DE4223827A1 - Magnetisches Scheibengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Scheiben­ getriebe mit zwei auf parallelen Wellen angeordne­ ten Scheibenrädern bei dem die Übertragung des Drehmomentes berührungslos mittels magnetischer Felder erfolgt.

Im Stand der Technik sind magnetische Getriebe nach der DE-A 20 05 803 bekannt. Diese Getriebe besit­ zen drei Elemente, von denen eines zwischen den beiden anderen angeordnet ist und mindestens eines der Elemente Permanent- oder Elektromagneten ent­ hält. An den beiden Elementen, zwischen denen das dritte angeordnet ist, sind Polringe mit den beiden anderen Elementen zugewandten Polen angebracht. De­ ren Anzahl bestimmt dabei das Übersetzungsverhält­ nis des magnetischen Getriebes. Über den Umfang verteilt sind Leitstücke aus leicht ummagnetisier­ barem ferromagnetischen Material, wobei die Leit­ stücke so ausgebildet sind, daß der Magnetfluß auf mindestens zwei Pole des Polringes verteilt wird. Diesen bekannten Anordnungen haftet der Nachteil an, daß nur relativ geringe Drehmomente übertragen werden können und daß die An- und Abtriebsachsen koaxial angeordnet sind und demzufolge ein hoher fertigungstechnischer Aufwand betrieben werden muß. Die Wahl der erreichbaren Übersetzungsverhältnisse ist dabei auch nur in engen Grenzen möglich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein magnetisches Scheibengetriebe zu schaffen, das zur Übertragung großer Drehmomente bei hohem Wir­ kungsgrad geeignet und mit geringen fertigungstech­ nischen Aufwand herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf den Scheibenrädern ringförmig Permanentma­ gnetpole mit in Umfangsrichtung wechselnder Polari­ tät angeordnet sind, an mindestens einem Scheiben­ rad wenigstens zwei Magnetringe mit axialem Abstand so angeordnet sind, daß sich Polflächen ungleicher Polarität in einem Luftspalt gegenüberstehen und daß die Wellen in einem solchen Abstand angeordnet sind, daß ein Scheibenrad mit seinem Magnetring in den vom magnetischen Fluß durchsetzten Luftspalt des anderen Scheibenrades hineinragt und daß der Ab­ stand benachbarter Pole der Scheibenräder beider Wellen in azimutaler Richtung etwa gleich ist.

Den Rotor des einen Magnetrades bilden zwei ferro­ magnetische Scheiben, die fest mit der Antriebs­ welle verbunden sind und durch Abstandshülsen axial auf Distanz gehalten werden. Auf jede der ferroma­ gnetischen Scheiben ist zentrisch und über den Um­ fang ein mehrpolig axial magnetisierter Permanent­ magnetring aufgebracht, der durch einen Kunststoff­ ring gegen fliehkraftbedingte Zerstörung gesichert ist. Die beiden Magnetringe sind so angeordnet, daß sich im Luftspalt Polflächen entgegengesetzter Po­ larität gegenüberstehen. Die Übertragung der Kräfte geschieht dadurch, daß die andere Welle mit den darauf angeordneten Permanentmagneten in den Luft­ spalt eingreift, so daß sich die Magnete dieser Scheibe in Wirkverbindung mit den durch die auf der anderen Scheibe befindlichen Magnete erzeugten Ma­ gnetfelder treten. Bei einer Rotation der einen Welle wird durch Vermittlung magnetischer Kräfte die andere Welle mitgeführt. Die Übersetzung be­ stimmt sich aus dem Verhältnis der Anzahl der auf beiden Magnetscheiben über den Umfang angeordneten Pole. Bei Rotation der einen Welle wird die Scheibe der anderen Welle mitgeführt, so daß die einzelnen Magnetpole über ihren Umfang sukzessive miteinander in Eingriff treten, wodurch die eine ( = Antriebs­ welle) die andere ( = Abtriebswelle) mitführt und bewegt. Hierzu ist erforderlich, daß die Ausdehnung der Magnetpole beider Scheiben in azimutaler Rich­ tung etwa gleich groß ist, um den ähnlich bei Zahn­ rädern kämmenden Eingriff zu ermöglichen.

Im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten magnetischen Getrieben wird bei der erfindungsgemä­ ßen Anordnung eine relativ hohe magnetische Fluß­ dichte zur Übertragung des Drehmomentes wirksam. Bedingt durch den nahezu rechteckförmigen Feldver­ lauf in Umfangsrichtung des einen Magnetrades und den sektorförmigen Polflächen des zweiten Magnetra­ des kann eine nahezu schlupffreie Drehmomentüber­ tragung erreicht werden. Ein Durchrutschen kann erst auftreten, wenn die Lastverhältnisse das systembedingte maximal mögliche Drehmoment über­ schreiten.

Aufgrund der Getriebeeigenschaften eignet sich das magnetische Scheibengetriebe besonders für Anwen­ dungsfälle mit hohen Drehzahlen, da dieser Getrie­ betyp weniger schwingungsfähig ist als andere bis­ her bekannte magnetische Getriebe.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des erfindungsgemä­ ßen Getriebes ist, daß es im Vergleich zu herkömm­ lichen mechanischen Getrieben weitestgehend ver­ schleißfrei, wartungsfrei und geräuscharm arbeitet und bei Drehmomentüberlastung nicht zerstört werden kann, da die Magneträder in diesem Fall durchrut­ schen. Außerdem entfällt die Schmierung der Getrie­ beräder. Hervorzuheben sind auch die sehr hohen er­ reichbaren Wirkungsgrade bei hohen Drehzahlen, da mit Ausnahme der gering zu haltenden Lagerreibung praktisch keine Reibungsverluste auftreten.

Eine vorteilhafte Ausführung der magnetischen Ge­ trieberäder sieht vor, daß mindestens eines der Ma­ gneträder aus weichmagnetischem Material besteht und am Umfang sektorförmige Zähne angeordnet sind. Diese Ausführung ermöglicht einerseits eine einfa­ che Herstellung der Räder und andererseits die Kom­ bination verschiedener Werkstoffe mit speziell an den Funktionsflächen erforderlichen Eigenschaften zur Bündelung des magnetischen Flusses.

Ferner ist es möglich, in einem gemeinsamen Getrie­ begehäuse zusätzliche Wellen mit separat gelagerten Magneträdern anzuordnen. Damit lassen sich mehrere Getriebestufen in einem Getriebe verwirklichen.

Mit einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das zu übertragende Drehmoment be­ liebig gesteigert werden, indem auf den Wellen je­ weils mehrere Magnetradpaare in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.

Die Erzeugung einer linearen Abtriebsbewegung kann mit dem erfindungsgemäßen Magnetgetriebe dadurch erreicht werden, daß eines der Magneträder mit ei­ nem linearen magnetischen Element, das mit vorzugs­ weise rechteckförmigen Magnetpolen versehen ist, in Eingriff steht und das Element auf einer Führung für Linearbewegungen angeordnet ist. Diese Anord­ nung entspricht dem Grenzfall, daß der Radius für eines der Magneträder unendlich wird, woraus sich eine lineare Anordnung der Magnetpole und eine li­ neare Bewegung ergibt. Im Ergebnis arbeitet ein kreisförmiges Magnetrad mit linear angeordneten Ma­ gnetpolen, die aus einem Magnetrad mit unendlich großem Radius hergeleitet sind, zusammen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Aus­ führungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaues des erfin­ dungsgemäßen magnetischen Scheiben­ getriebes,

Fig. 2 eine Ausführungsform für die Anord­ nung der Magnetscheiben im erfin­ dungsgemäßen magnetischen Scheiben­ getriebe.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 9 im Gehäuse des Getriebes gelagert. Das Gehäuse wird hier durch die Getriebe­ platinen 6, die über Abstandshülsen 7 und mittels Schrauben miteinander verbunden sind, gebildet. Im dargestellten Beispiel ist das antreibende Rad auf der Welle 1 angeordnet. Die Wellen 1 und 9 bewegen sich in den Lagern 2. Die beiden scheibenförmigen Eisenrückschlußteile 5 sind durch eine Abstands­ hülse 3 in ihrer Lage fixiert. Im Inneren des An­ triebsrades befinden sich zwei Permanentmagnetringe 4 und zwei Kunststoffringe 8. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, daß in der Mitte der Scheibe ein ringförmiger Schlitz entsteht, in dem die Perma­ nentmagnetscheibe 11 des anzutreibenden Magnetrades 12 eingreift. Dieses Magnetrad 12 ist auf der Welle 9 befestigt und besteht aus der Permanentmagnet­ scheibe 11 und den beiden Magnetscheibenhalterungen 10.

Die Anordnung der Magnetscheiben im magnetischen Scheibengetriebe ist in Fig. 2 dargestellt. Im vorliegenden Beispiel ist die Anordnung so gewählt, daß sich das Übersetzungsverhältnis i = 3 ergibt. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß das anzu­ treibende Magnetrad 12 und das Antriebsrad sich in dem Bereich durchdringen, in dem sich die Magnet­ sektoren befinden.

Das anzutreibende Magnetrad 12 besteht aus einer flachen Magnetscheibe 11, die mittels einer Magnet­ scheibenhalterung 10 fest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Die Magnetscheibe 11, die ebenfalls mehrpolig axial magnetisiert ist, ragt auf einer Seite in den Luftspalt des antreibenden Magnetrades hinein.

Claims (5)

1. Magnetisches Scheibengetriebe mit zwei auf pa­ rallelen Wellen angeordneten Scheibenrädern bei dem die Übertragung des Drehmomentes berührungslos mit­ tels magnetischer Felder erfolgt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - auf den Scheibenrädern ringförmig Permanentma­ gnetpole (4, 11) mit in Umfangsrichtung wechselnder Polarität angeordnet sind,
• - an mindestens einem Scheibenrad wenigstens zwei Magnetringe (4) mit axialem Abstand so angeordnet sind, daß sich Polflächen ungleicher Polarität in einem Luftspalt gegenüberstehen
• - daß die Wellen in einem solchen Abstand angeord­ net sind, daß ein Scheibenrad mit seinem Magnetring (11) in den vom magnetischen Fluß durchsetzten Luftspalt des anderen Scheibenrades hineinragt und
• - daß der Abstand benachbarter Pole der Scheibenrä­ der beider Wellen in azimutaler Richtung etwa gleich ist.

2. Magnetisches Scheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Magneträder aus weichmagnetischem Material besteht und am Umfang sektorförmige Zähne angeordnet sind.

3. Magnetisches Scheibengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ge­ meinsamen Getriebegehäuse zusätzliche Wellen mit separat gelagerten Magneträdern angeordnet sind.

4. Magnetisches Scheibengetriebe nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Wellen (1, 9) jeweils mehrere Magneträder in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.

5. Magnetisches Scheibengetriebe nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Magneträder mit einem linear beweglichen magne­ tischen Element mit vorzugsweise etwa rechteckför­ migen Magnetpolen in Wirkverbindung steht und das Element auf einer Führung für Linearbewegungen an­ geordnet ist.