DE2853861A1

DE2853861A1 - Elektromagnetische kupplung

Info

Publication number: DE2853861A1
Application number: DE19782853861
Authority: DE
Inventors: Paul P Newton; Robert A Olsen
Original assignee: Warner Electric Brake and Clutch Co
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1979-06-21
Also published as: GB2010420A; IT7830807A0; DE7836951U1; IT1101567B; FR2412006A1; JPS5484160A; US4160498A

Description

DR.-INS. DIPL.-ING.M. SC. DIPL.-PHYS. DF,. OIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSEACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE EN STUTTGART ΊΛ Γ

ZoD3861

A 43 016 b Anmelder: Warner Electric Brake &

k-171 Clutch Company

11. Dezember 1978 -3- BELOIT,Wis. 53511,USA

Elektromagnetische Kupplung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung mit einem ringförmigen Rotor, welcher einen inneren und einen dazu konzentrischen äusseren Ring mit jeweils einer Polfläche an einem Ende jedes der Ringe aufweist, mit einem relativ zum Rotor drehbar befestigten Anker, welcher durch einen den Rotor und den Anker durchfliessenden magnetischen Fluss in axialer Richtung gegen die Polflächen des Rotors bewegbar ist, mit einem stationär befestigten Magnetkern, der einen inneren Ring und einen dazu konzentrischen, radial im Abstand von dem inneren Ring befindlichen äusseren Ring sowie eine die Ringe verbindende Brücke aufweist, und mit zwischen dem Magnetkern und dem Rotor vorgesehenen Einrichtungen zur Erzeugung eines magnetischen Flusses,

Die Erfindung befasst sich also mit einer elektromagnetischen Kupplung mit einem stationären Magnetkern, mit einem Rotor und mit einem relativ zum Rotor drehbaren Anker. Dabei besitzen sowohl der Magnetkern als auch der Rotor jeweils einen inneren und einen äusseren Polring, die im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei zwischen den Polringen des Magnetkerns und den Polringen des Rotors radiale Luftspalte mit geringer, exakt vorgegebener Spaltbreite vorhanden sind. Ausserdem ist zwischen dem Magnetkern und dem Rotor bei derartigen Kupplungen eine Wicklung mit mehreren Windungen vorgesehen, welche, wenn sie erregt wird, einen magnetischen Fluss erzeugt, der die Luftspalte zwischen den Bauteilen kreuzt und den Anker gegen Polflächen

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zieht, die durch Enden der Polringe des Rotors gebildet werden. Wenn der Anker auf diese Weise mit dem Rotor verbunden ist, dreht er sich gemeinsam mit diesem , wobei das übertragbare Drehmoment teilweise von der vorgegebenen Stärke des magnetischen Flusses abhängig ist, welcher die Luftspalte zwischen dem Rotor und dem Magnetkern kreuzt.

Eine Kupplung dieser Bauart ist in der US-PS 2 796 962 beschrieben, gemäss welcher der äussere Polring des Rotors an seinem äusseren umfang mit einer Ringnut versehen ist, die einen endlosen Treibriemen zum Antreiben des Rotors aufnimmt.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Kupplung der vorstehend beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie bei im wesentlichen gleichbleibendem übertragbaren Drehmoment leichter ist und in radialer Richtung verringerte Abmessungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine elektromagnetische Kupplung der eingangs beschriebenen Art gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der innere Ring des Magnetkerns zwischen dem inneren Ring und dem äusseren Ring des Rotors angeordnet ist, daß die Brücke des Magnetkerns längs des der Polfläche abgewandten Endes des äusseren Rings des Rotors angeordnet ist und daß der äussere Ring des Magnetkerns radial ausserhalb des

,des Rotors .
äusseren Rings/angeordnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Kupplung besteht darin, daß für den magnetischen Fluss nicht nur ein radialer Luftspalt zwischen dem äusseren Polring des Magnetkerns und dem äusseren Polring des Rotors zur Verfügung steht, sondern auch ein radialer Luftspalt zwischen der Brücke des Magnetkerns und dem äusseren Polring des Rotors, wodurch der Wider-

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stand des magnetischen Kreises abgesenkt wird. Dabei ist es in Ausgestaltung der Erfindung möglich, den äusseren Polring des Magnetkerns in axialer Richtung so zu verkürzen, daß er nur einen Teil des äusseren Polrings des Rotors umgibt, so daß die gegenüber dem äusseren Polring des Magnetkerns radial nach innen
versetzte äussere ümfangsflache des äusseren Polrings des Rotors als Riemenscheibe für einen Treibriemen verwendet werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend noch anhand von Zeichnungen näher erläutert und/oder
sind Gegenstand von Unteransprüchen.Es zeigen:

Fig. 1 Einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemassen Kupplung und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

Im einzelnen zeigt die Zeichnung eine elektromagnetische Kupplung 10 in Verbindung mit einem zu einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage gehörigen Kompressor 11, der einen rohrförmigen Ansatz 13 für das Montieren der Kupplung 10 aufweist, sowie eine Antriebswelle 14, welche durch den Ansatz 13 hindurchreicht.

Die Kupplung 10 besitzt einen ringförmigen Rotor 15, der vom
Motor (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs durch einen endlosen Riemen 16 antreibbar ist und der auf dem rohrförmigen Ansatz 13 des Kompressors 11 mittels eines Kugellagers 17 gelagert ist. Der Rotor 15 ist im (radialen) Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet und umfasst einen inneren Polring 19 und einen äusseren Polring 20, wobei die beiden Polringe
19,20 konzentrisch zueinander verlaufen und aus magnetischem
Material bestehen und wobei der innere Polring 19 am äusseren

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Lagerring des Kugellagers 17 befestigt ist. Die vorderen - in Fig. 1 rechten-Enden der-Polringe 19,20 bilden Polflächen 21 bzw. 22. Die Polflächen 21,22 sind durch radial im Abstand voneinander angeordnete Sätze 23 und 24 von in ümfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten bogenförmigen Schlitzen magnetisch gegeneinander isoliert, jedoch körperlich durch einen Zwischenring 26 zwischen den beiden Sätzen von Schlitzen miteinander verbunden. Hinsichtlich dieser speziellen Ausgestaltung der Schlitze - wird im übrigen auf dieParallelanmeldung der Anmelderin (P ) (Titel: Elektromagnetische Kupplung; Anwaltsakte: A kj> 017.

Antrag vom 12.12.1978 ) verwiesen, wo der Aufbau des vorderen Endes des Rotors und der Polflächen ins einzelne gehend beschrieben ist.

Zwischen den Polringen 17 und 19 des Rotors 15 ist eine Wicklung 27 mit mehreren Windungen vorgesehen. Wenn die Wicklung 27 durch Anlegen an eine Spannungsquelle erregt wird, dann erzeugt sie einen magnetischen Fluss, durch den ein Anker 29 gegen die Polflächen 21 und 22 des Rotors 15 gezogen wird, durch den also die Kupplung 10 eingekuppelt wird. Beim Ausführungsbeispiel besteht der Anker 29 aus einem Kreisring mit mehreren in ümfangsrichtung in Abstand voneinander angeordneten bogenförmigen Schlitzen (nicht sichtbar) zwischen seiner Innenseite und seiner Aussenseite. Der Anker 29 ist über einen Satz von in ümfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Blattfedern 30 mit einer Nabenanordnung 31 verbunden, die ihrerseits mit Hilfe eines Keils 33 mit der Antriebswelle 14 des Kompressors 11 verbunden ist. Die Blattfedern 30 halten den Anker 29 normalerweise derart im Abstand von den Polflächen 21, 22, daß sich zwischen diesen und dem Anker ein schmaler axialer Luftspalt 34 ergibt. Bei Erregung der Wicklung 27 verläuft der magnetische Fluss längs eines Pfades 25, der als gestrichelte Linie eingezeichnet ist und den Luft-

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spalt 34 kreuzt, so daß der Anker 29 in Reibkontakt mit den Polflächen 21,22 gezogax,wird und nunmehr mit dem Rotor 15 gekuppelt ist, so daß sich der Anker 29 und Rotor 15 gemeinsam drehen , um eine Drehbewegung der Antriebswelle 14 herbeizuführen. Eine nähere Beschreibung des Aufbaus des Ankers befindet sich ebenfalls in der genannten Parallelanmeldung.

Der von der Wicklung 27 erzeugte magnetische Fluss wird zwischen der Wicklung 27 und dem Rotor 17 mit Hilfe eines Magnetkerns 35 übertragen, der am stirnseitigen - in Fig. 1 rechten - Ende des Kompressors 11 stationär befestigt ist. Erfindungsgemäss besitzt der Magnetkern 35 eine spezielle Form und ist in spezieller Weise bezüglich des Rotors 15 derart angeordnet, daß die radialen Abmessungen und das Gewicht der Kupplung 10 verringert werden können, wenn das gleiche Drehmoment übertragen werden soll wie bei vorbekannten Kupplungen mit einer mit der Wicklung 27 vergleichbaren Erregerwicklung.

Im einzelnen ist der Magnetkern 35 im (radialen) Querschnitt im wesentlichen J-förmig ausgebildet und besitzt einen inneren Polring 36, der dem langen Schenkel des "J" entspricht. Der innere Polring 36 liegt zwischen der Wicklung 27 und dem inneren Polring 19 des Rotors 15 und ist vom äusseren Umfang des inneren Polrings 19 des Rotors 15 durch einen radialen Luftspalt 37 getrennt. Die inneren Polringe 19 und 36 des Rotors 15 bzw. des Magnetkerns 35 sind präzise verarbeitet und so ausgerichtet, daß der radiale Luftspalt 37 eine exakt vorgegebene Breite von beispielsweise 0,5 mm besitzt. An der Aussenseite des inneren Polrings 36 ist ein ringförmiger Kanal 39 befestigt, der eine Aufnahme bildet, in der die Wicklung 27 mit Hilfe eines Epoxid-Harzes oder dergleichen festgelegt ist.

Der Magnetkern 35 besitzt ferner eine mit dem inneren Polring 36 einstückig ausgebildete in radialer Richtung verlaufende

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Brücke 40, welche an der Stirnseite des Kompressors 11 befestigt ist und welche den Fussteil des "J" bildet. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel reicht die Brücke 40 in radialer Richtung über das hintere Ende 41 des äusseren Polrings 20 des Rotors hinaus und ist von diesem durch einen Luftspalt 43 mit exakt vorgegebener Breite in der Grössenordnung von etwa 0,63 mm getrennt.

Erfindungsgemäss besitzt der Magnetkern 35 ferner einen äusseren Polring 44, der in radialer Richtung ausserhalb des äusseren Polrings 20 des Rotors 15 angeordnet ist und nur den hinteren Teil des Polrings 20 umgibt. Der äussere Polring 44 des Magnetkerns 35 ist einstückig an den äusseren Rand der Brücke 40 angeformt und bildet den kürzeren Schenkel des "J" und ist von dem äusseren Polring 20 des Rotors 15 durch einen radialen Luftspalt 45 getrennt, dessen Breite exakt vorgegeben ist und etwa 0,5 mm beträgt. Wenn die wicklung²⁷ erregt wird, verläuft der geregelte Magnetfluss zwischen dem Magnetkern 35 und dem Rotor 15 in radialer Richtung zwischen den inneren Polringen36 und 19 über den Luftspalt 37, in radialer Richtung zwischen den äusseren Polringen 44 und 20 über den Luftspalt 45 und ausserdem in axialer Richtung zwischen der Brücke 40 und dem hinteren Ende 41 des äusseren Polrings über den Luftspalt 43, wie dies aus dem eingezeichneten Pfad 25 für den magnetischen F.luss in Fig. 1 deutlich wird.

Da der äussere Peilring 44 des Magnetkerns 35 nur den hinteren Teil des äusserenPolrings 20 des Rotors 15 umgibt, kann der Riemen 16 direkt um den freiliegenden vorderen Teil des äusseren Polrings 20 herumgelegt werden und relativ nahe an der Achse der Kupplung 10. Beim Ausführungsbeispiel sind mehrere in Umfangsrichtung verlaufende in axialem Abstand voneinander vorgesehene Nuten 50 an der Aussenseite des äusseren Polrings

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vorgesehen und nehmen komplementär geformte Rippen an der Innenseite des Riemens 16 auf. Auf diese Weise wird der äussere Polring 20 zu einer Riemenscheibe für den Antriebsriemen 16.

Da der äussere Polring 20 des Rotors 15 gegenüber dem äusseren Polring 44 des Kerns 35 nach innen versetzt ist und nicht nach aussen, kann der äussere Polring 20 des Rotors 15 näher an die Achse der Kupplung 10 herangelegt werden, wobei die die Riemenscheibe bildenden Nuten 50 radial innerhalb des äusseren Polrings 44 des Magnetkerns 35 liegen können. Auf diese Weise wird es möglich, die radialen Abmessungen und das Gewicht der Kupplung 10 insgesamt zu verringern. Der äussere Polring 44 des Magnetkerns 35 ist relativ kurz, so daß derRiemen 16 direkt um den vorderen Teil des äusseren Polrings 20 des Rotors 15 herumgelegt werden kann, was zur Folge hat, daß die sich überlappenden Umfangsflachen der äusseren Polringe 20 und 44 in axialer Richtung nicht ausreichend lang sind, um den für das gewünschte Drehmoment erforderlichen magnetischen Fluss über den radialen Luftspalt 45 zu übertragen. Der über den radialen Luftspalt 45 übertragene magnetische Fluss wird jedoch dadurch vergrössert, daß ein geregelter Anteil des magnetischen Flusses über den axialen Luftspalt 43 zwischen der Brücke 40 und dem hinteren Ende 41 des äusseren Polrings 20 übertragen wird. Auf diese Weise wird das von der Kupplung 10 übertragbare Drehmoment aufrechterhalten, obwohl der äussere Polring 44 des Magnetkerns 35 in axialer Richtung relativ kurz ist.Es besteht folglich auch keine Notwendigkeit, die Abmessungen der Kupplung in axialer Richtung zu vergrössern.

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Claims

P atentanspriiche:

Elektromagnetische Kupplung mit einem ringförmigen Rotor, welcher einen inneren und einen dazu konzentrischen äusseren Ring mit jeweils einer Polfläche an einem Ende jedes der Ringe aufweist, mit einem relativ zum Rotor drehbar befestigten Anker, welcher durch einen den Rotor und den Anker durchfliessenden magnetischen Fluss in axialer Richtung gegen die Polflächen des Rotors bewegbar ist, mit einem stationär befestigten Magnetkern, der einen inneren Ring und einen dazu konzentrischen, radial im Abstand von dem inneren Ring befindlichen äusseren Ring sowie eine die Ringe verbindende Brücke aufweist,und mit zwischen dem Magnetkern und dem Rotor vorgesehenen Einrichtungen zur Erzeugung eines magnetischen Flusses, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ring (36) des Magnetkerns (35) zwischen dem inneren Ring (19) und dam äusseren Ring (20) des Rotors (15) angeordnet ist, daß die Brücke (40) des Magnetkerns (35) längs des der Polfläche (22) abgewandten Endes (41) des äusseren Rings (20) des Rotors (15) angeordnet ist und daß der äussere Ring (44) des Magnetkerns (35) radial ausserhalb des äusseren Rings

,des Rotors
(20)' angeordnet ist.

Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren Ring (36) des Magnetkerns (35) und dem inneren Ring (19) des Rotors (15) ein radialer Luftspalt (37) vorgegebener Spaltbreite vorhanden ist, daß zwischen der Brücke (40) des Magnetkerns (35) und dem der Polfläche (22) abgewandten Ende (41) des äusseren Rings (20) des Rotors (15)

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ein axialer Luftspalt (43) vorgegebener Spaltbreite vorgesehen ist und daß zwischen dem äusseren Ring (44) des Magnetkerns (35) und dem äusseren Ring (20) des Rotors (15) ein radialer Luftspalt (45) vorgegebener Breite vorgesehen ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (35) im radialen Querschnitt im wesentlichen J-förmig ausgebildet ist, daß der längere Schenkel des "J" in axialer Richtung verläuft und durch den inneren Ring (36) des Magnetkerns (35) gebildet ist, daß der Fussteil des "J" in radialerRichtung verläuft und durch die Brücke (40) des Magnetkerns (35) gebildet ist und daß der kürzere Schenkel des "J" in axialer Richtung verläuft und durch den äusseren Ring (44) des Magnetkerns (35) gebildet ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die äussere ümfangsflache des äusseren Rings (20) des Rotors (15) mit mindestens einer Ringnut (50) versehen ist, die zwischen der Polfläche (22) des äusseren Rings (20) und dem freien Ende des äusseren Rings (44) des Magnetkerns (35) angeordnet ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (50) gegenüber dem äusseren Ring (44) des Magnetkerns (35) radial nach innen versetzt ist.

6. Kupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äussere Umfangsfläche des äusseren Rings (20) des Rotors (15) als Riemenscheibe für einen Treibriemen (16) ausgebildet ist.

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