DE2821089C2 - Vielpolige Magnetkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine vielpolige Magnetkupplung mit einem Synchronteil, der auf beiden Kupplungshälften Dauermagnete in gleicher Anzahl aufweist, und einem Asynchronteil, bestehend aus Dauermagneten auf der einen Kupplungshälfte und Gegenpolen aus Hysterese-Material auf der anderen Kupplungshälfte.

Eine derartige Magnetkupplung zeigt die DE-AS Il 18 338. Die aus Hysterese-Material bestehenden Dauermagnete der einen Kupplungshälfte sind dabei als zwei konzentrische Ringe angeordnet. Die magnetischen Eigenschaften des außenliegenden Dauermagnetringes sind so gewählt, daß dieser bei einer Verdrehung der beiden Kupplungshälften gegeneinanderlaufend ummagnetisiert wird, weil die Koerzitivkraft dieses einen Dauermagneten kleiner ist als die des innen liegenden Dauermagnetringes. Die Werkstoffe der ringförmigen Magnete sind somit unterschiedlich. Dadurch wird sichergestellt, daß bei einer Verdrehung der beiden Kupplungshälften gegeneinander nur der äußere Magnetring, nicht aber der innere Magnetring durch das Feld des Dauermagneten auf der anderen Kupplungshälfte ummagnetisiert wird. Eine solche Anordnung bedingt aber eine aufwendige Steuerungsmaßnahme beim Anlauf der Kupplung. Es beisteht zwar die Möglichkeit, mit dieser bekannten Kupplung aus dem Stillstand sofort auf volle Touren zu gehen, wenn dadurch z. 13. ein Generator im Leerlauf oder eine Pumpe ohne Förderleistung in Gang gesetzt werden sollen. Nach einer gewissen Zeit laufen dann die beiden Kupplungshälften synchron, wobei in diesem Augenblick die zusätzliche Kupplungswirkung zwischen den beiden Dauermagneten beider Kupplungshälften eintritt Erst dann kann auch auf der Antriebsseite die volle Last hinzugegeben werden.

Die US-PS 35 73 517 betrifft eine vielpolige Magnetkupplung, bei der die Kupplungshälften zusätzlich mit

ίο Materialien bestückt sind, die Wirbelstom-tvlomente erzeugen. Es treten dabei dieselben Nachte^;le auf, wie sie der vorstehend besprochenen Kupplung anhaften.

Die US-PS 27 54 438 betrifft eine Magnetkupplung, bei der eine Scheibe aus Eisen mit einer geschlitzten

ι¹} Scheibe aus Kupfer laminiert ist, in der Wirbelströme entstehen, wobei die Schlitze mit einem Eisenmaterial gefüllt sind. Es handelt sich bei dieser Kupplung um eine sogenannte Rastkupplung mit auf der einen Seite rechteckig und auf der anderen Seite hufeisenförmig geformten Polen. Die Kupplung weist zwar mehrere Polreihen auf, jedoch ist der Aufbau der Pole auf den zwei Kuppiungshäiften so gestaltet, daß sie immer mit einer Polreihe auf Deckung und mit der anderen auf Lücke stehen. Die Stirnfläche der hufeisenförmig geformten Pole einer Kupplungsseite ist so groß, daß sie die rechteckig geformte kleinere Stirnfläche der radial zueinander versetzten Doppelreihe der anderen Kupplungsseite im Schlupfbetrieb überstreicht Durch die DE-PS 2319 332 ist eine vielpolige Magnetkupplung bekanntgeworden, die zur berührungslosen Übertragung von Kräften oder Drehmomenten dient und aus zwei Kupplungshälften besteht, von denen die eine mit Magneten einer bestimmten Polteilung und Polzahl und die andere mit magnetisier baren Polstücken gleicher Polfläche, gleichen Polum- fangs und einer bestimmten Polteilung versehen ist. Dabei ist zwischen einander deckenden Polstücken beider Kupplungshälften die Polzahl der einen Kupplungshälfte um 1 von der Polzahl der anderen Kupplungshälfte verschieden. Duii eine solche Ausführung wird eine wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Kupplungen erzielt, bei denen das antreibende und das angetriebene Teil im allgemeinen mit gleicher Polzahl versehen sind. Derartige Kupplungen besitzen ein zwar vergleichsweise hohes Synchrondrehmoment. Wird dieses Synchrondrehmoment jedoch überschritten, dann ergibt sich nicht nur ein sehr geringes Asynchronmoment, sondern es entstehen insbesondere bei den Axialdrehkupplungen erhebliche Rüttelkräfte, die in axialer Richtung wirken. Außerdem treten bei Überschreitung des Synchrondrehmoments nachteilige Schwingungen auf.

Die Nachteile der vorbeschriebenen verschiedenartigen Magnetkupplungen seien nochmals kurz zusam- mengefaßt: Magnetische Rastkupplungen mit gleicher Polzahl beim antreibenden und angetriebenen Teil ergeben ein hohes Synchronmoment, jedoch ein kleines Asynchronmoment und im Asynchronlauf unerwünchte Rüttelkräfte. Wirbelstromkupplungen haben kein Sy η- chronmoment, sondern wirken nur bei entsprechendem Schlupf. Die Rastkupplung nach der DE-PS 23 19 332 ergibt bei der hier beanspruchten ungleichen Polzahl im antreibenden und angetriebenen Teil ein geringeres Synchronmoment als eine gleich große und mit

M gleichem Magnetwerkstoff bestückte magnetische Rastkupplung üblicher Bauart. Das Asynchronmoment ist bei dieser Magnetkupplung jedoch verbessert, und die Rüttelkräfte sind im Vergleich zu üblichen

magnetischen Rastkupplungen wesentlich vermindert,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetkupplung zu schaffen, die bei hohem Synchronmoment auch ein hohes Asynchronmoment ergibt, und bei der axiale oder radiale Rüttelkräfte im Asynchronlauf auf ein Minimum reduziert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß im Asynchronteil eine von der Anzahl der dauermagnetischen Pole (2,3) verschiedene Anzahl von Gegenpolen (2a, 3a) in elf&trisch leitendes Material eingelagert ist und daß im Asynchronteil die Pole auf beiden Kupplungshälften in mehreren konzentrischen Polreihen derart angeordnet sind, daß sie einen Polsprung in kleinen Stufen ergeben.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß die Wirbelstrom- und Hysteresedrehmomente erzeugenden Materialien auf einem größeren Durchmesser angeordnet sind als die eine Rastkupplung mit hohem Synchronmoment ergebenden Dauermagnete.

Es ist vorteilhaft, daß bei nicht wechselnder Drehrichtung die Magnete des Synchronteils Segmentform aufweisen and daß die Pole des Synchronteüs einer Kupplungshälfte die in Drehrichtung zeige:.de vordere Kante schräg gestellt haben.

Zweckmäßig ist es auch, daß die Dauermagnete oder die magnetisierbaren Polstücke einer Kupplungshälfte gegenüber der anderen Kupplungshälfte verschieden großen Umfang aufweisen. Dadurch wird ein noch weicherer Übergang vom Synchronlauf in den Asynchronlauf ermöglicht

F i g. 1 zeigt ein Diagramm, das den theoretischen Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl bei Wirbelstrom- und bei Hyseresekupplungen darstellt. Gestrichelt eingetragen ist der wahre Verlauf des Drehmoments. Die Abweichungen von der theoretischen Kurve kommen bei der Wirbelstromkupplung daher, daß einmal die induzierten Wirbelströme den elektrischen Leiter (Kupferplatte oder Kupferscheibe) erwärmen und außerdem eine Verschiebung des Magnetflusses im antreibenden Teil bewirken. Die Abweichung von der theoretischen Kurve der Hysteresekupplung ist eine Folge der Wirbelströme, die dann im angetriebenen Teil entstehen, wenn dieser aus schwach dauermagnetischem Material bestehende Teil elektrisch leitend und nicht in Zonen unterteilt ist.

Die Zeichnungen, Fig.2 und Fig.3, zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgeriiäßen Magnetkupplung.

Fig.2 zeigt die Draufsicht auf die antreibende Scheibe 1 und die ihr gegenüberstehende angetriebene Scheibe la einer Axiakhehkupplung. Auf der antreibenden Scheibe 1 aus Eisen sitzen bei diesem Beispiel drei Reihen kreisrunder Dauermagnetscheiben 2 und nahe dem Zentrum der Scheibe 1 sind z.B. 12 Stück Dauermagnetsegmente 3 angeordnet. Der Scheibe 1 gegenüber steht die Scheibe la mit vorzugsweise gleichem Durchmesser, die ebenfalls aus Eisen besteht. Die Scheibe la ist zwischen den Durchmessern d\ und D 2 mit einem Kupferbelag versehen, in dem Wirbelströme induziert werden. Dieser Kupferbelag von z. B. i bis 3 mm Dicke ist mit z. B. kreisrunden Löchern 2b

ίο versehen, in die unmagnetisierte, schwach dauermagnetische Scheiben als Hystereseorgane eingesetzt sind. Hierbei kann entsprechend der DE-PS 23 19 332 die Zahl der Löcher 2b mit den eingesetzten unmagnetisierten, schwach dauermagnetischen Scheiben von der Zahl

is der Magnetpole der Scheibe 1 verschieden sein. Die auf der Scheibe la um das Kreiszentrum angeordneten Segmente 3a können entweder aus dauermagnetischem oder weichmagnetischem Material hergestellt sein. Wird ein hohes Synchronmoment verlangt, so sind Dauermagnete gleicher Art und gleicher Zahl wie bei der Scheibe 1 vorzusehen, aHerenfalls sind die Segmente der Scheibe la aus Weicheisen und in anderer Polzahl wie die Magnete 1 zu fertigen. Je nach dem gewünschten Drehmomentenverlauf in Abhängigkeit von der Drehzahl kann der Anteil des synchronen Rastdrehmoments sowie die Anteile der asynchronen Wirbelstrom- und Hysteresedrehmomente dadurch verändert werden, daß ein größerer oder kleinerer Teil des angetriebenen Teils mit einem elektrischen Leiter (Wirbelstromwirkung), mit uromagnetisierbarem, schwach dauermagnetischem Material oder mit magnetisiertem, stark dauermagnetischem Material gleicher oder unterschiedlicher Polzahl versehen wird.

In entsprechender Weise kann auch bei einer Radialdrehkupplung verfahren werden.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetkupplung. Die beiden Scheiben (antreibende und getriebene) sind dabei aufeinander projiziert Die Ansicht zeigt den Ausschnitt

•to eines Polfeldes in der äußeren Polreihe 1, sie sich deckenden Polstücke 2 und 3, einen gegen den Magnetpol verschobenen magnetisierbaren Pol 4, den Ausschnitt aus dem inneren Polfeld in Segmentform 5 mit dem magnetisierbaren oder magnetischen Polstück

«5 6 und einen Magnetpol 7.

Als stark dauermagnetischer Werkstoff, insbesondere auf dem angetriebenen Teil, eignet sich eine Seltenerd-Kobalt-Legierung. Für das zyklisch ummagnetisierbare, schwach dauermagnetische Material eignen sich verschiedene härtbare Chromkohlenstoffstähle, sowie Legierungen auf der Basis Eisen — Kobalt — Vanadium.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vielpolige Magnetkupplung mit einem Synchronteil, der auf beiden Kupplungshälften Dauermagnete in gleicher Anzahl aufweist, und einem Asynchronteil, bestehend aus Dauermagneten auf der einen Kupplungshälfte und Gegenpolen aus Hysteresematerial auf der anderen Kupplungshälfte, dadurch gekennzeichnet, daß im Asynchronteil eine von der Anzahl der dauermagnetischen Pole (2, 3) verschiedene Anzahl von Gegenpolen (2a, 3a) in elektrisch leitendes Material eingelagert ist und daß im Asynchronteil die Pole auf beiden Kupplungshälften in mehreren konzentrischen Polreihen derart angeordnet sind, daß sie einen Polsprung in kleinen Stufen ergeben.

2. Magnetkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausführung als Stirndrehkupplung die Wirbelstrom- und Hysteresedrehmomente erzeugenden Materialien auf einem größeren Durchmesser angeordnet sind, als die eine Rastkupplung mit hohem Synchronmoment ergebenden Dauermagnete.

3. Magnetkupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht wechselnder Drehrichtung die Magnetpole des Synchronteils Segmentform aufweisen und daß die Pole des Synchronteils einer Kupplungshälfte die in Drehrichtung zeigende vordere Kante schräg gestellt haben.

4. MagnetVupplung nach Anspruch 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete oder die magnctisiei baren Polstücke einer Kupplungshälfte gegenüber der anderen Kupplungshälfte verschieden großen Umfang aufweisen.