DE3807083A1 - Magnetic device for transmitting torques - Google Patents

Magnetic device for transmitting torques

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Abstract

A magnetic torque transmission device comprises a pair of coaxially arranged cylinders (2, 4) as supports for interacting permanent-magnet arrangements (3, 5) on the input and output drive sides. Each permanent-magnet arrangement comprises a large number of individual magnets (M) which are arranged at a distance from one another along n circumferentially oriented rows and have alternating polarity. The individual magnets (M) of adjacent rows and the individual magnets on a connecting line (V) of a group of n adjacent individual magnets of equal polarity of the individual magnets, located in n-rows, of the first and n-th row (M1, M5) are offset with respect to one another in the circumferential direction. In the event of axial displacement of the cylinders, a compensating axial force is produced, which is dependent on the selected arrangement of the individual magnets. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Vorrichtung zur Übertragung von Drehkräften mit einem Paar koaxial angeordneter relativ zueinander drehbarer Zylinder als Träger zusammenwirkender an- und abtriebsseitiger Permanentmagnet­ anordnungen, welche eine Kraftkomponente zur wenigstens teilweisen Kompensation einer gegenseitigen axialen Verlagerung schaffen.The invention relates to a magnetic device for Coaxial transmission of torque with a pair arranged relatively rotatable cylinder as a carrier interacting input and output side permanent magnet arrangements which have a force component for at least partial compensation of a mutual axial Create relocation.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf sog. Permanentmagnetkupplungen, wie sie bevorzugt zum Antrieb stopfbüchsenloser, hermetisch gekapselter Pumpen, insbesondere Zentrifugal- bzw. Kreiselpumpen, für die Förderung toxischer Medien verwendet werden. Derartige Pumpen saugen das zu fördernde Medium zumeist axial an und stoßen es radial unter Druck aus. Es entstehen dabei insbesondere bei Betrieb im Teillastbereich Axialkräfte, die bislang entweder durch entsprechend ausgebildete Lager der Pumpenlaufradwelle und/oder auf hydraulischem Wege aufgenommen wurden. Bekannt (DE-A-32 09 663) ist ferner eine Anordnung zur wenigstens teilweisen Kompensation der auftretenden Axialkräfte durch die Permanentmagnetanordnungen der Kupplung, indem die als durchgehende Plättchen ausgebildeten Permanentmagnete nicht axial angeordnet sind, sondern sich schraubenlinienförmig längs der sie tragenden Zylinder erstrecken. Bei einer axialen gegenseitigen Verlagerung der Zylinder entsteht daher neben der umfänglich wirkenden Antriebskraft eine Axialkraft, die einer axialen Verlagerung der Zylinder und damit der Pumpenlaufradwelle in kompensierender Weise entgegenwirken kann.The invention relates in particular to so-called. Permanent magnet couplings, as preferred for driving Glandless, hermetically sealed pumps, in particular Centrifugal or centrifugal pumps, for the conveyance of toxic Media are used. Such pumps suck that up conveying medium mostly axially and push it radially under Print out. It arises especially when operating in Partial load range axial forces, which were previously either appropriately designed bearings of the pump impeller shaft and / or were taken up hydraulically. Known (DE-A-32 09 663) is also an arrangement for at least partial compensation of the occurring axial forces by the Permanent magnet arrangements of the clutch by the as continuous plate trained permanent magnets not are arranged axially, but helically extend along the cylinder carrying them. With an axial mutual displacement of the cylinders therefore arises alongside the circumferentially acting driving force an axial force that an axial displacement of the cylinders and thus the Counteract the impeller shaft in a compensating way can.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. Permanentmagnetkupplung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, die ohne weiteres eine gezielte Anpassung der von den Permanentmagnetanordnungen geschaffenen Axialkräfte an die jeweiligen Einsatzverhältnisse ermöglicht.The invention has for its object a device or permanent magnet coupling of the type mentioned at the beginning  create that easily a targeted adjustment of the the axial magnetic forces created on the respective operating conditions.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches gelöst. Danach besteht jede Permanentmagnetanordnung der Vorrichtung aus einer Vielzahl von relativ kleinen Einzelmagneten, die in einem geeigneten Teilungsabstand voneinander längs einer Vielzahl umfänglich der Zylinder sich erstreckender Reihen angeordnet sind. Die Einzelmagnete benachbarter beabstandeter Reihen sind in Umfangsrichtung gegeneinander (vorzugsweise um einen halben Teilungsabstand) versetzt, und die Anordnung der Einzelmagnete auf den verschiedenen Reihen ist ferner so, daß die auf einer Verbindungslinie unmittelbar benachbarter Einzelmagnete gleicher Polung der Reihen liegenden Magnete der ersten und n-ten Reihe ebenfalls gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind, wobei diese Versetzung wenigstens einen halben Teilungsabstand ausmachen sollte. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich gezielt die Höhe der bei einer axialen Versetzung der die Permanentmagnetanordnungen tragenden Zylinder entstehenden Axialkräfte beeinflussen, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird. Die Einzelmagnete können zur Erzielung der genannten Wirkungen in vielfältiger Weise angeordnet werden, und, wenn erwünscht, kann die Anordnung zum Zeitpunkt der Montage auf die speziellen Verhältnisse an der jeweiligen Einsatzstelle abgestimmt bzw. verändert werden. Anders als die bekannte zeichnet sich daher die erfindungsgemäße Permanentmagnetkupplung durch eine besondere Anpaßbarkeit an unterschiedliche Einsatzverhältnisse aus, ohne daß hinsichtlich der übertragbaren Drehkräfte nennenswerte Einbußen in Kauf genommen werden müssen oder der bauliche Aufwand dadurch wesentlich erhöht wird.The object is achieved by the features in characterizing part of the claim solved. After that consists of each permanent magnet arrangement of the device a large number of relatively small individual magnets that are used in an appropriate pitch apart along one A plurality of rows extending circumferentially of the cylinders are arranged. The individual magnets are more closely spaced apart Rows are mutually circumferential (preferably around half a pitch), and the arrangement of the Individual magnets on the different rows is also such that those on a connecting line immediately adjacent Individual magnets with the same polarity of the rows of magnets first and nth rows also against each other in Circumferential direction are offset, this offset should be at least half a pitch apart. Through the measures according to the invention, the Height of the axial displacement of the Cylinder bearing permanent magnet arrangements Axial forces affect what will be discussed in more detail below is received. The individual magnets can be used to achieve the effects mentioned can be arranged in a variety of ways, and, if desired, the arrangement can be made at the time of Assembly on the special conditions on the respective The job site can be coordinated or changed. Different from that Known is therefore the invention Permanent magnetic coupling due to a special adaptability different operating conditions without noteworthy with regard to the transferable torque Losses have to be accepted or the structural Effort is significantly increased.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with the aid of embodiments and the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 in fragmentarischer längsgeschnittener Ansicht eine erfindungsgemäß aufgebaute magnetische Drehkraftübertragungsvorrich­ tung bzw. Permanentmagnetkupplung, angeordnet bei einer Kreiselpumpe, Fig. 1 in fragmentary longitudinal section view of an inventive magnetic constructed Drehkraftübertragungsvorrich tung or permanent magnetic coupling arranged at a centrifugal pump,

Fig. 2a-2c Beispiele für die gegenseitige Anordnung der Einzelmagnete einer der Permanentmagnetanordnungen der Vorrichtung nach Fig. 1. FIGS. 2a-2c Examples of the mutual arrangement of the individual magnets of the permanent magnet arrangements of the apparatus of FIG. 1.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist das stationäre Gehäuse der Kreiselpumpe angedeutet, in dem über eine Gleitlageranordnung 10 die das Pumpenlaufrad (nicht gezeigt) tragende Welle 9 gehalten ist. In radial beabstandeter Beziehung zur Welle 9 und mit dieser zur gemeinsamen Drehung verbunden ist ein innerer Zylinder 4, der an seinem Außenumfang mit einer Permanentmagnetanordnung 5 versehen ist. Der Permanentmagnetanordnung 5 am inneren Zylinder 4 entspricht eine damit zusammenwirkende gegenüberliegende Permanent­ magnetanordnung 3 an einem äußeren Zylinder 2. Der äußere Zylinder 2 umgibt koaxial den inneren Zylinder 4 dergestalt, daß zwischen den Permanentmagnetanordnungen 3, 5 der Zylinder ein Ringspalt 6 verbleibt. Der äußere Zylinder 2 kann mit einer Antriebsquelle, z.B. einem Motor (nicht gezeigt), verbunden sein. Infolge der wechselseitigen Polung der gegenüberliegenden Permanentmagnetanordnungen 3, 5 wirkt zwischen diesen eine magnetische Mitnahmekraft, die bei einer Drehung des äußeren Zylinders 2 zu einer ebensolchen Drehung des inneren Zylinders 4 und damit der Welle 9 des Pumpenlaufrades führt. Reference number 1 indicates the stationary housing of the centrifugal pump, in which the shaft 9 carrying the pump impeller (not shown) is held via a slide bearing arrangement 10 . An inner cylinder 4 , which is provided on its outer circumference with a permanent magnet arrangement 5 , is connected in a radially spaced relationship to the shaft 9 and is connected to it for common rotation. The permanent magnet arrangement 5 on the inner cylinder 4 corresponds to a cooperating opposite permanent magnet arrangement 3 on an outer cylinder 2 . The outer cylinder 2 coaxially surrounds the inner cylinder 4 such that an annular gap 6 remains between the permanent magnet arrangements 3 , 5 of the cylinders. The outer cylinder 2 can be connected to a drive source, for example a motor (not shown). As a result of the mutual polarity of the opposing permanent magnet arrangements 3 , 5, a magnetic entraining force acts between them, which, when the outer cylinder 2 rotates, leads to the same rotation of the inner cylinder 4 and thus of the shaft 9 of the pump impeller.

Zur Abdichtung des äußeren Zylinders 2 gegenüber dem inneren Zylinder 4 kann eine Dichtungsanordnung in Gestalt eines am Gehäuse 1 befestigten Spalttopfes, bestehend aus einem im Ringspalt 6 zwischen den Permanentmagnetanordnungen 3, 5 angeordneten Spaltrohr 7, vorgesehen sein, dessen eines (in der Zeichnung rechtes) Ende durch eine Endwand verschlossen ist. Der vorbeschriebene Aufbau der magnetischen Drehkraftübertragungsvorrichtung ist bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.To seal the outer cylinder 2 from the inner cylinder 4 , a sealing arrangement in the form of a can attached to the housing 1 , consisting of a can 7 arranged in the annular gap 6 between the permanent magnet arrangements 3 , 5 , one of which (right in the drawing) can be provided. End is closed by an end wall. The structure of the magnetic torque transmission device described above is known and therefore need not be described in more detail.

Anders als bei den bekannten Drehkraftübertragungsvorrich­ tungen mit im wesentlichen durchgehend axial oder schraubenlinienförmig sich erstreckenden Permanentmagneten bestehen die Permanentmagnetanordnungen 3, 5 nach der Erfindung jeweils aus einer Vielzahl von in Axial- und Umfangsrichtung der Zylinder 2, 4 in spezieller Weise angeordneten Einzelpermanentmagneten, die, vorzugsweise entfernbar, an den Zylindern 2, 4 befestigt sind. Beispiele für geeignete Anordnungen der Einzelmagnete sind in Fig. 2a-2c dargestellt. Es versteht sich, daß die gezeigten Anordnungen nur beispielhaft sind und in vielfältiger Weise modifiziert werden können.In contrast to the known rotary power transmission lines with essentially continuous axial or helical extending permanent magnets, the permanent magnet arrangements 3 , 5 according to the invention each consist of a plurality of individual permanent magnets arranged in the axial and circumferential direction of the cylinders 2 , 4 , which, preferably removable, attached to the cylinders 2 , 4 . Examples of suitable arrangements of the individual magnets are shown in FIGS. 2a-2c. It is understood that the arrangements shown are only examples and can be modified in many ways.

Im folgenden wird nur die Permanentmagnetnordnung eines der beiden Zylinder 2, 4 näher beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die damit zusammenwirkende Anordnung am betreffenden anderen Zylinder entsprechend, jedoch mit umgekehrter Polung, ausgebildet ist.Only the permanent magnet arrangement of one of the two cylinders 2 , 4 is described in more detail below. It goes without saying, however, that the arrangement cooperating therewith on the relevant other cylinder is designed accordingly, but with reverse polarity.

Bei den Einzelmagneten M jeder Permanentmagnetanordnung 3, 5, kann es sich um beliebig umrißgestaltete, z.B. runde oder rechteckige, relativ kleine handelsübliche Permanentmagnete handeln, wie sie z.B. unter dem Handelsnamen VACOMAX von der VACUUMSCHMELZE GMBH/Hanau bezogen werden können. Die Erfindung ist jedoch auf eine derartige Type Permanentmagnete nicht beschränkt. Die Einzelmagnete M sind erfindungsgemäß längs einer Vielzahl von umfänglich des betreffenden Zylinders sich erstreckenden Reihen 1-n in einem geeigneten Teilungsabstand T voneinander angeordnet und abwechselnd N, S gepolt. Die Reihen stehen in Axialrichtung ebenfalls in einem geeigneten z.B. halben Teilungsabstand voneinander.The individual magnets M of each permanent magnet arrangement 3 , 5 can be arbitrarily contoured, for example round or rectangular, relatively small commercially available permanent magnets, as can be obtained, for example, under the trade name VACOMAX from VACUUMSCHMELZE GMBH / Hanau. However, the invention is not limited to such a type of permanent magnet. According to the invention, the individual magnets M are arranged along a multiplicity of rows 1 - n extending circumferentially of the cylinder in question at a suitable pitch T and alternately polarized N , S. The rows are also in the axial direction at a suitable, for example, half pitch apart.

In Umfangsrichtung sind die Einzelmagnete M benachbarter Reihe n, z.B. der Reihen 1 und 2 oder 2 und 3, gegeneinander, vorzugsweise um einen halben Teilungsabstand T, versetzt, so daß Gruppierungen von Einzelmagneten nach Art der Würfelzahl fünf gebildet werden können, sofern wenigstens drei Reihen von Einzelmagneten vorhanden sind. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auf die Anzahl drei nicht beschränkt ist, sondern zwei und beliebig mehr Reihen vorgesehen werden können.In the circumferential direction, the individual magnets M of adjacent row n , for example rows 1 and 2 or 2 and 3, are offset from one another, preferably by half a pitch T , so that groups of single magnets can be formed in the manner of the number of cubes five, provided that at least three rows of single magnets are available. However, it is understood that the invention is not limited to the number three, but two and any number of rows can be provided.

Zur Erzielung einer resultierenden Axialkraft zusätzlich zur umfänglich wirkenden Antriebskraft zwischen den Permanentmagnetanordnungen 3, 5 sind erfindungsgemäß die unmittelbar benachbarten Einzelmagnete M 1 bis M n mit gleicher Polung, z. B. der N-Polung, der Reihen 1-n dergestalt gruppiert bzw. angeordnet, daß der erste Magnet M 1 dieser Gruppe auf der Reihe 1 und der Magnet M n der Reihe n gegeneinander in ebenfalls Umfangsrichtung versetzt sind, d.h. nicht auf einer gemeinsamen radialen Ebene durch die Mittellängsachse des betreffenden Zylinders liegen. Je größer die umfängliche Versetzung der ersten und n-ten Magneten M 1, M n ist, umso größer ist die bei einer axialen Verlagerung der Zylinder 2, 4 auftretende resultierende Axialkraft, die der Verlagerung kompensierend entgegenwirkt.In order to achieve a resulting axial force in addition to the circumferentially acting driving force between the permanent magnet arrangements 3 , 5 , the immediately adjacent individual magnets M 1 to M n with the same polarity, for. B. the N polarity, the rows 1- n grouped or arranged such that the first magnet M 1 of this group on the row 1 and the magnet M n of the row n are also offset from one another in the circumferential direction, ie not on a common one radial plane through the central longitudinal axis of the cylinder in question. The greater the circumferential displacement of the first and nth magnets M 1 , M n , the greater is the resulting axial force which occurs when the cylinders 2 , 4 are axially displaced and which counteracts the displacement.

Beispiele für erfindungsgemäße Permanentmagnetanordnungen 3, 5 sind in Fig. 2a-2c gezeigt. Der Doppelpfeil U gibt die Umfangsrichtung des betreffenden Zylinders 2, 4 an. Die Beispiele nach Fig. 2a und 2b betreffen Permanentmagnetanordnungen mit jeweils vier umfänglich orientierten Reihen, während die Anordnung nach Fig. 2c fünf Reihen umfaßt.Examples of permanent magnet arrangements 3 , 5 according to the invention are shown in FIGS. 2a-2c. The double arrow U indicates the circumferential direction of the cylinder 2 , 4 in question. The examples according to FIGS. 2a and 2b relate to permanent magnet arrangements each with four rows oriented in the circumference, while the arrangement according to FIG .

Nach Fig. 2a sind die unmittelbar benachbarten Einzelmagnete M 1 bis M 4 gleicher Polung der Reihen 1 bis 4 so angeordnet, daß sich eine diese Magnete verbindende abgewinkelte Linie V mit einem größeren und einem kleineren Schenkel ergibt. Daraus ergibt sich, daß der Magnet M 4 der vierten und letzten Reihe um einen halben Teilungsabstand T gegenüber dem Magneten M 1 der ersten Reihe versetzt zu liegen kommt. Bei einer Axialverlagerung oder Relativverdrehung der Zylinder 2, 4 wird daher eine der geringen gegenseitigen Versetzung der Magnete M 1 und M 4 entsprechende geringe Axialkraftkomponente hervorgerufen.According to Fig. 2a, the immediately adjacent individual magnets M 1 to M 4 of the same polarity of the rows 1 to 4 are arranged so that there is an angled line V connecting these magnets with a larger and a smaller leg. It follows that the magnet M 4 of the fourth and last row comes to be offset by half a pitch T from the magnet M 1 of the first row. In the event of an axial displacement or relative rotation of the cylinders 2 , 4 , a small axial force component corresponding to the slight mutual displacement of the magnets M 1 and M 4 is therefore produced.

Bei der Anordnung nach Fig. 2b ist die die benachbarten Magnete M 1 bis M 4 gleicher Polung verbindende Linie V eine Gerade mit der Folge, daß der Magnet M 4 der vierten Reihe um eineinhalb Teilungsabstände gegenüber dem Magnet M 1 der ersten Reihe 1 versetzt ist. Wegen der entsprechenden größeren Anzahl benachbarter Einzelmagnete, die eine resultierende Axialkraftkomponente in einer Richtung hervorrufen können, ist die kompensierende Wirkung der Anordnung nach Fig. 2b größer als bei Fig. 2a.In the arrangement according to FIG. 2b, the line V connecting the adjacent magnets M 1 to M 4 with the same polarity is a straight line with the result that the magnet M 4 of the fourth row is offset by one and a half pitch from the magnet M 1 of the first row 1 . Because of the correspondingly larger number of adjacent individual magnets, which can produce a resulting axial force component in one direction, the compensating effect of the arrangement according to FIG. 2b is greater than in FIG. 2a.

Fig. 2c zeigt ein Beispiel einer Anordnung mit fünf Reihen, wobei die die Einzelmagnete M 1 bis M 5 verbindende Linie V zweifach abgewinkelt ist. Dadurch liegt der Magnet M 5 der Reihe fünf um nur einen ganzen Teilungsabstand T gegenüber dem Magneten M 1 der ersten Reihe versetzt. Die resultierende Axialkraft in einer Richtung ist daher größer als bei Beispiel 2a und kleiner als bei Beispiel 2b. Fig. 2c shows an example of an arrangement with five rows, wherein the individual magnets M 1 to M 5 line connecting V is angled twice. As a result, the magnet M 5 of the row five is offset by only a whole pitch T from the magnet M 1 of the first row. The resulting axial force in one direction is therefore greater than in example 2a and less than in example 2b.

Nicht dargestellt ist der Fall, daß der erste Magnet M 1 der ersten Reihe und der Magnet M n der n-ten Reihe in Umfangsrichtung keine Versetzung gegeneinander haben. In diesem Fall würde keine resultierende Axialkraft hervorgerufen werden. Die erfindungsgemäße Aufteilung der Permanentmagnetanordnungen in Einzelmagnete ermöglicht daher auch das Vorsehen dieses Sonderfalles.The case is not shown in which the first magnet M 1 of the first row and the magnet M n of the n th row have no displacement in relation to one another in the circumferential direction. In this case, no resulting axial force would be created. The division of the permanent magnet arrangements into individual magnets according to the invention therefore also makes it possible to provide this special case.

Es versteht sich, daß die Erfindung weder auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele, noch auf die Anwendung bei Permanentmagnetkupplungen für Pumpen, insbesondere solchen mit horizontaler Achse, beschränkt ist. Vielmehr kann sie bei Läufern allgemeiner Art, bei denen es sich nicht um Pumpen zu handeln braucht, ebenso vorteilhaft eingesetzt werden. Infolge der Möglichkeit, die Höhe der bei einer axialen Verlagerung der Träger der Permanentmagnetanordnungen hervorgerufenen Axialkräfte gezielt einstellen bzw. vorgeben zu können, eignet sich die Erfindung grundsätzlich auch zur Gewichtskompensation von Läufern mit von der Horizontalen abweichenden Achse.It is understood that the invention is not shown in the and described embodiments, still on the application in permanent magnet couplings for pumps, especially those with a horizontal axis. Rather, it can General type runners that are not pumps act needs to be used just as advantageously. As a result the possibility of the amount of an axial shift the carrier of the permanent magnet arrangements Being able to set or specify axial forces in a targeted manner is suitable the invention fundamentally also for weight compensation of runners with an axis deviating from the horizontal.

Claims (1)

Magnetische Vorrichtung zur Übertragung von Drehkräften mit einem Paar koaxial angeordneter relativ zueinander drehbarer Zylinder als Träger zusammenwirkender an­ und abtriebsseitiger Permanentmagnetanordnungen, welche eine Kraftkomponente zur wenigstens teilweisen Kompensation einer gegenseitigen axialen Verlagerung schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) jede Permanentmagnetanordnung (3, 5) eine Vielzahl längs n umfänglich orientierter Reihen in Abstand voneinander angeordneter Einzelmagnete mit abwechselnder Polung umfaßt, und
  • b) die Einzelmagnete benachbarter Reihen sowie die auf einer Verbindungslinie (V) einer Gruppe aus n benachbarten Einzelmagneten (M 1, M 2,...M n ) gleicher Polung der n-Reihen liegenden Einzelmagnete der ersten und n-ten Reihe gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind.
Magnetic device for transmitting rotational forces with a pair of coaxially arranged cylinders rotatable relative to one another as a carrier, interacting on and driven-side permanent magnet arrangements which create a force component for at least partially compensating for a mutual axial displacement, characterized in that
  • a) each permanent magnet arrangement ( 3 , 5 ) comprises a plurality of longitudinally arranged n circumferentially oriented rows spaced apart individual magnets with alternating polarity, and
  • b) the individual magnets of adjacent rows as well as the individual magnets of the first and nth rows lying against one another on a connecting line ( V ) of a group of n adjacent individual magnets ( M 1 , M 2 ,... M n ) with the same polarity of the n rows Circumferential direction are offset.
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