WO2015018568A2 - Contactless magnetic clutch - Google Patents

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WO2015018568A2 PCT/EP2014/064035 EP2014064035W WO2015018568A2 WO 2015018568 A2 WO2015018568 A2 WO 2015018568A2 EP 2014064035 W EP2014064035 W EP 2014064035W WO 2015018568 A2 WO2015018568 A2 WO 2015018568A2
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Definitions

  • the invention relates to a non-contact magnetic coupling, with a two-space spatially separating can, and an inner shaft mounted in the containment shell and an outer shaft mounted on the containment shell, which carry mutually attracting magnetic elements in opposite circumferential regions.
  • Such, also referred to as permanent magnetic synchronous coupling units transmit torque from the drive side (usually outer shaft or outer rotor) without contact by the magnetic forces on the output side (usually inner shaft or inner rotor), usually as the main function, the hermetic separation of input and output side without dynamically loaded Sealing elements is in the foreground.
  • the separation point so usually the junction of the fixed gap pot with a partition wall between the two areas, can be purely static sealed, e.g. with a flat gasket or an O-ring, which leaks at this point are virtually completely eliminated, without that for many applications annoying, excessive friction losses can occur through gaskets and the like.
  • WO201 1/137688 A1 are mounted on the containment shell, or a component firmly connected thereto, and thus centered relative to one another, which greatly improves the operation of the magnetic coupling due to lower possible radial tolerances.
  • Object of the present invention is to improve a magnetic coupling of the type mentioned so that the mutual alignment of inner shaft and outer shaft relative to the containment shell with further reduction of gaps and game can be further improved.
  • the axial offset is in the range of 5 to 15% of the axial length of the magnetic elements, which ensures an advantageous compromise between axial clamping and torque transmission.
  • the magnetic elements of the outer shaft are further away from a mounting region of the gap pot arranged as the magnetic elements of the inner shaft. The resulting axial force keeps the outer shaft on the split pot, which can be saved for such a fixation otherwise necessary components.
  • FIG. 1 section through a magnetic coupling according to the invention is shown at least in part only schematically.
  • the two areas I and II spatially separated from each other split pot 1 is here inserted into a container wall 2 shown only schematically and secured in a manner not shown and sealed (for example by means of a flat gasket, not shown, or inserted in the groove 3 O-ring or the like ).
  • the attachment takes place via a mounting portion 1 1 of the split pot 1, wherein the mounting portion 1 1 is executed in the example shown as a mounting plate, via the e.g. a screw can be done with the container wall 2.
  • the interior of the can 1 is in communication with the region I and hermetically sealed against the region II, without requiring a dynamic seal between rotating components.
  • the inner shaft 9 and the outer shaft 6 carry individual magnetic elements 10 which attract each other in circumferential areas opposite one another, for example eight of which can be provided around the circumference and extend in the longitudinal direction with alternating polarity.
  • “Alternating polarity” here means that eg on the inner shaft 9 Magnetic elements 10 are arranged with south-north orientation adjacent to a north-south-oriented magnetic element 10. At rest, the respective north and south poles of the magnetic elements 10 are opposite and the magnetic field is completely symmetrical One of the shafts deflects the magnetic field lines, with which torque can be transmitted through the air gap or the containment shell 1.
  • the containment shell 1 can be metallic, for example made of stainless steel or another suitable alloy, which allows improved stability of the bearing , but within the rotating magnetic field basically causes eddy current losses that are converted into heat. For this reason, splitters made of plastic, ceramic, glass or the like are known.
  • At least part of the magnetic elements 10 of inner shaft 9 and outer shaft 6 are offset in the axial direction against each other, said offset V is in the range of 5 to 15% of the axial length of the magnetic elements 10.
  • the resulting axial force which acts along the longitudinal center axis 12 of the can 1, allows axial clamping of the outer 6 and inner shaft 9 with respect to their storage on the can 1.
  • the magnetic elements 10 are offset on each of the shafts in each case in the direction of floating bearing relative to the opposite magnetic elements.
  • the magnetic elements 10 of inner 9 and outer shaft 6 are offset from a position in which they are positioned exactly opposite, such that the magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are at least partially displaced in the direction of the floating bearing 8 of the inner shaft 9 or the magnetic elements 10 of the outer shaft 6 at least are partially shifted in the direction of the floating bearing 5 of the outer shaft 6.
  • This causes a slight tension of the inner and outer shaft in the fixed bearings on the split pot 1, which reduces the bearing clearance and improves the function.
  • the magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are positioned closer to the attachment region 11 of the can 1 than the magnetic elements 10 of the outer shaft 6.
  • the magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are thus closer to the attachment region 11 than the magnetic elements 10 of the outer shaft 6.
  • the outer shaft 6 is held on the containment shell 1 by the resulting axial force along the longitudinal central axis 12 of the containment shell 1, and no further components are required for this purpose.

Abstract

The invention relates to a contactless magnetic clutch, the magnetic elements (10) of the inner shaft (9) and outer shaft (6) of which are arranged at least partially offset to each other in the axial direction, wherein a minor tension of the two shafts against the separating can (1), which serves to seal and additionally to mount the two shafts.

Description

Berührungslose Magnetkupplung  Non-contact magnetic coupling
Die Erfindung betrifft eine berührungslose Magnetkupplung, mit einem zwei Bereiche voneinander räumlich trennenden Spalttopf, sowie einer im Spalttopf gelagerten Innenwelle und einer auf dem Spalttopf gelagerten Außenwelle, welche in einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen einander anziehende Magnetelemente tragen. The invention relates to a non-contact magnetic coupling, with a two-space spatially separating can, and an inner shaft mounted in the containment shell and an outer shaft mounted on the containment shell, which carry mutually attracting magnetic elements in opposite circumferential regions.
Derartige, auch als dauermagnetische Synchronkupplung bezeichnete Einheiten übertragen Drehmoment von der Antriebseite (üblicherweise Außenwelle bzw. Außenrotor) berührungslos durch die Magnetkräfte auf die Abtriebseite (üblicherweise Innenwelle bzw. Innenrotor), wobei zumeist als Hauptfunktion die hermetische Trennung von An- und Abtriebseite ohne dynamisch belastete Dichtelemente im Vordergrund steht. Die Trennstelle, also zumeist die Verbindungsstelle des feststehenden Spalttopfes mit einer Trennwand zwischen den beiden Bereichen, kann rein statisch abgedichtet werden, z.B. mit einer Flachdichtung oder einem O-Ring, womit Undichtheiten an dieser Stelle praktisch vollständig auszuschließen sind, ohne dass für viele Anwendungen störende, übermäßige Reibungsverluste durch Dichtpackungen und dergleichen auftreten können. Such, also referred to as permanent magnetic synchronous coupling units transmit torque from the drive side (usually outer shaft or outer rotor) without contact by the magnetic forces on the output side (usually inner shaft or inner rotor), usually as the main function, the hermetic separation of input and output side without dynamically loaded Sealing elements is in the foreground. The separation point, so usually the junction of the fixed gap pot with a partition wall between the two areas, can be purely static sealed, e.g. with a flat gasket or an O-ring, which leaks at this point are virtually completely eliminated, without that for many applications annoying, excessive friction losses can occur through gaskets and the like.
Abgesehen von einfacheren Ausführungen derartiger Kupplungen, bei denen die Innenwelle und die Außenwelle an irgendwelchen antriebs- bzw. abtriebseitig vorgesehenen Aggregaten gelagert und ansonsten gegenüber dem trennenden Spalttopf freigestellt sind, sind auch höherwertige Ausführungen bekannt bei denen Innen- und/oder Außenwelle einseitig (siehe beispielsweise EP 1801 420 A2) oder auch zweiseitig (siehe beispielsweise Apart from simpler versions of such couplings in which the inner shaft and the outer shaft are mounted on any drive or driven side provided aggregates and otherwise exempted from the separating containment shell, also higher-value versions are known in which inner and / or outer shaft on one side (see, for example EP 1801 420 A2) or else two-sided (see, for example
WO201 1/137688 A1 ) auf dem Spalttopf, bzw. einem damit fest verbundenen Bauteil, gelagert und damit gegeneinander zentriert sind, was die Funktionsweise der Magnetkupplung zufolge geringerer möglicher Radialtoleranzen sehr verbessert. WO201 1/137688 A1) are mounted on the containment shell, or a component firmly connected thereto, and thus centered relative to one another, which greatly improves the operation of the magnetic coupling due to lower possible radial tolerances.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetkupplung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die gegenseitige Ausrichtung von Innenwelle und Außenwelle relativ zum Spalttopf unter weiterer Verringerung von Spaltmaßen und Spiel weiter verbessert werden kann. Object of the present invention is to improve a magnetic coupling of the type mentioned so that the mutual alignment of inner shaft and outer shaft relative to the containment shell with further reduction of gaps and game can be further improved.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil der Magnetelemente von Innenwelle und Außenwelle in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine axiale Kraft zwischen Innen- und Außenwelle ausgeübt, welche diese beiden Elemente gegenüber ihrer Lagerung am Spalttopf leicht axial verspannt und in Position hält, womit sich die Funktion der This object is achieved according to the present invention in that at least a part of the magnetic elements of the inner shaft and the outer shaft are arranged offset from one another in the axial direction. In this way, an axial force between the inner and outer shaft is exerted, which easily axially braced these two elements against their storage on the split pot and holds in position, bringing the function of the
l Magnetkupplung weiter verbessert und notwendige Spielmaße relativ zum Spalttopf verkleinert werden können. Zusätzlich wird dadurch das Lagespiel reduziert. l Magnetic coupling further improved and necessary clearance dimensions can be reduced relative to the containment shell. In addition, this reduces the situation play.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der axiale Versatz im Bereich von 5 - 15 % der axialen Länge der Magnetelemente beträgt, was einen vorteilhaften Kompromiss zwischen axialer Verspannung und Drehmomentübertragung sicherstellt. In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the axial offset is in the range of 5 to 15% of the axial length of the magnetic elements, which ensures an advantageous compromise between axial clamping and torque transmission.
Bei jeweils über ein Festlager und ein Loslager am Spalttopf gelagerter Innen- und Außenwelle ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass die Magnetelemente jeweils in Richtung Loslager versetzt sind. Dadurch erfolgt die axiale Verspannung in Richtung Festlager, womit jeweils die beiden Lagerringe der Festlager zueinander zentriert und somit das Lagerspiel minimiert wird. In each case via a fixed bearing and a movable bearing on the containment shell mounted inner and outer shaft is provided in a variant of the invention that the magnetic elements are offset in each case in the direction of floating bearings. As a result, the axial tension in the direction of the fixed bearing, which in each case the two bearing rings of the bearing centered to each other and thus the bearing clearance is minimized.
Abgesehen von einer gegeneinander versetzten Anordnung aller Magnetelement-Paare um ein bestimmtes kleines Ausmaß könnte auch die Versetzung nur an einzelnen Magnetelement-Paaren um ein größeres Ausmaß vorgesehen werden - auch unterschiedlich große Versatzdimensionen an einzelnen Magnetelement-Paaren sind möglich bzw. aus konstruktiver Hinsicht manchmal vorteilhaft. Apart from a staggered arrangement of all magnetic element pairs to a certain small extent and the displacement could be provided only to individual magnetic element pairs to a greater extent - also different sized offset dimensions of individual magnetic element pairs are possible or sometimes advantageous from a design point of view ,
In einer Variante der Erfindung sind die Magnetelemente der Außenwelle weiter von einem Befestigungsbereich des Spalttopfes entfernt angeordnet als die Magnetelemente der Innenwelle. Die resultierende axiale Kraft hält die Außenwelle auf dem Spalttopf, wodurch für eine solche Fixierung ansonsten notwendige Bauteile eingespart werden können. In a variant of the invention, the magnetic elements of the outer shaft are further away from a mounting region of the gap pot arranged as the magnetic elements of the inner shaft. The resulting axial force keeps the outer shaft on the split pot, which can be saved for such a fixation otherwise necessary components.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention will be explained in more detail below with reference to the embodiment shown in the drawing.
Der in Fig. 1 ersichtliche Schnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetkupplung ist zumindest zum Teil nur schematisch dargestellt. Der die beiden Bereiche I und II voneinander räumlich trennende Spalttopf 1 ist hier in eine nur schematisch dargestellte Behälterwand 2 eingesetzt und auf nicht weiter dargestellte Weise befestigt und abgedichtet (beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Flachdichtung oder einem in der Nut 3 eingelegten O-Ring oder dergleichen). Die Befestigung erfolgt dabei über einen Befestigungsbereich 1 1 des Spalttopfes 1 , wobei der Befestigungsbereich 1 1 im dargestellten Beispiel als Montageteller ausgeführt ist, über den z.B. eine Verschraubung mit der Behälterwand 2 erfolgen kann. The apparent in Fig. 1 section through a magnetic coupling according to the invention is shown at least in part only schematically. The two areas I and II spatially separated from each other split pot 1 is here inserted into a container wall 2 shown only schematically and secured in a manner not shown and sealed (for example by means of a flat gasket, not shown, or inserted in the groove 3 O-ring or the like ). The attachment takes place via a mounting portion 1 1 of the split pot 1, wherein the mounting portion 1 1 is executed in the example shown as a mounting plate, via the e.g. a screw can be done with the container wall 2.
Damit ist der Innenraum des Spalttopfes 1 mit dem Bereich I in Verbindung und hermetisch gegenüber dem Bereich II abgedichtet, ohne dass es einer dynamischen Dichtung zwischen rotierenden Bauteilen bedürfte. Eine auf dem Spalttopf 1 an einem Festlager 4 und einem Loslager 5 gelagerte AußenwelleThus, the interior of the can 1 is in communication with the region I and hermetically sealed against the region II, without requiring a dynamic seal between rotating components. A mounted on the split pot 1 at a fixed bearing 4 and a floating bearing 5 outer shaft
6 fungiert beispielsweise als Antriebswelle, während eine im Spalttopf 1 an einem Festlager6 acts as a drive shaft, for example, while one in the can 1 at a fixed bearing
7 und einem Loslager 8 gelagerte Innenwelle 9 beispielsweise als Abtriebswelle dient. Natürlich können die Wellen 6, 9 auch umgekehrt verwendet werden. Die Drehachsen von Außen- 6 und Innenwelle 9 fallen im Wesentlichen mit der Längsmittelachse 12 des Spalttopfes 1 zusammen. 7 and a floating bearing 8 mounted inner shaft 9, for example, serves as an output shaft. Of course, the shafts 6, 9 can also be used vice versa. The axes of rotation of outer 6 and inner shaft 9 coincide substantially with the longitudinal central axis 12 of the split pot 1.
Weitere Elemente sind aus Gründen der Übersichtlichkeit weder antriebseitig noch abtrieb- seitig dargestellt. Innenwelle 9 und Außenwelle 6 tragen in einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen einander anziehende einzelne Magnetelemente 10, von denen beispielsweise jeweils acht über den Umfang verteilte und in Längsrichtung erstreckte Einzelelemente mit abwechselnder Polarität vorgesehen sein können.„Abwechselnde Polarität" bedeutet hier, dass z.B. auf der Innenwelle 9 benachbart zu einem Nord-Süd-orientierten Magnetelement 10 jeweils Magnetelemente 10 mit Süd-Nord-Orientierung angeordnet sind, bzw. umgekehrt. Im Ruhezustand stehen sich die jeweiligen Nord- und Südpole der Magnetelemente 10 gegenüber und das Magnetfeld ist vollkommen symmetrisch. Erst durch Verdrehung einer der Wellen werden die Magnetfeldlinien ausgelenkt, womit Drehmoment durch den Luftspalt bzw. den Spalttopf 1 hindurch übertragen werden kann. Der Spalttopf 1 kann metallisch, beispielsweise aus Edelstahl oder einer sonstigen geeigneten Legierung sein, was eine verbesserte Stabilität der Lagerung ermöglicht, aber innerhalb des rotierenden Magnetfeldes grundsätzlich Wirbelstromverluste, die in Wärme umgewandelt werden, verursacht. Aus diesem Grunde sind auch Spalttöpfe aus Kunststoff, Keramik, Glas oder dergleichen bekannt. For reasons of clarity, further elements are shown neither on the drive side nor on the output side. The inner shaft 9 and the outer shaft 6 carry individual magnetic elements 10 which attract each other in circumferential areas opposite one another, for example eight of which can be provided around the circumference and extend in the longitudinal direction with alternating polarity. "Alternating polarity" here means that eg on the inner shaft 9 Magnetic elements 10 are arranged with south-north orientation adjacent to a north-south-oriented magnetic element 10. At rest, the respective north and south poles of the magnetic elements 10 are opposite and the magnetic field is completely symmetrical One of the shafts deflects the magnetic field lines, with which torque can be transmitted through the air gap or the containment shell 1. The containment shell 1 can be metallic, for example made of stainless steel or another suitable alloy, which allows improved stability of the bearing , but within the rotating magnetic field basically causes eddy current losses that are converted into heat. For this reason, splitters made of plastic, ceramic, glass or the like are known.
Zumindest ein Teil der Magnetelemente 10 von Innenwelle 9 und Außenwelle 6 sind in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet, wobei dieser Versatz V im Bereich von 5 bis 15 % der axialen Länge der Magnetelemente 10 liegt. At least part of the magnetic elements 10 of inner shaft 9 and outer shaft 6 are offset in the axial direction against each other, said offset V is in the range of 5 to 15% of the axial length of the magnetic elements 10.
Die dadurch entstehende axiale Kraft, die entlang der Längsmittelachse 12 des Spalttopfes 1 wirkt, ermöglicht eine axiale Verspannung von Außen- 6 und Innenwelle 9 gegenüber ihrer Lagerung am Spalttopf 1. The resulting axial force, which acts along the longitudinal center axis 12 of the can 1, allows axial clamping of the outer 6 and inner shaft 9 with respect to their storage on the can 1.
Bei der dargestellten Ausführung mit jeweils einem Festlager und einem Loslager für die Lagerung von Innen- und Außenwelle (9 bzw. 6) sind die Magnetelemente 10 an jeder der Wellen jeweils in Richtung Loslager relativ zu den gegenüberliegenden Magnetelementen versetzt. Das bedeutet, dass die Magnetelemente 10 von Innen- 9 und Außenwelle 6 aus einer Position, in der sie genau gegenüberliegend positioniert sind, derart versetzt sind, dass die Magnetelemente 10 der Innenwelle 9 zumindest teilweise in Richtung des Loslagers 8 der Innenwelle 9 verschoben sind oder die Magnetelemente 10 der Außenwelle 6 zumindest teilweise in Richtung des Loslagers 5 der Außenwelle 6 verschoben sind. Dadurch tritt eine leichte Verspannung von Innen- und Außenwelle in den Festlagern am Spalttopf 1 ein, was das Lagerspiel verringert und die Funktion verbessert. In the illustrated embodiment, each with a fixed bearing and a movable bearing for the storage of inner and outer shaft (9 and 6), the magnetic elements 10 are offset on each of the shafts in each case in the direction of floating bearing relative to the opposite magnetic elements. This means that the magnetic elements 10 of inner 9 and outer shaft 6 are offset from a position in which they are positioned exactly opposite, such that the magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are at least partially displaced in the direction of the floating bearing 8 of the inner shaft 9 or the magnetic elements 10 of the outer shaft 6 at least are partially shifted in the direction of the floating bearing 5 of the outer shaft 6. This causes a slight tension of the inner and outer shaft in the fixed bearings on the split pot 1, which reduces the bearing clearance and improves the function.
Die Magnetelemente 10 der Innenwelle 9 sind näher am Befestigungsbereich 1 1 des Spalttopfes 1 positioniert als die Magnetelemente 10 der Außenwelle 6. Die Magnetelemente 10 der Innenwelle 9 befinden sich also um den Versatz V näher am Befestigungsbereich 1 1 als die Magnetelemente 10 der Außenwelle 6. Durch diese Anordnung der Magnetelemente 10 wird durch die resultierende axiale Kraft entlang der Längsmittelachse 12 des Spalttopfes 1 die Außenwelle 6 auf dem Spalttopf 1 gehalten und es sind dafür keine weiteren Bauteile nötig. The magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are positioned closer to the attachment region 11 of the can 1 than the magnetic elements 10 of the outer shaft 6. The magnetic elements 10 of the inner shaft 9 are thus closer to the attachment region 11 than the magnetic elements 10 of the outer shaft 6. As a result of this arrangement of the magnetic elements 10, the outer shaft 6 is held on the containment shell 1 by the resulting axial force along the longitudinal central axis 12 of the containment shell 1, and no further components are required for this purpose.
Ein weiterer Vorteil im Handling (Montage und Demontage) besteht darin, dass die beiden Wellen von selbst in ihrer Position halten, trotz teilweisem Verzicht auf Sicherungen. Wären die Magnete genau gegenüber angeordnet, könnten die Wellen leicht hin und her rutschen (oder aber man sichert sie eben mit Sicherungsringen). Another advantage in handling (assembly and disassembly) is that the two shafts hold themselves in position, despite partial waiver of fuses. If the magnets were placed exactly opposite, the waves could easily slide back and forth (or you can just secure them with retaining rings).

Claims

Patentansprüche claims
Berührungslose Magnetkupplung, mit einem zwei Bereiche (I, II) voneinander räumlich trennenden Spalttopf (1), sowie einer im Spalttopf (1) gelagerten Innenwelle (9) und einer auf dem Spalttopf (1) gelagerten Außenwelle (6), welche in einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen einander anziehende Magnetelemente (10) tragen, dadurch geken nzeichnet, dass zumindest ein Teil der Magnetelemente (10) von Innenwelle (9) und Außenwelle (6) in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Non-contact magnetic coupling, comprising a split pot (1) which spatially separates two regions (I, II), and an inner shaft (9) mounted in the containment shell (1) and an outer shaft (6) mounted on the containment shell (1), which lie opposite one another Wear circumferential areas each other attracting magnetic elements (10), characterized Porsche Style nzeichnet that at least a portion of the magnetic elements (10) of the inner shaft (9) and outer shaft (6) are arranged offset from one another in the axial direction.
Magnetkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Versatz (V) im Bereich von 5 - 15 % der axialen Länge der Magnetelemente (10) beträgt. Magnetkupplung nach Anspruch 1 oder 2 mit jeweils über ein Festlager (7, 4) und ein Loslager (8, 5) am Spalttopf (1) gelagerter Innen- und Außenwelle (9, 6), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (10) jeweils in Richtung Loslager (8, 5) versetzt sind.  Magnetic coupling according to claim 1, characterized in that the axial offset (V) in the range of 5 to 15% of the axial length of the magnetic elements (10). Magnetic coupling according to claim 1 or 2, each having a fixed bearing (7, 4) and a floating bearing (8, 5) on the containment shell (1) mounted inner and outer shaft (9, 6), characterized in that the magnetic elements (10) respectively in the direction of floating bearing (8, 5) are offset.
Magnetkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (10) der Außenwelle (6) weiter von einem Befestigungsbereich (11 ) des Spalttopfes (1 ) entfernt angeordnet sind als die Magnetelemente (10) der Innenwelle (9).  Magnetic coupling according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic elements (10) of the outer shaft (6) further away from a mounting portion (11) of the gap pot (1) are arranged as the magnetic elements (10) of the inner shaft (9).
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