DE4223815C2 - Magnetisches Reihengetriebe - Google Patents
Magnetisches ReihengetriebeInfo
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- H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
- H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
- H02K49/104—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element
- H02K49/106—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with a radial air gap
Description
Die Erfindung betrifft ein magnetisches Reihenge
triebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen gattungsgemäßer Art sind aus der US-PS
1 171 351 bekannt. Das dort offenbarte magnetische
Reihengetriebe ist auf jeder Welle mit einem
Rad ausgerüstet, auf dem umfänglich mit wechselnder
Polarität Magnetpole induziert werden, wobei sich
die Polzahl der einzelnen Räder voneinander unterscheiden.
Die das Feld erzeugenden Permanentmagnete
sind zwischen den beiden Rädern angeordnet und der
magnetische Fluß wird in radialer Richtung auf die
beiden Räder zugeführt und erzeugen einen auf das
Rad einwirkenden Magnetpol. Die Anzahl der induzierten
Pole bestimmt das Übersetzungsverhältnis
des magnetischen Getriebes.
Diesen bekannten Anordnungen haftet der Nachteil
an, daß nur relativ geringe Drehmomente übertragen
werden können. Die Wahl der erreichbaren Überset
zungsverhältnisse ist dabei auch nur in engen Gren
zen möglich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
ein magnetisches Reihengetriebe zu schaffen, das
die Übertragung großer Drehmomente gestattet, mit
hohem Wirkungsgrad arbeitet und mit geringem ferti
gungstechnischen Aufwand herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß sich auf dem Umfang des Rades die Permanentmagnete
mit wechselnder Polarität befinden sowie die
magnetischen Flußführungselemente ringförmig um die
Räder in axialer Richtung orientiert sind und deren
Enden sich vom An- bis zum Abtriebsrad erstrecken
und einige der magnetischen Flußführungselemente
(3) in Drehrichtung versetzt angeordnet sind.
Die einzelnen Flußführungselemente teilweise ungleichmäßig
auf dem Kreisumfang anzuordnen ist erforderlich,
um eine eindeutige Drehmomentübertragung
und eine definierte Drehrichtung zu gewährleisten.
Mit dem erfindungsgemäßen Getriebe sind gegenüber
direkt gekoppelten magnetischen Getriebe sehr hohe
Drehmomente erreichbar. Die vergleichsweise hohen
Drehmomente sind dadurch möglich, daß eine große
Anzahl der vorhandenen Magnetpole der antreibbaren
Magneträder gleichzeitig im magnetischen Eingriff
der Magnetflußführung stehen.
Die erreichbaren Drehmomente sind unter anderem
auch abhängig von der Wahl der Permanentmagnetmate
rialien, wobei Permanentmagnete mit hoher Remanenz
induktion und hoher Koerzitivfeldstärke die
höchsten Drehmomente ermöglichen.
Aufgrund der hohen erreichbaren Drehmomente bei den
hier beschriebenen Getriebeausführungen mit zentri
scher Anordnung der Achsen ist in vielen Fällen ein
Einsatz als Äquivalent zum herkömmlichen mechanischen
Planetengetriebe denkbar, da dessen Eigenschaften
in einigen wesentlichen Punkten übertroffen
werden. Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit,
das erfindungsgemäße Getriebe wirtschaftlich
auch bei Anwendung mit größeren Leistungen
einzusetzen, für die bislang nur herkömmliche mechanische
Getriebe verwendet werden konnten.
Das erfindungsgemäße magnetische Reihengetriebe
zeichnet sich gegenüber den nach dem Stand der
Technik bekannten Magnetgetrieben insbesondere da
durch aus, daß vergleichsweise hohe Drehmomente
übertragen werden können.
Weitere wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen
magnetischen Reihengetriebe ergeben sich dadurch,
daß sie im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen
Getrieben weitestgehend verschleißfrei, wartungs
frei und geräuscharm arbeiten.
Sie können bei Drehmomentüberlastung nicht zerstört
werden, da die Magneträder in diesem Fall durchrut
schen. Weiterhin ist von Vorteil, daß die Schmie
rung der Getrieberäder entfällt.
Zweckmäßigerweise werden dabei die Permanentmagnete
der höherpoligen Magneträder mehrpolig radial oder
lateral am Umfang magnetisiert und die Permanentmagnete
der niederpoligen Magneträder mit einer ra
dialen oder diametralen Magnetisierung versehen.
Die vorzugsweise diametrale Magnetisierung der Per
manentmagnete der rotierenden niederpoligen Magnet
räder erzeugt ein nahezu sinusförmiges Wechsel
feld, das den gleichmäßigen Drehmomentverlauf un
terstützt.
Je größer das maximale übertragbare Drehmoment sein
soll, um so mehr Pole der An- und Abtriebsräder müs
sen gleichzeitig in magnetischem Eingriff stehen.
Aus diesem Grund empfiehlt sich die Formung der
Flußführungselemente derart, daß sie die Räder in
ihrem Umfang nahezu vollständig umschließen.
Um eine gute Ausnutzung des eingesetzten Magnetma
terials zu erreichen, muß der magnetische Streufluß
gering gehalten werden. Eine vorteilhafte Ausge
staltung der Erfindung sieht dazu vor, die Gehäuse
teile, an denen die magnetische Flußführung befe
stigt ist, und die sich in der Nähe der magneti
schen Flußführung befinden, aus unmagnetischem Ma
terial zu fertigen.
Ferner ist es möglich die Permanentmagnete auf ei
nem Träger anzuordnen, welcher aus einem Blechpaket
aus einzelnen, gegeneinander isolierten Elektroble
chen besteht.
Um die Wirbelstromverluste gering zu halten, sieht
eine zweckmäßige Gestaltungsform vor, auch die ma
gnetischen Flußführungselemente aus einer Vielzahl
einzelner, parallel zu den Achsen angeordneter,
sich nicht direkt berührender Statorblechpakete,
die aus gegeneinander isolierten Elektroblechen be
stehen, zu gestalten.
Ferner ist es möglich, bei den Magneträdern die Ma
gnetpole geschrägt zu magnetisieren und/oder in der
Nähe der Permanentmagnete zusätzliches weichmagne
tisches Material anzubringen.
Weiterhin lassen sich mehrstufige Getriebeanordnun
gen des erfindungsgemäßen magnetischen Reihenge
triebes dadurch erzeugen, daß im Getriebegehäuse
weitere zusätzliche, separat gelagerte Achsen und
Flußführungselemente angeordnet sind.
In einer umgekehrten Anordnung, d. h. die Permanent
magnetpole sind im Stator (und nicht auf dem Rotor)
angebracht, findet sich über dem Umfang der Räder
eine Verzahnung aufgebracht, deren räumliche Aus
dehnung etwa der der Magnetpole entspricht und die
in deren Feld eine Magnetisierung erfahren. Die
Permanentmagnete sind in den als magnetische Fluß
führung dienenden Statorblechpaketen angeordnet und
weisen eine ungleichmäßige Verzahnung im Rotor
blechpaket auf. Der Rotor wird in entscheidender
Weise trägheitsreduziert.
Aufgrund der auftretenden Hysterese- und Wirbel
stromverluste ist eine gute Kühlung erforderlich.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht
daher vor, das aktive Material des Reihengetriebes
bei Dauerbetrieb in einem Kühlrippengehäuse anzu
ordnen.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausfüh
rungsbeispielen näher erläutert werden. In den zu
gehörigen Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des magne
tischen Reihengetriebes mit Magnet
flußführung,
Fig. 2 die Anordnung eines angetriebenen
Magnetrades im Statorgehäuse,
Fig. 3 die Anordnung eines treibenden Mag
netrades im Statorgehäuse,
Fig. 4 die Anordnung der magnetischen
Flußführungselemente,
Fig. 5 ein magnetisches Reihengetriebe mit
Kühlrippengehäuse,
Fig. 6 ein magnetisches Reihengetriebe in
zweistufiger Ausführung.
Der prinzipielle Aufbau des magnetischen Reihenge
triebes ist aus Fig. 1 ersichtlich. Die Übertra
gung der Drehmomente erfolgt berührungslos vom
treibenden Magnetrad (2), das mit einem Elektromo
tor (8) verbunden ist, auf das antreibbare Magnet
rad (1). Die Wellen, auf denen die Magneträder be
festigt sind, sind im Getriebegehäuse (4) gelagert.
Für das antreibbare Magnetrad (1) ist die Lagerung
in dem Lagerschild (5) dargestellt. Am Umfang der
Magneträder sind Permanentmagnete (6) angeordnet.
Das treibende Magnetrad (2) ist über die Welle (7)
mit dem Elektromotor (8) verbunden. Der magnetische
Fluß wird zwischen den beiden Magneträdern über
weichmagnetische Statorbleche (3) und das Getriebe
gehäuse (4) geführt.
Die Anordnung des antreibbaren Magnetrades (1) im
Statorgehäuse ist in Fig. 2 dargestellt. Zur lüc
kenlosen Drehmomentübertragung und zur Gewährlei
stung einer definierten Drehrichtung sind die ein
zelnen Statorblechpakete teilweise ungleichmäßig
auf dem Kreisumfang angeordnet.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Elemente
der Flußführung (3) aus einzelnen, gegeneinander
isolierten Elektroblechen gefertigt, um die Wirbel
stromverluste gering zu halten.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung, die sich besonders
eignet, wenn kleine Rotorträgheitsmomente erforder
lich sind, da die schweren Permanentmagnete in die
sem Fall im Stator untergebracht sind und somit der
Rotor trägheitsarm ausgeführt werden kann.
Zur Abführung der durch Hysterese- und Wirbelstrom
verluste bei Dauerbetrieb entstehenden Wärme ist
eine gute Kühlung erforderlich. In Fig. 5 ist
hierzu eine Ausführungsform dargestellt, bei der
das aktive Material des Reihengetriebes in einem
Kühlrippengehäuse angeordnet ist.
Fig. 6 zeigt eine Getriebeform, bei der durch An
ordnung mehrerer erfindungsgemäßer Getriebe in
Reihe ein mehrstufiges Getriebe durch zusätzliche
Anordnung von ähnlichen, separat gelagerten Achsen
und ähnlichen magnetischen Flußführungen entsteht.
Dabei wird die erste Getriebestufe S1 vom Elektro
motor (8) angetrieben. Die Getriebestufe S1 treibt
wiederum die zweite Getriebestufe S2 an.
Claims (11)
1. Magnetisches Reihengetriebe mit fluchtender Anordnung
von An- und Abtriebswelle und berührungsloser
Übertragung des Drehmomentes mit mindestens einem
Rad (1, 2) auf jeder Welle, mit magnetischen
Flußführungselementen (3), deren Enden An- oder Abtriebsrad
überdecken, sowie Permanentmagnete, wobei
sich die Polzahl der einzelnen Räder (1, 2) voneinander
unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß
sich auf dem Umfang des Rades die Permanentmagnete
(6) mit wechselnder Polarität befinden sowie die
magnetischen Flußführungselemente ringförmig um die
Räder (1, 2) in axialer Richtung orientiert sind
und deren Enden sich vom An- bis zum Abtriebsrad
erstrecken und einige der magnetischen Flußführungselemente
(3) in Drehrichtung versetzt angeordnet
sind.
2. Magnetisches Reihengetriebe mit fluchtender Anordnung
von An- und Abtriebswelle und berührungsloser
Übertragung des Drehmomentes, mit mindestens
einem Rad (1, 2) auf jeder Welle, auf dessen Umfang
eine Verzahnung angeordnet ist, mit magnetischen
Flußführungselementen (3), deren Enden An- oder Abtriebsrad
überdecken und sich die Zähnezahl der
einzelnen Räder (1, 2) voneinander unterscheiden
und im Stator Permanente angebracht sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete am Luftspalt
der Verzahnung gegenüber angebracht sind, wobei
der räumliche Abstand der Pole etwa gleich dem
der Verzahnung ist und die magnetischen Flußführungselemente
(1, 2) in axialer Richtung orientiert
sind und deren Enden sich vom An- bis zum Abtriebsrad
erstrecken sowie die Anzahl der Flußführungselemente
(3) etwa mit der Anzahl der gleichmagnetisierten
Pole des höherpoligen Rades übereinstimmt
und einige der magnetischen Flußführungselemente
(3) oder der Zähne in Drehrichtung versetzt angeordnet
sind.
3. Magnetisches Reihengetriebe nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete
(6) der höherpoligen Magneträder (1, 2) mehrpolig
radial oder lateral am Umfang magnetisiert sind und
die Permanentmagnete (6) der niederpoligen Magne
träder (1, 2) eine radiale oder diametrale Magneti
sierung aufweisen.
4. Magnetisches Reihengetriebe nach einem der An
sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flußführungselemente die Räder im Hinblick auf ih
ren Umfang nahezu vollständig umschließen.
5. Magnetisches Reihengetriebe nach einem der An
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gehäuseteile, an denen die magnetische Flußführung
(3) befestigt ist, und die sich in der Nähe der ma
gnetischen Flußführung (3) befinden, aus unmagneti
schem Material bestehen.
6. Magnetisches Reihengetriebe nach einem der An
sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Permanentmagnete (6) auf einem Träger angeordnet
sind, welcher aus einem Blechpaket aus einzelnen,
gegeneinander isolierten Elektroblechen besteht.
7. Magnetisches Reihengetriebe nach einem der An
sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
magnetischen Flußführungselemente (3) aus einer
Vielzahl einzelner, parallel zu den Achsen angeord
neter, sich nicht direkt berührender Statorblechpa
kete, die aus gegeneinander isolierten Elektroble
chen bestehen, gebildet werden.
8. Magnetisches Reihengetriebe nach einem der An
sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei
den Magneträdern (1, 2) die Magnetpole geschrägt
magnetisiert sind.
9. Magnetisches Reihengetriebe nach einem der An
sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Nähe der Permanentmagnete (6) zusätzliches weichma
gnetisches Material angebracht ist.
10. Magnetisches Reihengetriebe nach einem der An
sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Ge
triebegehäuse (4) zusätzliche, separat gelagerte
Achsen und Flußführungselemente (3) angeordnet
sind.
11. Magnetisches Reihengetriebe nach einem der An
sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
aktiven Teile des Getriebes in einem Kühlrippenge
häuse angeordnet sind.
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