DE1054290B

DE1054290B - Magnetic particle clutch or brake with a small moment of inertia

Info

Publication number: DE1054290B
Application number: DEE10309A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Otto Grebe
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1955-03-07
Filing date: 1955-03-07
Publication date: 1959-04-02

Description

Magnetpulverkupplung oder -bremse mit kleinem Schwungmoment Die Erfindung betrifft eine Magnetpulverkupplung oder -bremse mit kleinem Schwungmoment, deren Magnetwege aus lamellierten Blechpaketen aufgebaut sind und deren Erregerwicklung ein den inneren Kupplungsteil quer durchsetzendes Magnetfeld erzeugt, vorzugsweise für Steuer- und Regeleinrichtungen.Magnetic particle clutch or brake with a small moment of inertia The invention relates to a magnetic particle clutch or brake with a small moment of inertia, whose Magnetic paths are made up of laminated sheet metal stacks and their excitation winding generates a magnetic field transversely penetrating the inner coupling part, preferably for control and regulation devices.

Zur Verkleinerung des Schwungmomentes von Magnetpulverkupplungen oder -bremsen hat man bisher den Teil, für den ein besonders geringes Schwungmoment gewünscht wird, als dünnwandigen Becher mit extrem kleiner Masse ausgeführt. Beil einem kurzzeitigen Schlupfbetrieb muß aber die gesamte durch die Schlupfarbeit erzeugte Wärmemenge von dem Magnetpulver und den mit diesem in unmittelbarer Berührung stehenden Teilen aufgenommen werden. Ein Becher mit extrem kleiner Masse kann aber auch nur eine entsprechend kleine Wärmemenge aufnehmen, so daß das Magnetpulver eine unzulässig hohe Temperatur annehmen kann. Ferner wird bei Becheranordnung beim inneren Arbeitsspalt der innere Kupplungsteil angetrieben, so daß das Magnetpulver auch bei Leerlauf einem Verschleiß unterliegt.To reduce the moment of inertia of magnetic particle clutches or -brake has so far been the part for which a particularly low moment of inertia is desired is designed as a thin-walled cup with an extremely small mass. Hatch a brief one However, slip operation must use the entire amount of heat generated by the slip work of the magnetic powder and the parts in direct contact with it be included. A mug with an extremely small mass can also only be one absorb correspondingly small amount of heat, so that the magnetic powder is an impermissible can reach high temperature. Furthermore, in the case of a cup arrangement, the inner working gap the inner clutch part is driven, so that the magnetic powder even when idling is subject to wear.

Eine besonders wirksame Maßnahme zur Verringerung des Schwungmomentes eines umlaufenden Zylinders ist die Verkleinerung des Durchmessers, da das Schwungmoment bzw. Trägheitsmoment der vierten Potenz des Durchmessers proportional ist. Der Durchmesser einer Magnetpulverkupplung üblicher Bauart mit Ringspule kann aber nicht beliebig verkleinert werden. Zwar kann die wirksame Kupplungsfläche., durch welche das übertragbare Drehmoment im wesentlichen bestimmt wird, bei verringertem Durchmesser durch entsprechend längere Bauweise konstant gehalten werden, jedoch darf bei einer Magnetpulverkupplung üblicher Bauweise der Querschnitt senkrecht zur Achse des vom magnetischen Fluß in axialer Richtung durchsetzten Innenläufers einen Mindestwert nicht unterschreiten, da durch diesen Querschnitt der maximale magnetische Fluß bestimmt ist. Anders ist das bei Magnetpulverkupplungen, bei dienen der magnetische Fluß den inneren Kupplungsteil quer durchsetzt. Hierbei steht der ganze Querschnitt längs der Achse dem magnetischen Fluß zur Verfügung.A particularly effective measure to reduce the moment of inertia of a rotating cylinder is the reduction in diameter because the moment of inertia or moment of inertia is proportional to the fourth power of the diameter. The diameter a magnetic particle clutch of the usual design with a ring coil can, however, not be arbitrary can be reduced in size. It is true that the effective coupling surface, through which the transferable Torque is essentially determined, with a reduced diameter by accordingly longer construction can be kept constant, however, with a magnetic particle clutch usual construction the cross-section perpendicular to the axis of the magnetic flux the internal rotor penetrated in the axial direction does not fall below a minimum value, because the maximum magnetic flux is determined by this cross section. Is different that with magnetic particle clutches, with the magnetic flux serving the inner coupling part interspersed. Here, the entire cross-section along the axis is the magnetic one River available.

Es sind Magnetpulvarkupplungen bekannt, bei denen der innere Kupplungsteil quer von dem magnetischen Fluß durchsetzt wird. Die Außenteile dieser Magnetpulverkupplungen sind wie bei elektrischen Gleichstrommaschinen mit ausgeprägten Polen versehen, auf die die konzentrischen Erregerspulen aufgesetzt sind. Durch diese von der Kupplungswelle verhältnismäßig entfernte Anordnung der Erregerspulen erhält die Kupplung auf der treibenden Seite ein verbältnismäßig großes Schwungmoment, das noch dadurch vergrößert wird, daß nicht nur der Arbeitsspalt, sondern auch der übrige außerhalb liegende Raum der Kupplung mit Magnetpulver gefüllt ist. Die Füllung dieses Raumes ist deshalb erforderlich, weil der Arbeitsspalt dieser Kupplung nicht vollkommen geschlossen ist. Um einen merklichen magnetischen Fluß von einem Polschuh zum anderen zu verhindern, dürfen diese Polschuhe den inneren Kupplungsteil nur teilweise umfassen. Infolge dieses offenen Arbeitsspaltes treten an den auflaufenden Kanten der Polschuhe Stauungen auf, wodurch sich an diesen Stellen eine verstärkte Reibung und damit eine verstärkte Erhitzung und Abnutzung des Magnetpulvers ergeben.Magnetic powder clutches are known in which the inner coupling part is traversed transversely by the magnetic flux. The outer parts of these magnetic particle clutches are provided with pronounced poles as with electrical DC machines, on which the concentric excitation coils are placed. Through this from the coupling shaft Relatively remote arrangement of the excitation coils receives the coupling on the The driving side has a relatively large momentum, which increases it even more becomes that not only the working gap, but also the rest of the outside lying The clutch space is filled with magnetic powder. The filling of this space is therefore required because the working gap of this clutch is not completely closed is. To prevent a noticeable magnetic flux from one pole piece to the other, these pole pieces may only partially enclose the inner coupling part. As a result This open working gap is congested at the accruing edges of the pole pieces on, which causes increased friction and thus increased friction at these points Heating and wear of the magnetic powder result.

Es ist auch ein Elektromotor bekannt, bei welchem zwischen Welle und Läuferjoch magnetische Mittel angeordnet sind, die eine in Abhängigkeit von der Änderung des magnetischen Flusses zwischen Stillstand und hochgelaufenem Zustand in ihrem Moment sich ändernde Kupplung zwischen Welle und Läufer bewirken. Diese Kupplung wird dadurch bewirkt, daß bei der Nenndrehzahl ein gewisser Teil der Läuferjochkraftlinien je nach Sättigungsgrad des Joches und synchroner Drehzahl des Motors in die massive eiserne Welle eindringen. Dieser Kraftlinienweg in der Welle kann als magnetischer Nebenschluß zum Läuferjoch angesehen werden, wobei die Größe des -Wellenflusses bei gleichbleibender relativer Geschwindigkeit außerordentlich abhängig ist vom Sättigungsgrad des Läuferjoches sowie der jeweiligen Permeabilität der Welle. Außerdem ist die Größe dieses Magnetflusses und damit das übertragbareDrehmoment bedingt durch die relative Umlauffrequenz zwischen Läuferjochfeld und mechanischer Umdrehungszahl der Welle, d.. h. daß bei .höheren Frequenzen mit den bekannten starken Verdrängungseffekten zu rechnen ist. Eine weitere grundlegende Bedeutung hat auch die Tatsache, daß der gesamte Hauptfluß des Motors hei Nennlast nahezu doppelt so groß ist wie bei Stillstand.There is also an electric motor known in which between the shaft and Rotor yoke magnetic means are arranged, which is a function of the Change of the magnetic flux between standstill and run-up state cause changing coupling between shaft and rotor at their moment. These Coupling is effected by a certain part of the rotor yoke force lines at the nominal speed depending on the degree of saturation of the yoke and the synchronous speed of the motor in the massive penetrate iron shaft. This line of force path in the wave can be called magnetic Shunt to the rotor yoke can be considered, with the size of the wave flux is extraordinarily dependent on the constant relative speed Degree of saturation of the rotor yoke and the respective permeability of the shaft. aside from that depends on the size of this magnetic flux and thus the transmittable torque by the relative frequency of rotation between the rotor yoke and the mechanical number of revolutions the wave, i.e. that with .higher frequencies with the known strong displacement effects are to be expected. Another fundamental meaning also has the fact that the entire main flux of the engine at nominal load is almost is twice as large as at standstill.

Hieraus geht hervor, daß das von der Kupplung zwischen Welle und Läuferjoch übertragbare Drehmoment außerordentlich stark vom Betriebszustand des Motors abhängig ist. Um die Kupplung ein- bzw. auszuschalten. muß der ganze Antriebsmotor ein-bzw. ausgeschaltet werden, wobei die Betätigung der Kupplung aber erst ganz allmählich mit dem Erreichen eines bestimmten Betriebszustandes des Antriebsmotors erfolgt, so daß für die Beschleunigung der Motorwelle das gesamte Schwungmoment des Motorläufers wirksam ist. Außerdem ist das von der Kupplung maximal übertragbare Drehmoment verhältnismäßig schwach, da der Kraftlinienweg durch die Welle nur einen Nebenschluß zu dem Hauptkraftlinienweg im Läuferjoch darstellt.This shows that the coupling between the shaft and the rotor yoke transmittable torque is extremely dependent on the operating condition of the engine is. To switch the clutch on or off. must the whole drive motor or. can be switched off, but the actuation of the clutch only very gradually takes place when a certain operating state of the drive motor is reached, so that for the acceleration of the motor shaft the entire moment of inertia of the motor rotor is effective. In addition, the maximum torque that can be transmitted by the clutch is proportionate weak because the line of force path through the shaft is only shunted to the main line of force path represents in the Läuferjoch.

Bei der Magnetpulverkupplung oder -bremse mit kleinem Schwungmoment, deren Magnetwege aus lamellierten Blechpaketen aufgebaut sind, ist nach der Erfindung die Erregerwicklung als verteilte Wicklung wie bei einer Wechselstrommaschine ohne ausgeprägte Pole in achsparallelen Nuten des äußeren Kupplungsteils angeordnet, der zusammen mit dem inneren Kupplungsteil einen geschlossenen, ringförmigen Arbeitsspalt für das Magnetpulver bildet.For magnetic particle clutches or brakes with a small moment of inertia, whose magnetic paths are constructed from laminated sheet metal stacks is according to the invention the excitation winding as a distributed winding as in an AC machine without pronounced poles arranged in axially parallel grooves of the outer coupling part, which, together with the inner coupling part, forms a closed, annular working gap for the magnetic powder.

Eine solche Kupplung kann unabhängig vom Betriebszustand des Antriebsmotors gesteuert werden, sie ist in der Lage, ein verhältnismäßig großes Drehmoment zu übertragen, das unabhängig vom Schlupf nur von der Höhe des Erregerstromes abhängt. Da die Kupplung außerdem ein extrem kleines Trägheitsmoment des getriebenen Teiles besitzt, sind große Beschleunigungen an der getriebenen Welle möglich. Infolge des lamellierten Aufbaues ist schließlich auch ein sehr schneller Aufbau des Magnetfeldes erreichbar. Eine derartige Kupplung ist also vorzugsweise für Steuer- und Regelungsaufgaben geeignet.Such a coupling can be independent of the operating state of the drive motor controlled, it is able to generate a relatively large torque transmitted, which depends only on the level of the excitation current, regardless of the slip. Since the clutch also has an extremely small moment of inertia of the driven part large accelerations on the driven shaft are possible. As a result of the Laminated structure is ultimately also a very rapid build-up of the magnetic field accessible. Such a coupling is therefore preferred for control and regulation tasks suitable.

Die nach dem Arbeitsspalt offenen Nuten werden nach dem Einbringen der Wicklung durch ein dünnes Eisenrohr zum Arbeitsspalt abgeschlossen. Es können auch völlig geschlossene Nuten vorgesehen werden, in welchem Falle die Wicklung eingefädelt wird. Der innere Kupplungsteil kann gegebenenfalls einen oder mehrere auf die axiale Länge verteilte Hohlräume aufweisen, die zur Aufnahme von Magnetpulver im Stillstand der gesamten Kupplung dienen.The grooves that are open after the working gap are opened after the insertion the winding is completed by a thin iron pipe to the working gap. It can also completely closed grooves can be provided, in which case the winding is threaded. The inner coupling part can optionally have one or more have cavities distributed over the axial length for receiving magnetic powder serve when the entire clutch is at a standstill.

Die Zeichnung zeigt schematisch an einem Beispiel den Aufbau einer Magnetpulverkupplung gemäß der Erfindung.The drawing shows a schematic example of the structure of a Magnetic particle clutch according to the invention.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt der Kupplung, während in Fig.3 der Verlauf der magnetischen Kraftlinien angedeutet ist.Fig. 1 shows a longitudinal section and Fig. 2 shows a cross section of the coupling, while in Figure 3 the course of the magnetic lines of force is indicated.

In Fig. 1 nimmt das mit der Welle 10 in Verbindung stehende Kupplungsgehäuse 11 das Blechpaket 12 mit der Erregerwicklung 13 auf, die über die Schleifringe 14 und die Zuleitungen 15 gespeist wird. Der innere Kupplungsteil 16 besteht aus einem zylindrischen Magnetkörper mit verhältnismäßig geringem Durchmesser, der in der Zeichnung als zylindrisches Blechpaket dargestellt ist, der aber auch aus einem Vollzylinder bestehen kann, wenn die Erregung der Kupplung nur mit Gleichstrom erfolgt. Infolge des geringen Durchmessers des inneren Kupplungsteiles 16 kann seine Masse trotz seines geringen Schwungmomentes verhältnismäßig groß sein, so daß er in der Lage ist, eine verhältnismäßig große Wärmemenge aufzunehmen. Dadurch wird das Magnetpulver bei kurzzeitigem Schlupfbetrieb vor einer Überhitzung geschützt. Der ringförmige Arbeitsspalt 17 ist mit dem Magnetpulver 18 gefüllt und zu den Lagern 19 hin durch Dichtringe 20 abgedichtet. 21 sind an sich bekannte, auf die Längsachse verteilte Hohlräume, die im Stillstand der gesamten Kupplung einen großen Teil des Magnetpulvers aufnehmen.In Fig. 1, the clutch housing connected to the shaft 10 takes place 11 the laminated core 12 with the excitation winding 13, which is connected via the slip rings 14 and the feed lines 15 are fed. The inner coupling part 16 consists of a cylindrical magnet body with a relatively small diameter, which is in the Drawing is shown as a cylindrical laminated core, but also from a Full cylinder can exist if the clutch is only excited with direct current. As a result of the small diameter of the inner coupling part 16, its mass despite its low moment of inertia be relatively large, so that it is in the Is able to absorb a relatively large amount of heat. This will make the magnet powder Protected against overheating in the event of brief slip operation. The ring-shaped one Working gap 17 is filled with the magnetic powder 18 and through to the bearings 19 Sealing rings 20 sealed. 21 are known per se, distributed along the longitudinal axis Cavities that form a large part of the magnetic powder when the entire clutch is at a standstill take up.

Aus Fig. 2 ist die Form der einzelnen Blechlamellen ersichtlich, aus denen das die Erregerwicklung 13 aufnehmende Blechpaket 12 zusammengesetzt ist. Die Nuten 22 sind zunächst nach dem Arbeitsspalt 17 zu offen. Nach dem Einbringen der Wicklung 13 werden sie durch ein dünnes Eisenrohr 23 gegenüber dem Arbeitsspalt abgeschlossen. Die Nuten 22 können auch, wie im unteren Teil von Fig. 2 gezeigt ist, von vornherein geschlossen sein. In diesem Falle wird die Wicklung 13 eingefädelt.From Fig. 2 the shape of the individual sheet metal lamellas can be seen from which the field winding 13 receiving the laminated core 12 is assembled. The grooves 22 are initially open after the working gap 17. After the introduction the winding 13 they are through a thin iron pipe 23 opposite the working gap closed. The grooves 22 can also, as shown in the lower part of FIG is to be closed from the start. In this case, the winding 13 is threaded.

Durch die Erregerwicklung 13 wird ein magnetischer Kraftfluß erzeugt, der den inneren Kupplungsteil 16 quer durchsetzt, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.A magnetic flux is generated by the excitation winding 13, which traverses the inner coupling part 16 transversely, as indicated in FIG. 3.

Die Erfindung kann mit gleichem Vorteil bei Magnetpulverbremsen benutzt werden. In diesem Falle würde der Außenteil 11, 12, 13 feststehend angeordnet werden.The invention can be used with the same advantage in magnetic particle brakes will. In this case, the outer part 11, 12, 13 would be arranged in a fixed manner.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Magnetic particle clutch or brake with small Moment of inertia, the magnetic paths of which are made up of laminated sheet metal stacks and whose excitation winding a magnetic field transversely penetrating the inner coupling part generated, preferably for control and regulating devices, characterized in that that the excitation winding (13) as a distributed winding as in an AC machine without pronounced poles in axially parallel grooves (22) of the outer coupling part (11, 12) is arranged, which together with the inner coupling part (16) forms a closed, forms annular working gap (17) for the magnetic powder.

2. Magnetic particle clutch or brake according to claim 1, characterized in that after the working gap (17) open grooves (22) after inserting the winding (13) through a thin iron pipe (23) are completed to the working gap.

3. Magnetic particle clutch or brake after Claim 1, characterized in that the grooves (22) are completely closed and the winding (13) is threaded.

4. Magnetic particle clutch or brake according to claim 1, characterized in that the inner coupling part (16) has one or more Cavities (21) distributed over the axial length for receiving magnetic powder at a standstill the entire clutch. Publications considered: German patent specification No. 852 573; U.S. Patent No. 2,543,394.