DE2412251A1

DE2412251A1 - Magnetische induktionskupplung

Info

Publication number: DE2412251A1
Application number: DE2412251A
Authority: DE
Inventors: Reginald James Coleman; Jonathan Reed
Original assignee: Pye Ltd
Current assignee: Pye Electronic Products Ltd
Priority date: 1973-03-23
Filing date: 1974-03-14
Publication date: 1974-10-03
Also published as: NL7403760A; US3894257A; JPS5337985B2; GB1450191A; JPS5025957A; IT1010810B; FR2222786A1; FR2222786B1; CH583386A5

Description

Patentanwälte >-*

Dr. Huno Wiicken

Dip!.-!n_S, Thom-ϊ Wilckan 9 A 1 ? ? R 1

DIpL-Chern. D;. \ ■/ji.^ang Läufer '

24 Lübeck, Breite Straße 62-54 J 3 Μ§ΓΖ 1974

Anmelderin:

Pye Limited, Cambridge, St. Andrews Road (England)

Magnetische Induktionskupplung

Die Erfindung betrifft eine magnetische Induktionskupplung zur Übertragung von Drehmomenten von einer antreibenden Welle auf eine angetriebene Welle.

Die erfindungsgemäße Kupplung ist gekennzeichnet durch ein erstes verdrehbares Teil aus ferromagnetische:!! Material, das eine Anzahl von sich axial erstreckenden Polstücken trägt, durch ein zweites verdrehbares Teil mit einer Scheibe aus nicht ferromagnetischem Material, die mit axialem Abstand den Polstiieken gegenüberliegt, durch einen Stator aus magnetischem Material, der einen Teil aufweist, der bezogen auf die Polstücke auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe liegt und einen Bereich einschließt oder mit einem Bereich verbunden ist, der sich bezogen auf die Scheibe um die gegenüberliegende Seite des ersten verdrehbaren Teils erstreckt, um einen Luftspalt zu bilden, der axial zwischen dem erwähnten Bereich und dem ersten drehbaren Teil verläuft, und durch dem Stator zugeordnete Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das durch die Scheibe, die Polstücke und den erwähnten axialen Luftspalt verläuft.

Die Induktionskupplung kann einen zweiten Bereich des Stators aufweisen, der sich um den Umfang .des ersten drehbaren Teils

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herum erstreckt, um einen weiteren effektiven Luftspalt zu bilden, der radial zwischen dem erwähnten zweiten Bereich und dem Umfang verläuft.

Die Einrichtungen zur Erzeugung des Magnetfeldes können entweder dem Statorteil zugeordnet werden, der bezogen auf die Polstücke auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe angeordnet ist, oder sie können dem Statorbereich zugeordnet sein, der relativ zur Scheibe gesehen auf der gegenüberliegenden Seite der Polstücke vorgesehen ist.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt gemäß der Schnittlinie X-X in Figur 3 durch eine Ausführungsform der Kupplung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine der Figur 1 ähnliche Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform für eine Kupplung,

Fig. 3 eine Endansicht in Richtung des Pfeils A von Kupplungen gemäß Figur 1 und 2,

Fig. 4 einen schematisch dargestellten Schnitt gemäß der Schnittlinie Y-Y in Figur 4 einer weiteren Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Kupplung,

Fig. 5 eine Endansicht der Kupplung, gesehen in Richtung des Pfeils A in Figur 4 und

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- 5 Fig. 6 eine Endansicht von Rotorpolstücken.

Die in den Figuren 1 und 3 gezeigte Induktionskupplung besteht aus einem Rotor 1 aus ferromagnetisehern Material, der auf der verdrehbaren Welle 3 eines Motors 4 sitzt, der an einem Teil eines Gehäuses oder Mantels 2. aus ebenfalls ferromagnetischem Material befestigt ist. Das Gehäuse bzw. der Mantel 2 schließt den.Rotor 1 ein und bildet einen Teil des Stators der Kupplung. Der Rotor besteht aus einer Anzahl von sich axial erstreckenden Polstücken 1a, die einem Statorteil 5 aus magnetischem Material über einen axialen Luftspalt 6 gegenüberliegen. Es können drei derartige Polstücke vorgesehen werden, die eine Form haben können, die der in Figur 6 dargestellten entspricht. Eine Scheibe 7 aus elektrisch leitendem, nicht magnetischem Material ist an einer Welle 8 befestigt und im Luftspalt 6 verdrehbar. Die Scheibe kann aus jedem geeigneten nicht magnetischem Material hergestellt werden, also beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Bei der gerade beschriebenen Ausführungsform bildet die Welle 8 die Ausgangswelle. Es ist allerdings verständlich, daß die Kupplung auch vom anderen Ende . aus angetrieben werden kann.

Eine stationäre Erregerspule 9 ist am Statorteil 5 befestigt, der mit dem Gehäuse 2 in Verbindung steht. Wenn die Spule 9 erregt wird, bildet sich ein durch die gebrochenen Linien 10 dargestellter Magnetfluß aus. Dieser Fluß läuft über den axialen Luftspalt 6 mit der Scheibe 7, durch die Rotorpolstücke 1, die

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insgesamt die gleiche Polarität haben, teilweise über einen axialen Luftspalt 11 in einen weiteren Teil 12 des Stators, der radial hinter dem Rotor 1 hervorragt, und weiterhin teilweise über einen radialen Luftspalt 13 in das Gehäuse bzw. den Mantel 2. Von dort aus kehrt der Fluß wieder zum Statorteil 5 zurück.

Die Proportionen der wirksamen Fläche und Länge der Luftspalte 6,11 und 13 sind so gewählt, daß eine axiale Zugkraft zwischen dem Rotor 1 und dem Statorteil 5 aufgrund von Magnetwirkungen ausgeglichen wird durch den axialen Zug zwischen dem Rotor 1 und dem Statorteil 12. Dieser Zug kann entweder völlig behoben oder auch so konzipiert werden, daß sich ein Anteil von resultierender Zugkraft in beiden Richtungen ergibt. Die Kupplung kann weiterhin mittels Luft gekühlt werden, die durch die- Öff^· nungen 15 in den Statorteil 12 gelangt und entsprechend der strichpunktierten Linie 14 zwischen die Polstücke strömt. Der Statorteil 12 bildet eine Endplatte, an welcher der Motor 4 befestigt ist.

Das in den Figuren 2 und 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ist· grundsätzlich dem in Figur 1 gezeigten ähnlich, so daß für einander entsprechende Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Allerdings ist bei der Kupplung nach Figur 2 das Gehäuse 2 bei 2a um ein ausreichendes Maß hinterschnitten bzw. zurückgeschnitten, um den Einfluß des radialen Luftspaltes 13 nach Figur 1 auszuschließen, während der Weg des in gebrochenen Linien angedeuteten Flusses 10a durch den axialen Hauptluftspalt

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6 und durch den zweiten axialen Luftspalt 11 in den Statorteil 12 verläuft* Bei dieser Ausführungsform sind die Proportionen der wirksamen Fläche und Länge der Luftspalte 6 und 11 so gewählt, daß Qeder aufgrund von Magnetkräften entstehende axiale Zug zwischen dem Rotor 1 und dem Statorteil 5 ausgeglichen werden kann, und zwar durch eine axiale Zugkraft zwischen dem Rotor 1 und dem Statorteil 12. Die resultierende axiale Zugkraft kann vollständig ausgeschaltet oder auch eingeregelt werden, wie es schon im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert würde.

Beide beschriebenen Ausführungsformen haben einen Tachogenerator 17, der sich innerhalb eines am Gehäuse 2 befestigten Deckels 16 befindet.

Die in den Figuren 4,5 und 6 gezeigte Induktionskupplung hat einen Rotor 20 aus ferromagnetischem Material, der auf einer in Lagern 22 verdrehbaren Welle· 21 befestigt ist. Der Rotor 20 ist mit einer Anzahl von sich axial erstreckenden Polstücken 24 versehen. Wie aus Figur 6 hervorgeht, sind insgesamt drei derartige Polstücke vorgesehen, die eine im wesentlichen dreieckige Form haben. Die Polstücke liegen einem Teil 25 eines Stators aus Magnetmaterial über einem axialen Luftspalt 26 gegenüber. Eine Scheibe 27 aus elektrisch leitendem, nicht magnetischem Material ist im Luftspalt 26 verdrehbar und ist zu diesem Zweck an einer Welle 28 befestigt, die in den Lagern 29 umläuft. Die Scheibe kann aus jedem geeigneten nicht magnetischem Material angefertigt sein, wie etwa aus Zupfer, Aluminium oder aus einer AIu-

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miniumlegierung.

Ein weiterer Teil 30 des Stators, der bezüglich der Scheibe 27 auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors 20 liegt, wird von einer Erregerspule 31 umgeben und ist vom. Rotor durch einen engen axialen Luftspalt 32 getrennt. Dieser Statorteil ist an einem Endstück 33 befestigt, während die Statorteile 25 und 33 miteinander über einen rechteckigen Statorteil 34 verbunden sind, der einen Teil des Maschinengehäuses bildet. Alle Statorteile bestehen aus ferromagnetischem Material.

Wenn die Spule 31 erregt wird, verläuft der sich aufbauende Magnetfluß sowohl durch den axialen Luftspalt 26 mit der Scheibe als auch durch den zweiten axialen Luftspalt 32 sowie durch die Statorteile 25,34,33 und 30, wie es durch die gebrochenen Linien 23 angedeutet ist. Der axiale Luftspalt 32 ist um ein Vielfaches kleiner als der kürzeste radiale Abstand zwischen dem Rotor 20 und dem Statorteil 34, wodurch im Prinzip nur die axialen Luftspalte im Magnetkreis der Kupplung wirksam werden.

Im Vergleich zu der in Figur 2 gezeigten Kupplung wird deutlich, daß bei der hier beschriebenen Ausführungsform„die Erregerspule 31 in bezug auf die Scheibe 27 auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors 20 liegt und daß eine Konstruktion dieser Art die Möglichkeit gibt, die Gesamtlänge der Kupplung zu reduzieren. Hinzuweisen wäre noch darauf, daß die Kupplung an beiden Wellen angetrieben werden kann.

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Die Kupplung weist ebenfalls einen Tachogenerator 35 auf, der im Gehäuse 36 liegt, das am Teil 25 des Stators angebracht ist.

Wenn es gewünscht wird, könnten die Statorteile 2 und 34 aus mehreren getrennten Bauteilen hergestellt werden. Außerdem könnten sie mit Schlitzen oder Öffnungen versehen werden, um die Belüftung und Kühlung der Kupplung zu verbessern und zu unterstützen. Da außerdem die gesamte Form der Statorteile 2 und 34, die das äußere Gehäuse der Kupplung bilden, von einer Kreisform abweicht, kann man eine größere Anpassungsfähigkeit hin- ■ sichtlich der Formgebung des Stators erreichen.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Erregerspule für die verschiedenen beschriebenen Kupplungsarten auch durch mindestens einen Permanentmagneten ersetzt werden könnte.

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Them33 Wilcken

Anmelderin:

Pye Limited, Cambridge, St. Andrews Road, (England)

Ansprüche

\1.. Magnetische Induktionskupplung, gekennzeichnet durch ein erstes verdrehbares Teil aus ferr©magnetischem Material, das eine Anzahl von sich axial erstreckenden Polstücken trägt, durch ein zweites verdrehbares Teil mit einer Scheibe aus nicht ferromagnetischem Material, die mit axialem Abstand den Polstücken gegenüberliegt, durch einen Stator aus magnetischem Material, der einen Teil aufweist, welcher hinsichtlich der Polstücke auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe angeordnet ist und einen Bereich einschließt oder mit einem Bereich verbunden ist, der sich in bezug auf die Scheibe um die gegenüberliegende Seite des ersten verdrehbaren Teils erstreckt, um einen Luftspalt zu bilden, der axial zwischen dem erwähnten Bereich und dem ersten verdrehbaren Teil verläuft, und durch dem Stator zugeordnete Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das durch die Scheibe, die Polstücke und den axialen Luftspalt verläuft.
2. Induktionskupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Bereich des Stators, der sich um den Umfang des ersten verdrehbaren Teils erstreckt, um einen weiteren effektiven

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Luftspalt zu bilden, der radial zwischen dem zweiten Bereich und dem Umfang verläuft.
3. Induktionskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionen der v/irksamen Fläche und Länge des axialen Luftspalts und des weiteren axialen Luftspalts, in dem sich die Scheibe befindet, so gewählt sind, daß jede aufgrund von Magnetkräften auftretende axiale Zugkraft zwischen dem ersten verdrehbaren Teil und dem erwähnten Statorteil ausgeglichen wird durch eine axiale Zugkraft, die aufgrund von Magnetkräften zwischen dem ersten verdrehbaren Teil und dem erwähnten Bereich auftritt.
4. Induktionskupplung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste verdrehbare Teil mit Polstücken versehen ist, die, in Axialrichtung gesehen, einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt haben.
5. Induktionskupplung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung des Magnetfeldes dem Teil des Stators zugeordnet sind, der bezüglich der Polstücke auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe angeordnet ist.
6. Induktionskupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung des Magnetfeldes dem Bereich des Stators zugeordnet

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sind, der relativ zur Scheibe auf der gegenüberliegenden Seite der Polstücke liegt.
7. Induktionskupplung nach.einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung des Magnetfeldes eine oder mehrere Erregerspulen aufweisen, die vom Stator getragen werden.
8. Induktionskupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Statorbereich, der sich relativ zur Scheibe gesehen auf der gegenüberliegenden Seite des ersten verdrehbaren Teils befindet, Öffnungen aufweist, durch die Kühlluft in die Kupplung eingezogen wird.
9. Induktionskupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Form des Stators, die das äußere Kupplungsgehäuse bildet, im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sind.

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