DE4223814A1 - Magnetic worm drive for contactless torque transmission for two shafts at right angles - spaced from each other so that magnetised worm and worm wheel face each other with variable polarity at periphery - Google Patents

Magnetic worm drive for contactless torque transmission for two shafts at right angles - spaced from each other so that magnetised worm and worm wheel face each other with variable polarity at periphery

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Abstract

The worm wheel (1) is magnetised with multi-poles of alternating polarity at its circumference. The worm (2) is spindle shaped and is magnetised with polarity alternating axially. The magnetic poles of the worm wheel and the worm have the same pitch. The magnetising of the individual poles of the worm wheel (1) is carried out obliquely so that the angle of skew coincides with the pitch of the work. The worm wheel and the worm are made of soft magnetic material on which magnet poles of permanent magnetic material are applied. ADVANTAGE - Facilitates transmission of high torque, and drive can be produced at relatively small mfg. cost.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Schnecken­ getriebe zur berührungslosen Drehmomentübertragung für im rechten Winkel sich kreuzende und im Abstand zueinander verlaufende Wellen, wobei auf einer Welle eine Schnecke und auf der anderen Welle ein Schneckenrad angeordnet ist.The invention relates to a magnetic screw gearbox for contactless torque transmission for crossing at right angles and at a distance mutually extending waves, being on a Wave a snail and wave on the other Worm gear is arranged.

Schneckengetriebe auf mechanischer Basis zur Umlen­ kung von durch Wellen übertragener Drehmomente sind allgemein geläufig. Die Übertragung der Drehbewe­ gung erfolgt durch miteinander in Eingriff stehen­ der Schnecke und Schneckenrad. Im Stand der Technik sind nach DE-A 20 05 803 magnetische Getriebe be­ kannt. Diese Getriebe besitzen drei Elemente, von denen eines zwischen den beiden anderen angeordnet ist und mindestens eines dieser Elemente Permanent- oder Elektromagnete enthält. An den beiden Elemen­ ten, zwischen denen das dritte angeordnet ist, sind Polringe mit den beiden anderen Elementen zugewand­ ten Polen angebracht. Deren Anzahl bestimmt dabei das Übersetzungsverhältnis des magnetischen Getrie­ bes. Über den Umfang verteilt sind Leitstücke aus leicht ummagnetisierbaren ferromagnetischem Mate­ rial angebracht, wobei die Leitstücke so ausgebil­ det sind, daß der Magnetfluß auf mindestens zwei Pole des Polringes verteilt wird.Mechanical-based worm gear for deflection Torque transmitted by waves common knowledge. The transfer of the rotary motion tion is done by engaging with each other the snail and worm wheel. In the state of the art are magnetic transmissions according to DE-A 20 05 803 knows. These gears have three elements, from which one is placed between the other two and at least one of these elements is permanent or contains electromagnets. On the two elemen ten, between which the third is arranged Pole rings facing the other two elements ten poles attached. Their number determines the gear ratio of the magnetic gear esp. Distributed over the circumference are guide pieces easily magnetizable ferromagnetic mate rial attached, the guide pieces so trained det are that the magnetic flux to at least two Pole of the pole ring is distributed.

Diesen bekannten Anordnungen haftet der Nachteil an, daß nur relativ geringe Drehmomente übertragen werden können und daß die An- und Abtriebsachsen koaxial angeordnet sind. Die Wahl der erreichbaren Übersetzungsverhältnisse ist dabei auch nur in en­ gen Grenzen möglich.These known arrangements have the disadvantage assume that only relatively low torques are transmitted  can be and that the input and output axes are arranged coaxially. The choice of achievable The gear ratio is only in en limits possible.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein magnetisches Getriebe mit mindestens zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Achsen zu schaffen, das auch die Übertragung hoher Drehmo­ mente ermöglicht und mit relativ geringem Ferti­ gungsaufwand hergestellt werden kann.The invention is therefore based on the object a magnetic gear with at least two axes arranged at right angles to each other create that also the transmission of high torque ment enabled and with relatively low Ferti can be produced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schneckenrad am Umfang mehrpolig mit ab­ wechselnder Polarität magnetisiert ist, die Schnecke spindelförmig mit in axialer Richtung abwech­ selnder Polarität magnetisiert ist und die Magnet­ pole von Schneckenrad und Schnecke die gleiche Tei­ lung aufweisen. Dabei meint der Begriff "Teilung" im Sinne der Erfindung, daß im Bereich der Stelle des engsten Luftspaltes zwischen Schnecke und Schneckenrad die räumliche Ausdehnung der einander gegenüberliegenden Pole in tangentialer Richtung in etwa gleich ist.According to the invention, this object is achieved by that the worm wheel on the circumference with multiple poles changing polarity is magnetized, the snail spindle-shaped with alternating in the axial direction blending polarity is magnetized and the magnet Pole of worm wheel and snail the same part have lung. The term "division" means in the sense of the invention that in the area of the position the narrowest air gap between snail and Worm gear the spatial extent of each other opposite poles in the tangential direction in is about the same.

Zweckmäßigerweise sind Schnecke und Schneckenrad am Umfang mit Permanentmagneten bestückt, wobei das Schneckenrad mehrpolig radial oder lateral am Um­ fang magnetisiert ist und eine abwechselnde Polari­ tät in tangentialer Richtung aufweist. The worm and worm wheel are expediently on Equipped with permanent magnets, the Multi-pole worm wheel radial or lateral on the um is magnetized and an alternating polar activity in the tangential direction.  

Als wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen ma­ gnetischen Schneckengetriebe sind anzusehen, daß eine Vielzahl von einzelnen Magnetpolen gleichzei­ tig und mit gleicher Kraft direkt aufeinander ein­ wirken, ohne daß nennenswerte Verluste auftreten. Weiterhin arbeiten diese Getriebe im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Getrieben weitestgehend verschleißfrei, wartungsfrei und geräuscharm. Vor­ teilhaft ist auch, daß sie bei Drehmomentüberla­ stung nicht zerstört werden, da die im Eingriff stehenden Räderpaare in diesem Fall durchrutschen. Bedingt durch die angegebenen Magnetisierungsarten, wie Schrägmagnetisierung und spindelförmige Magne­ tisierung, wird erreicht, daß eine Auslenkung des anzutreibenden Magnetrades bei Drehmomentschwan­ kungen auf der Lastseite gering bleiben.The main advantages of the ma gnetic worm gears can be seen that a large number of individual magnetic poles at the same time directly and with the same force act without significant losses. Furthermore, these gears work in comparison to conventional mechanical gearboxes as far as possible wear-free, maintenance-free and quiet. Before it is also a part of the fact that it not be destroyed because the in this case, slip the stationary pairs of wheels. Due to the specified types of magnetization, like oblique magnetization and spindle-shaped magnet tization, it is achieved that a deflection of the Magnetic wheels to be driven with a torque swan on the load side remain low.

Das große erreichbare Übersetzungsverhältnis in ei­ ner Getriebestufe ist ebenfalls sehr vorteilhaft. Eine kleine Gewindesteigung der Schnecke führt da­ bei zu einer Selbsthemmung, die bei Erreichen des maximal übertragbaren Drehmomentes überwunden wird und damit den Überlastschutz bewirkt.The large achievable gear ratio in egg ner gear stage is also very advantageous. A small pitch of the screw leads there at a self-locking, which when reaching the maximum transmissible torque is overcome and thus causes overload protection.

Im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Getrie­ ben können mit dem erfindungsgemäßen Getriebe auch sehr hohe Wirkungsgrade erreicht werden, da prak­ tisch keine Reibungsverluste auftreten. Reibungs­ verluste ergeben sich lediglich durch die gering zu haltende Lagerreibung.In contrast to conventional mechanical transmissions ben can also with the transmission according to the invention very high efficiencies can be achieved because prak no friction losses occur. Friction losses result only from the slight increase holding bearing friction.

Es ist auch möglich, in einem gemeinsamen Gehäuse Schnecke und Schneckenrad mehrfach anzuordnen und separat zu lagern. Bei mehrfacher Anwendung des gleichen Prinzips entsteht durch die zusätzliche Anordnung von miteinander im Eingriff stehenden Schnecken und Schneckenrädern ein mehrstufiges ma­ gnetisches Getriebe.It is also possible in a common housing Arrange worm and worm wheel several times and to be stored separately. When using the same principle arises from the additional Arrangement of mutually engaged  Snails and worm wheels a multi-stage ma gnetic gear.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Schnecke über ein magnetisch leitendes Flußführungselement magnetisch mit dem Schneckenrad verbunden ist.An advantageous development of the invention provides before that the screw has a magnetically conductive Flow guide element magnetically with the worm wheel connected is.

Ferner ist es möglich, daß die Magnetisierung der einzelnen Pole des Schneckenrades schräg ausgebil­ det ist, wobei der Schrägungswinkel mit der Stei­ gung der Schnecke übereinstimmt. Die Schnecke weist dabei eine abwechselnde Polarität in axialer Rich­ tung auf, wobei die Magnetisierung der einzelnen Pole spindelförmig in der Art erfolgt, daß die Spindelsteigung etwa mit der Teilung des Schnecken­ rades übereinstimmt. Dabei sind mehrere Magnetpole von Schnecke und Schneckenrad gleichzeitig im ma­ gnetischen Eingriff, was die Übertragung eines re­ lativ hohen Drehmomentes ermöglicht.It is also possible that the magnetization of the individual poles of the worm wheel are formed obliquely det is, the helix angle with the Stei the screw matches. The snail points an alternating polarity in the axial direction tion, the magnetization of each Pole is spindle-shaped in such a way that the Spindle pitch approximately with the division of the screw rades matches. There are several magnetic poles of worm and worm wheel simultaneously in ma genetic intervention, which is the transfer of a re relatively high torque.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung sieht vor, daß Schneckenrad und Schnecke aus weichmagnetischem Material bestehen, auf welchem Magnetpole aus permanentmagnetischem Material auf­ gebracht sind oder daß das Schneckenrad vollständig aus weichmagnetischem Material besteht und neben dem Schneckenrad Permanentmagnete aufgebracht sind.Another advantageous embodiment of the Erfin dung provides that the worm wheel and worm consist of soft magnetic material on which Magnetic poles made of permanent magnetic material brought or that the worm wheel completely consists of soft magnetic material and besides permanent magnets applied to the worm wheel are.

Das Aufbringen von Magnetpolen auf weichmagneti­ schen Zähnen des Zahnrades bzw. auf der Schnecke ermöglicht die Verwendung niederremanenter Magnet­ materialien. Durch die hiermit erreichbare Konzen­ tration des Magnetflusses können höhere Drehmomente übertragen werden. Als zusätzlicher Vorteil ergeben sich dabei geringe Herstellungskosten.The application of magnetic poles to soft magnetic teeth of the gear wheel or on the worm enables the use of low remanent magnet materials. Through the hereby achievable concessions  tration of the magnetic flux can have higher torques be transmitted. As an added benefit low manufacturing costs.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen entstehen dadurch, daß das Schneckenrad ein schrägverzahntes Zahnrad ist, welches aus Einzelblechen besteht, die elektrisch gegeneinander isoliert angeordnet sind.Further advantageous embodiments arise in that the worm gear is helical Gear is which consists of individual sheets that are arranged electrically isolated from each other.

Es ist ferner möglich, das erfindungsgemäße Ge­ triebe mit einem Linearabtrieb zu versehen, wobei die Schnecke mit einem linearen magnetischen Ele­ ment im Eingriff steht, welches mit einer Führung für Linearbewegung verbunden ist.It is also possible to use the Ge according to the invention drives to be provided with a linear output, whereby the snail with a linear magnetic ele ment is engaged, which with a leadership is connected for linear motion.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is based on a Embodiment are explained in more detail. In the accompanying drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaues eines er­ findungsgemäßen magnetischen Schneckengetriebes, Fig. 1 is a schematic representation of the basic structure of a magnetic he inventive worm gear,

Fig. 2 die Ausprägung der magnetischen Pole am Umfang des Schneckenrades, Fig. 2, the expression of the magnetic poles on the circumference of the worm wheel,

Fig. 3 eine zweckmäßige Ausführungsform des Schneckenrades, Fig. 3 shows a suitable embodiment of the worm wheel,

Fig. 4+5 unterschiedliche Gestaltungsformen der antreibenden magnetischen Schnecke. Fig. 4 + 5 different designs of the driving magnetic screw.

Gemäß Fig. 1 wird die magnetische Schnecke (2) von einem Elektromotor (5) angetrieben. Dabei sind die Schnecke (2) und das Schneckenrad (1) in einem ge­ meinsamen Getriebegehäuse (4) gelagert. Am Umfang der antreibenden Schnecke (2) und des antreibbaren Schneckenrades (1) sind die Permanentmagnete (3) angeordnet.Referring to FIG. 1, the magnetic screw (2) is driven by an electric motor (5). The worm ( 2 ) and the worm wheel ( 1 ) are mounted in a common gear housing ( 4 ). The permanent magnets ( 3 ) are arranged on the circumference of the driving worm ( 2 ) and the driven worm wheel ( 1 ).

Die Fig. 2 und 3 erläutern Gestaltungsmöglich­ keiten für die Ausprägung der magnetischen Pole am Umfang des Schneckenrades (1). Bei der in Fig. 3 gezeigten Form sind die Magnetpole (6) auf der Oberfläche eines weichmagnetischen Zahnes dadurch ausgebildet, daß eine homogen axial magnetisierte Permanentmagnetscheibe (7) neben einem weichmagne­ tischen Zahnrad (8) angeordnet ist. Die Pollücken werden hierbei durch Nuten (9) am Umfang des Zahn­ rades (8) gebildet. Figs. 2 and 3 illustrate possible design options for the expression of the magnetic poles on the circumference of the worm wheel (1). In the form shown in Fig. 3, the magnetic poles ( 6 ) are formed on the surface of a soft magnetic tooth in that a homogeneously axially magnetized permanent magnet disc ( 7 ) is arranged next to a soft magnetic table wheel ( 8 ). The pole gaps are formed by grooves ( 9 ) on the circumference of the toothed wheel ( 8 ).

Gestaltungsvarianten für die antreibende Schnecke (2) sind in Fig. 4 gezeigt. Die Schnecke (2) be­ steht in diesem Fall aus weichmagnetischem Stahl. Sie besitzt in der in Fig. 4 gezeigten Variante an ihren Enden jeweils einen axial magnetisierten Per­ manentmagnetring (6). Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung wird der magnetische Kreis über ein fest­ stehendes ferromagnetisches Rückschlußteil (9), einen quaderförmigen feststehenden Permanentmagne­ ten (7) und Polschuhen (9) aus weichmagnetischem Stahl geschlossen.Design variants for the driving screw ( 2 ) are shown in Fig. 4. In this case, the screw ( 2 ) is made of soft magnetic steel. It has in the variant shown in Fig. 4 at its ends an axially magnetized Per manentmagnetring ( 6 ). In the arrangement shown in Fig. 5, the magnetic circuit is closed via a fixed ferromagnetic yoke ( 9 ), a rectangular permanent permanent magnet ( 7 ) and pole pieces ( 9 ) made of soft magnetic steel.

Claims (6)

1. Magnetisches Schneckengetriebe zur berührungslo­ sen Drehmomentübertragung für im rechten Winkel sich kreuzende und im Abstand zueinander verlau­ fende Wellen, wobei auf einer Welle eine Schnecke und auf der anderen Welle ein Schneckenrad angeord­ net ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Schneckenrad (1) am Umfang mehrpolig mit ab­ wechselnder Polarität magnetisiert ist,
  • - die Schnecke (2) spindelförmig mit in axialer Richtung abwechselnder Polarität magnetisiert ist und
  • - die Magnetpole von Schneckenrad (1) und Schnecke (2) die gleiche Teilung aufweisen.
1. Magnetic worm gear for touchless sen torque transmission for crossing at right angles and spaced apart duri fende waves, with a worm on one shaft and a worm wheel on the other shaft is angeord net, characterized in that
  • - The worm wheel ( 1 ) is magnetized on the circumference with multiple poles with changing polarity,
  • - The screw ( 2 ) is magnetized spindle-shaped with alternating polarity in the axial direction and
  • - The magnetic poles of the worm wheel ( 1 ) and worm ( 2 ) have the same pitch.
2. Magnetisches Schneckengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung der einzelnen Pole des Schneckenrades (1) schräg ausge­ bildet ist, wobei der Schrägungswinkel mit der Steigung der Schnecke übereinstimmt.2. Magnetic worm gear according to claim 1, characterized in that the magnetization of the individual poles of the worm wheel ( 1 ) is formed obliquely, the helix angle coinciding with the pitch of the worm. 3. Magnetisches Schneckengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schneckenrad (1) und Schnecke (2) aus weichmagneti­ schem Material bestehen, auf welchem Magnetpole aus permanentmagnetischem Material aufgebracht sind. 3. Magnetic worm gear according to one of claims 1 to 2, characterized in that the worm wheel ( 1 ) and worm ( 2 ) consist of soft magnetic material, on which magnetic poles of permanent magnetic material are applied. 4. Magnetisches Schneckengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (1) vollständig aus weichmagnetischem Material besteht und axial neben dem Schneckenrad (1) Permanentmagnete angebracht sind.4. Magnetic worm gear according to one of claims 1 to 3, characterized in that the worm wheel ( 1 ) consists entirely of soft magnetic material and axially next to the worm wheel ( 1 ) permanent magnets are attached. 5. Magnetisches Schneckengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (1) ein schrägverzahntes Zahnrad ist, welches aus Einzelblechen, die elektrisch gegenein­ ander isoliert angeordnet sind, besteht.5. Magnetic worm gear according to one of claims 1 to 4, characterized in that the worm wheel ( 1 ) is a helical gear, which consists of individual sheets, which are arranged electrically insulated against each other. 6. Magnetisches Schneckengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (2) mit einem linearen magnetischen Ele­ ment im Eingriff steht, welches mit einer Führung für Linearbewegung verbunden ist.6. Magnetic worm gear according to one of claims 1 to 5, characterized in that the worm ( 2 ) is in engagement with a linear magnetic element, which is connected to a guide for linear movement.
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