-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung, einen Permanentmagneten für eine solche permanentmagnetische Radialdrehkupplung, ein Segment für einen solchen Permanentmagneten sowie eine Pumpe mit einer solchen Radialdrehkupplung, einem solchen Permanentmagneten und/oder einem solchen Segment.
-
Stand der Technik
-
Im Stand der Technik sind magnetische, insbesondere permanentmagnetische, Radialdrehkupplungen bekannt, mit denen berührungslos ein Drehmoment von einer antreibenden Welle auf eine abtreibende Welle übertragen werden kann.
-
Ein Hauptziel einer Magnetkupplung ist es, bei gegebenem beschränktem Bauraum ein möglichst hohes Drehmoment zu übertragen. Die Verwendung einer solchen Magnetkupplung in einer Flüssigkeitspumpe ist im Stand der Technik ebenfalls bekannt. Im Stand der Technik sind zwei Hauptkategorien von Magnetkupplungen bekannt. Dies sind axiale und radiale Kupplungen, welche nach der Richtung des Magnetflusses im Inneren des Magneten benannt sind.
-
Im Stand der Technik ist ebenfalls das Problem bekannt, dass Teile der oben genannten Permanentmagneten, welche eine dünne Stärke aufweisen, zur Entmagnetisierung neigen. Hierdurch wird das übertragbare Drehmoment und somit auch die Effizienz der Magnetkupplung reduziert. Die Entmagnetisierung wird durch hohe Temperaturen und / oder starke entgegengesetzte magnetische Felder verursacht. Bei den oben genannten permanentmagnetischen Radialdrehkupplungen ist von dem genannten Problem oftmals der außenliegende und meist hohlzylinderförmige Permanentmagnet betroffen, da dieser in der Regel eine dünnere Stärke als der innenliegende Permanentmagnet hat, welcher meist zylinderförmig ist. Die Entmagnetisierung ist dann besonders stark, wenn sich entgegengesetzte Pole auf dem innenliegenden und dem außenliegenden Permanentmagneten einer Radialdrehkupplung gegenüberliegen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die permanentmagnetische Radialdrehkupplung dient der berührungslosen Übertragung von Drehmomenten, insbesondere von einem mittels einer Drehbewegung angetriebenen Permanentmagneten auf einen drehbar gelagerten anderen Permanentmagneten.
-
Die permanentmagnetische Radialdrehkupplung weist einen ersten zylinderförmigen Permanentmagneten und einen zweiten im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Permanentmagneten auf. Hierbei ist der Innendurchmesser des zweiten Permanentmagneten größer als der Außendurchmesser des ersten Permanentmagneten und der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet sind koaxial angeordnet. Ferner sind sowohl der erste Permanentmagnet als auch der zweite Permanentmagnet um die gemeinsame Achse drehbar gelagert. Darüber hinaus weist sowohl der erste Permanentmagnet als auch der zweite Permanentmagnet mindestens zwei Polpaare auf und weist der erste Permanentmagnet dieselbe Anzahl an Polpaaren wie der zweite Permanentmagnet auf.
-
Die Anzahl der verwendeten Polpaare hängt von den Anforderungen an das zu übertragende Drehmoment und die einzustellende Axialkraft ab.
-
Der zweite Permanentmagnet weist zwischen benachbarten Polgrenzen jeweils eine Verdickung auf. Zum Beispiel für eine Permanentmagnetische Radialdrehkupplung mit zwei Polpaaren ergeben sich sowohl für den ersten als auch den zweiten Permanentmagneten jeweils alle 90° eine Polgrenze. An den Stellen zwischen den Polgrenzen kann der außenliegende zweite Permanentmagnet besonders einfach entmagnetisiert werden.
-
Unter dem Begriff Verdickung wird vorliegend im Zusammenhang mit der im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Form verstanden, dass die im Wesentlichen hohlzylinderförmige Form dicker als ein vergleichbarer Hohlzylinder ist. Somit kann unter der Verdickung eine Abweichung von einer hohlzylindrischen Form verstanden werden. Gleichzeitig ist klar, dass die im Wesentlichen hohlzylindrische Form an den Polgrenzen nicht verdickt ist, insbesondere nicht von der hohlzylindrischen Form abweicht. Für die oben genannte Abweichung von der hohlzylindrischen Form reicht somit ein einziger Punkt, um als Verdickung zu gelten.
-
Die permanentmagnetische Radialdrehkupplung erreicht vorteilhafterweise, dass der zweite außenliegende Permanentmagnet weniger zur Entmagnetisierung neigt. Dies liegt an der radialen Verdickung des zweiten Permanentmagneten zwischen benachbarten Polgrenzen.
-
Die Geometrie und das Volumen der Verdickung, d.h. das Volumen der Permanentmagneten haben einen Einfluss auf die Entmagnetisierung das äußeren Permanentmagneten. Die Geometrie und das Volumen der Verdickung werden in Abhängigkeit der konkreten Anforderungen der Radialdrehkupplung, d.h. der Materialeigenschaften, des Herstellungsprozesses und der im Lager einzustellenden Kräfte gewählt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Radialdrehkupplung eine Kupplung eines Herzunterstützungssystems, insbesondere einer Pumpe eines solchen Systems, sein.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Verdickung darin, dass an einer Innenseite des zweiten Permanentmagneten zwischen einem ersten Punkt auf der Innenseite des zweiten Permanentmagneten, welcher auf einer ersten Polgrenze liegt, und einem zweiten Punkt auf der Innenseite des zweiten Permanentmagneten, welcher auf einer zur ersten benachbarten Polgrenze liegt, ein Krümmungsradius größer ist als für den Fall, dass der zweite Permanentmagnet hohlzylinderförmig ist. Die oben genannte Konstruktion bezieht sich auf eine Sicht entlang der gemeinsamen Achse der Radialdrehkupplung. Die hier genannte Verdickung ist demnach zylinderförmig und weist an jeder Stelle entlang der gemeinsamen Achse der Radialdrehkupplung dieselbe Verdickung auf. Die Verdickung nach diesem Merkmal ist vorteilhafterweise einfach zu fertigen und erreicht in einfacher Art und Weise eine massive Verdickung des zweiten Permanentmagneten.
-
Alternativ oder zusätzlich zur gerade genannten Verdickung kann die Verdickung ebenfalls darin bestehen, dass an einer Außenseite des zweiten Permanentmagneten zwischen einem ersten Punkt auf der Außenseite des zweiten Permanentmagneten, welcher auf einer ersten Polgrenze liegt, und einem zweiten Punkt auf der Außenseite des zweiten Permanentmagneten, welcher auf einer zur ersten benachbarten Polgrenze liegt, ein Krümmungsradius kleiner ist als für den Fall, dass der zweite Permanentmagnet hohlzylinderförmig ist. Die oben genannte Konstruktion bezieht sich ebenfalls auf eine Sicht entlang der gemeinsamen Achse der Radialdrehkupplung. Die hier genannte Verdickung ist demnach zylinderförmig und weist an jeder Stelle entlang der gemeinsamen Achse der Radialdrehkupplung dieselbe Verdickung auf. Die Verdickung nach diesem Merkmal ist vorteilhafterweise einfach zu fertigen und erreicht in einfacher Art und Weise eine massive Verdickung des zweiten Permanentmagneten, wodurch das Problem der Entmagnetisierung wesentlich verbessert wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für jede Verdickung eine Differenz zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser der im wesentlichen hohlzylinderförmigen Form des zweiten Permanentmagneten maximal 30% größer als eine Differenz zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser einer hohlzylinderförmigen Form, welche an den Polgrenzen genauso groß ist wie die im wesentlichen hohlzylinderförmige Form des zweiten Permanentmagneten. Durch dieses Merkmal wird vorteilhafterweise erreicht, dass der zweite Permanentmagnet nicht wesentlich dicker als ein vergleichbarer Hohlzylinder ist und trotzdem eine wesentliche Verbesserung des Problems der Entmagnetisierung erreicht wird.
-
Der Permanentmagnet ist für eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung vorgesehen, insbesondere eine oben beschriebene permanentmagnetische Radialdrehkupplung.
-
Der Permanentmagnet ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig und weist mindestens zwei Polpaare auf.
-
Ferner weist der Permanentmagnet zwischen benachbarten Polgrenzen jeweils eine Verdickung auf. Hierbei kann der Permanentmagnet ein innenliegender Permanentmagnet wie der erste Permanentmagnet der oben beschriebenen Radialdrehkupplung sein. Ferner kann der Permanentmagnet ebenso ein außenliegender Permanentmagnet wie der Permanentmagnet der oben beschriebenen Radialdrehkupplung sein.
-
Der Permanentmagnet erreicht ebenso wie die oben genannte permanentmagnetische Radialdrehkupplung vorteilhafterweise, dass der Permanentmagnet weniger zur Entmagnetisierung neigt.
-
Ähnlich wie bereits oben beschrieben kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Permanentmagneten die Verdickung darin bestehen, dass an einer Innenseite des Permanentmagneten zwischen einem ersten Punkt auf der Innenseite des Permanentmagneten, welcher auf einer ersten Polgrenze liegt, und einem zweiten Punkt auf der Innenseite des Permanentmagneten, welcher auf einer zur ersten benachbarten Polgrenze liegt, ein Krümmungsradius größer ist als für den Fall, dass der Permanentmagnet hohlzylinderförmig ist.
-
Alternativ oder zusätzlich zur gerade genannten Verdickung kann die Verdickung ebenfalls darin bestehen, dass an einer Außenseite des Permanentmagneten zwischen einem ersten Punkt auf der Außenseite des Permanentmagneten, welcher auf einer ersten Polgrenze liegt, und einem zweiten Punkt auf der Außenseite des Permanentmagneten, welcher auf einer zur ersten benachbarten Polgrenze liegt, ein Krümmungsradius kleiner ist als für den Fall, dass der Permanentmagnet hohlzylinderförmig ist.
-
Wie Vorteile einer solchen Permanentmagneten sind ähnlich wie die Vorteile der oben genannten Radialdrehkupplung. Die Verdickung nach diesem Merkmal ist vorteilhafterweise einfach zu fertigen und erreicht in einfacher Art und Weise eine massive Verdickung des zweiten Permanentmagneten, wodurch das Problem der Entmagnetisierung wesentlich verbessert wird.
-
Das Segment eines oben genannten Permanentmagneten ist dadurch gekennzeichnet, dass der entsprechende Permanentmagnet mindestens zwei Polpaare aufweist und das Segment des Permanentmagneten im Wesentlichen hohlzylindersegmentförmig ist. Hieraus folgt, dass alle Segmente zu einem hohlzylinderförmigen Permanentmagneten zusammengesetzt werden können.
-
Im Allgemeinen gilt, dass ein Segment eines Permanentmagneten, welcher eine vorgegebene Anzahl von Polpaaren aufweist, 180° geteilt durch die Anzahl der Polpaare überstreicht. Zum Beispiel für ein Polpaar gilt, dass die Polgrenzen jeweils 180° voneinander entfernt sind. In diesem Fall überstreicht ein Segment ebenfalls 180°, woran man erkennt, dass es zwei Segmente benötigt, um den Permanentmagneten zusammenzusetzen.
-
Ähnlich wie der oben genannte Permanentmagnet, weist das Segment zwischen seinen Enden im Vergleich zu einer Hohlzylindersegmentform eine Verdickung auf.
-
Das Segment des Permanentmagneten erreicht ebenso wie der oben genannte Permanentmagnet und die oben genannte permanentmagnetische Radialdrehkupplung vorteilhafterweise, dass das Segment weniger zur Entmagnetisierung neigt.
-
Ähnlich wie bereits oben beschrieben kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Segments die Verdickung darin bestehen, dass an einer Innenseite des Segmentes des Permanentmagneten, zwischen einem ersten Punkt auf der Innenseite des Segmentes des Permanentmagneten, welcher auf einer ersten Polgrenze liegt, und einem zweiten Punkt auf der Innenseite des Segmentes des Permanentmagneten, welcher auf einer zur ersten benachbarten Polgrenze liegt, ein Krümmungsradius größer ist als für den Fall, dass das Segment des Permanentmagneten hohlzylindersegmentförmig ist.
-
Alternativ oder zusätzlich zur gerade genannten Verdickung kann die Verdickung ebenfalls darin bestehen, dass an einer Außenseite des Segmentes des Permanentmagneten zwischen einem ersten Punkt auf der Außenseite des Segmentes des Permanentmagneten, welcher auf einer ersten Polgrenze liegt, und einem zweiten Punkt auf der Außenseite des Segmentes des Permanentmagneten, welcher auf einer zur ersten benachbarten Polgrenze liegt, ein Krümmungsradius kleiner ist als für den Fall, dass das Segment des Permanentmagneten hohlzylindersegmentförmig ist.
-
Wie Vorteile eines solchen Segments eines Permanentmagneten sind ähnlich wie die Vorteile bei dem oben genannten Permanentmagneten und der oben genannten Radialdrehkupplung. Die Verdickung nach diesem Merkmal ist vorteilhafterweise einfach zu fertigen und erreicht in einfacher Art und Weise eine massive Verdickung des zweiten Permanentmagneten, wodurch das Problem der Entmagnetisierung wesentlich verbessert wird.
-
Eine Art und Weise, einen Permanentmagneten zu produzieren ist wie folgt. Ein Pulver eines Rohmaterials, zum Beispiel gesintertes Neodym-Eisen-Bor, wird zunächst in eine vorgegebene Form eines Segmentes des Permanentmagneten gepresst, worauf hin der Magnetisierungsprozess startet. Nachdem die Segmente produziert wurden, werden alle Segmente zusammengesetzt und zu einem Ring zusammengeklebt.
-
Die Pumpe weist eine oben beschriebene permanentmagnetische Radialdrehkupplung und/oder einen oben beschriebenen Permanentmagneten auf. Somit erreicht auch diese Pumpe, dass das Problem der Entmagnetisierung wesentlich verbessert ist.
-
Figurenliste
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1A zeigt eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung gemäß dem Stand der Technik, wobei die Polpaare des ersten Permanentmagneten genauso orientiert sind wie die Polpaare des zweiten Permanentmagneten.
- 1B zeigt dieselbe Ausführungsform der permanentmagnetischen Radialdrehkupplung wie in 1A, wobei jedoch die Polpaare des ersten Permanentmagneten um 90° gegenüber den Polpaaren des zweiten Permanentmagneten rotiert sind.
- 2A zeigt eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer verdickten Innenseite.
- 2B zeigt eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer verdickten Außenseite.
- 2C zeigt eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer verdickten Innenseite und einer verdickten Außenseite.
- 3 zeigt ein Segment gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eines Permanentmagneten für eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
-
1A zeigt eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung 100 gemäß dem Stand der Technik.
-
Hierbei weist sowohl des ersten Permanentmagnet 102 als auch der zweite Permanentmagnet 104 zwei Polpaare auf. Durch kleine Pfeile ist jeweils der Verlauf des Magnetfeldes angedeutet. Der erste Permanentmagnet 102 ist auf einer antreibenden Welle 106 angeordnet. Der zweite Permanentmagnet 104 ist auf einem Gehäuse 108 angebracht.
-
In 1A sind die beiden Polpaare des ersten Permanentmagneten 102 genauso orientiert wie die Polpaare des zweiten Permanentmagneten 104.
-
1B zeigt dieselbe Ausführungsform der permanentmagnetischen Radialdrehkupplung wie in 1A, wobei jedoch die Polpaare des ersten um 90° gegenüber den Polpaaren des zweiten Permanentmagneten rotiert sind. Man sieht, dass die Pfeile zwischen dem ersten Permanentmagneten 102 und den zweiten Permanentmagneten 104 entgegengesetzt sind, was zu einer Entmagnetisierung insbesondere des zweiten Permanentmagneten 104 führt, da dieser eine geringere Stärke als der erste Permanentmagnet 102 aufweist.
-
2A zeigt eine permanentmagnetische Radialdrehkupplung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer verdickten Innenseite 110. Dies sieht man an dem vergrößerten Krümmungsradius der Innenseite 110, welcher durch Pfeil 114 illustriert wird, welcher dem Krümmungsradius angibt. Der entsprechende Krümmungsradius 116 der Außenseite 112 ist identisch wie der Radius eines Hohlzylinders und endet einerseits im Mittelpunkt der Welle 106, welcher identisch ist mit der gemeinsamen Achse der beiden Permanentmagneten.
-
Der erste Permanentmagnet 102 und der zweite Permanentmagnet 104 sind koaxial angeordnet. Ferner sind sowohl der erste Permanentmagnet 102 als auch der zweite Permanentmagnet 104 um die gemeinsame Achse drehbar gelagert. Der erste Permanentmagnet 102 und der zweite Permanentmagnet 104 weisen jeweils zwei Polpaare auf.
-
Der zweite Permanentmagnet 104 weist zwischen benachbarten Polgrenzen 107 jeweils eine Verdickung auf, welche vorliegend an der Innenseite 110 des zweiten Permanentmagneten 104 angebracht ist.
-
Der zweite Permanentmagnet 104 der Radialdrehkupplung 100 der 2A weist im Vergleich zu einem hohlzylinderförmigen Permanentmagneten, z.B. dem außenliegenden Permanentmagneten der 1A oder 1B eine inhomogene Verdickung auf, wobei der Krümmungsradius an der Innenseite um ca. 22% größer ist und der Radius des zweiten Permanentmagnet 104 um bis zu 30% dicker ist.
-
Eine Simulation ergab, dass mit diesem zweiten Permanentmagneten 104 das übertragbare Drehmoment bei einem Drehwinkel von 90° um ca. 30 % erhöht wurde. Eine weitere Simulation ergab, dass durch die Verdickung das Entmagnetisierungs-Verhältnis des zweiten Permanentmagneten 104 gegenüber der Ausführungsform der 1A oder 1B verbessert wurde.
-
2B zeigt eine andere Ausführungsform der permanentmagnetischen Radialdrehkupplung 100 mit einer verdickten Außenseite 112. Dies sieht man an dem verkleinerten Krümmungsradius der Außenseite 112, welcher durch Pfeil 116 illustriert wird, welcher dem Krümmungsradius angibt. Der entsprechende Krümmungsradius 114 der Innenseite 110 ist identisch wie der Radius eines Hohlzylinders und endet einerseits im Mittelpunkt der Welle 106, welcher identisch ist mit der gemeinsamen Achse der beiden Permanentmagneten.
-
2C zeigt eine weitere Ausführungsform der permanentmagnetischen Radialdrehkupplung mit einer verdickten Innenseite 110 und einer verdickten Außenseite 112. Diese Ausführungsform ist sozusagen eine Kommission der Ausführungsformen 2A und 2B, wobei die Innenseite 110 von der Ausführungsform der 2A und die Außenseite 112 von der Ausführungsform der 2B genommen wurde. Ferner ist ein Segment 120 des zweiten Permanentmagneten 104 gezeigt, welches auch in 3 dargestellt ist.
-
3 zeigt ein Segment 120 des zweiten Permanentmagneten 104 der Ausführungsform der 2C. Das Segment 120 weist sowohl an der Innenseite 110 als auch an der Außenseite 112 zwischen den Polgrenzen 107 des zweiten Permanentmagneten 104 eine Verdickung auf.
