, 5 ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand A bzw. eine Breite des Spalts 14 zwischen den beiden Kupplungsteilen 3, 5 gesteuert werden kann. Dazu sind die Spule 7, die erste Zusatzspule 9 und die zweite Zusatzspule 10 mit einer Steuereinrichtung 13 über Steuerleitungen 15 verbunden. Die Steuereinrichtung 13 ist insbesondere dazu eingerichtet, einen elektrischen Stromfluss durch die Spule 7, die erste Zusatzspule 9 und die zweite Zusatzspule 10 zu steuern.
Ferner kann die magnetische Kupplung 100 einen Sensor (nicht gezeigt) aufweisen, der den Abstand A zwischen den beiden Kupplungsteilen 3, 5 misst. Die Steuereinrichtung 13 kann dann eingerichtet sein, den elektrischen Stromfluss basierend auf dem gemessenen Abstand A zu steuern. Dadurch kann insbesondere eine magnetische Lagerfunktion, beispielsweise für das zweite Kupplungsteil 5, in axialer Richtung erreicht werden. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 13 dazu eingerichtet sein, eine Position des zweiten Kupplungsteils 5 derart zu steuern, dass dieses levitiert. Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die Schwerkraft in den Figuren in Richtung der Blattunterkante weisen kann, aber genauso auch andere Orientierungen der Kupplung 100 bezüglich der Schwerkraft möglich sind.
Die Steuereinrichtung 13 kann ferner auch eine Richtung des elektrischen Stromflusses durch die Spule 7, die erste Zusatzspule 9 und/oder die zweite Zusatzspule 10 umkehren. Dadurch kann der Abstand A flexibel gesteuert und ggf. einer Sättigung des magnetischen Flusses 8 entgegengewirkt werden.
5 zeigt eine schematische Teilschnittansicht einer Kupplungsanordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Kupplungsanordnung 1 weist einen Antrieb 17, eine magnetische Kupplung 100 sowie ein Schwungrad 18 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Schwungrad 18 als Separatteil ausgebildet und wird von dem zweiten Kupplungsteil 5 angetrieben. Insbesondere können das Schwungrad 18 und das zweite Kupplungsteil 5 einstückig gebildet sein.
In einem ersten Betriebsmodus speichert der Antrieb 17, beispielsweise ein Elektromotor, Energie in das Schwungrad 18. In einem zweiten Betriebsmodus wird die Energie aus dem Schwungrad 18 an dem Antrieb 17 bereitgestellt. Vorzugsweise ist ein entsprechender Elektromotor 17 auch als Generator in dem zweiten Betriebsmodus betreibbar. Das Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Betriebsmodus erfolgt vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung 13.
Um Reibungsverluste zu minimieren, kann das zweite Kupplungsteil 5 samt dem Schwungrad 18 in einem Vakuum angeordnet sein. Dazu kann das zweite Kupplungsteil 5 samt dem Schwungrad 18 in einem evakuierten Behälter 21 aufgenommen sein. Die Behälterwandung kann aus Kunststoff oder einem anderen für das magnetische Feld 8 durchlässigen Material gebildet sein.
Die vorstehenden Ausführungen gelten genauso für die Ausführungsbeispiele nach den 1 und 4.
Die magnetische Kupplung 100 gemäß 5 hat mehrere radiale Zusatzspulen 19, wobei in der 3 nur eine radiale Zusatzspule 19 gezeigt ist. Die radialen Zusatzspulen 19 sind umfangsmäßig um das Schwungrad 18 bezüglich der Rotationsachse 2 verteilt angeordnet. Mögliche Anordnungen für die radialen Zusatzspulen 19 sind in den 6 und 7 gezeigt.
Die radialen Zusatzspulen 19 erzeugen, wenn sie von einem elektrischen Strom durchflossen werden, ein magnetisches Feld radial zu der Rotationsachse 2. Insbesondere erlauben die radialen Zusatzspulen 19 Kräfte auszugleichen, welche radial zu der Rotationsachse 2 auf das erste Kupplungsteil 3 und/oder das zweite Kupplungsteil 5 bzw. das Schwungrad 18 einwirken. Die radialen Zusatzspulen 19 sind um jeweils einen Vorsprung 20 des Jochs 6 angeordnet, welcher bevorzugt aus dem gleichen Material wie das Joch 6 gefertigt ist.
Bei der Kupplungsanordnung 100 gemäß 1 ist die Spule 7 (vorliegend auch als „zumindest eine Spule“ bezeichnet) angrenzend an den zweiten, radialen Abschnitt 6c angeordnet. Ferner ist insbesondere nur eine Zusatzspule 8 vorgesehen, die angrenzend an den ersten, radialen Abschnitt 6b angeordnet ist.
Die magnetische Kupplung 100 der Kupplungsanordnung 1 weist ferner eine Steuereinrichtung 13 auf, welche einen elektrischen Stromfluss über die Steuerleitungen 14, 15, 16 in der Spule 7, der ersten Zusatzspule 9 und in jeder der radialen Zusatzspulen 19 steuert. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 13 dazu eingerichtet sein, eine Position des Schwungrads 18 derart zu steuern, dass das Schwungrad 18 levitiert.
Dadurch kann das Schwungrad 18 sowohl in der axialen Richtung als auch den radialen Richtungen gelagert werden. Es kann somit ein Hybrid aus einer magnetischen Kupplung zum berührungslosen Übertragen eines Drehmoments und einem aktiven magnetischen Lager realisiert werden.
6 und 7 zeigen schematische Ansichten von Anordnungen der radialen Zusatzspulen 19 gemäß einem Schnitt IV aus 5.
In der 6 ist eine Anordnung von drei radialen Zusatzspulen 19 dargestellt, welche umfangsmäßig um das erste Kupplungsteil 3 bezüglich der Rotationsachse 2 gleich verteilt angeordnet sind. Jede der drei radialen Zusatzspulen 19 ist um einen radialen, zur Rotationsachse 2 hin gerichteten Vorsprung 20 des Jochs 6 angeordnet.
In der 7 ist eine Anordnung von vier radialen Zusatzspulen 19 dargestellt, welche umfangsmäßig um das erste Kupplungsteil 3 bezüglich der Rotationsachse 2 gleich verteilt angeordnet sind. Jede der vier radialen Zusatzspulen 19 ist um einen Vorsprung 20 des Jochs 6 angeordnet.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer magnetischen Kupplung. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt S1 ein elektrischer Stromfluss derart gesteuert, dass ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil 3, 5 der magnetischen Kupplung 100 mittels eines von einer Spule 7 entlang der Rotationsachse 2 erzeugten magnetischen Feldes berührungslos übertragen wird. Optional kann das Verfahren einen zweiten Schritt S2 aufweisen, bei welchem zusätzlich ein elektrischer Stromfluss durch zumindest eine Zusatzspule 9, 10 gesteuert wird. Des Weiteren kann das Verfahren einen optionalen dritten Schritt S3 aufweisen, bei welchem zusätzlich ein elektrischer Stromfluss durch zumindest drei radiale Zusatzspulen 19 gesteuert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012206345 A1 [0003]

Claims

Magnetische Kupplung (100), mit einem um eine Rotationsachse (2) drehbaren, ersten Kupplungsteil (3), einem um die Rotationsachse (2) drehbaren, zweiten Kupplungsteil (5), und zumindest einer Spule (7, 9, 10, 19), welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse (2) durch das erste und zweite Kupplungsteil (3, 5) für eine berührungslose Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil (3, 5) zu erzeugen.
Magnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kupplung (100) ferner eine erste Zusatzspule (9) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse (2) zu erzeugen, wobei die erste Zusatzspule (9) entlang der Rotationsachse (2) von der zumindest einen Spule (7) beabstandet angeordnet ist.
Magnetische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kupplung (100) ferner eine zweite Zusatzspule (10) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse (2) zu erzeugen, wobei die zweite Zusatzspule (10) auf der der ersten Zusatzspule (9) gegenüberliegenden Seite der zumindest einen Spule (7) und entlang der Rotationsachse (2) von der zumindest einen Spule (7) beabstandet angeordnet ist.
Magnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kupplung (100) ferner zumindest drei radiale Zusatzspulen (19) aufweist, welche dazu eingerichtet sind, ein magnetisches Feld radial zu der Rotationsachse (2) zu erzeugen, wobei die zumindest drei radialen Zusatzspulen (19) umfangsmäßig bezüglich der Rotationsachse (2) um das erste Kupplungsteil (3) und/oder das zweite Kupplungsteil (5) verteilt angeordnet sind.
Magnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 1–4, gekennzeichnet durch ein Joch (6), welches dazu eingerichtet ist, ein von der zumindest einen Spule (7) erzeugtes magnetisches Feld zu führen.
Magnetische Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (6) zumindest abschnittsweise U-förmig ausgebildet ist.
Magnetische Kupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (6) ferner zumindest einen Vorsprung (20) aufweist, der dazu eingerichtet ist, ein von einer der zumindest drei radialen Zusatzspulen (19) erzeugtes magnetisches Feld radial bezüglich der Rotationsachse (2) zu führen.
Magnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kupplung (100) ferner eine Steuereinrichtung (13) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Stromfluss durch die zumindest eine Spule (7) zu steuern.
Magnetische Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, eine Richtung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule (7) umzukehren.
Magnetische Kupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den elektrischen Stromfluss durch die zumindest eine Spule (7) derart zu steuern, dass ein Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil (3) und dem zweiten Kupplungsteil (5) entlang der Rotationsachse (2) einstellbar ist, und/oder dass die Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den Stromfluss durch die zumindest eine Spule (7) derart zu steuern, dass das zweite Kupplungsteil (5) in dem von der zumindest einen Spule (7) erzeugten magnetischen Feld levitiert.
Magnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungsteil (3) zumindest einen ersten axialen Vorsprung (3b, 3d) und das zweite Kupplungsteil (5) zumindest einen zweiten axialen Vorsprung (5b, 5d) aufweist, wobei der zumindest eine erste axiale Vorsprung (3b, 3d) und der zumindest eine zweite axiale Vorsprung (5b, 5d) jeweils aus einem magnetisierbaren Material gebildet sind und derart ausgebildet sind, dass eine magnetische Reluktanz zwischen dem zumindest einen ersten axialen Vorsprung (3b, 3d) und dem zumindest einen zweiten axialen Vorsprung (5b, 5d) minimal ist, wenn der zumindest eine erste axiale Vorsprung (3b) und der zumindest eine zweite axiale Vorsprung (5b) axial zueinander ausgerichtet sind.
Magnetischen Kupplung nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Kupplungsteil (3, 5) drehbar gelagert ist.
Kupplungsanordnung (1) mit einem Antrieb (17), einem Schwungrad (18) und einer magnetischen Kupplung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (18) in einem geschlossenen Behälter und/oder in einem Vakuum angeordnet ist.
Verfahren zum Steuern einer magnetischen Kupplung (100) nach einem der Ansprüche 1–12, wobei ein elektrischer Stromfluss derart gesteuert wird, dass ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil (3, 5) mittels eines von der zumindest einen Spule (7, 9, 10, 19) entlang der Rotationsachse (2) erzeugten magnetischen Felds berührungslos übertragen wird.