WO2019219872A1 - Magnetkupplung und verfahren zur herstellung einer magnetkupplung - Google Patents

Magnetkupplung und verfahren zur herstellung einer magnetkupplung Download PDF

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WO2019219872A1
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magnetic coupling
demagnetization
rotor
outer rotor
permanent magnet
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PCT/EP2019/062728
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French (fr)
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Xiang Li
Alin Stirban
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Kardion Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • 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
    • H02K49/108—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with an axial air gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • 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

Definitions

  • the invention is based on a magnetic coupling for contactless torque transmission and a method for producing a magnetic coupling according to the category of the independent claims.
  • a passive rotary joint performs a torque transmission using permanent magnets, whereby a distinction is always made, depending on the orientation of the magnets, of axial couplings and radial couplings. Both arrangements are disclosed in the publication DE 2624058 A1.
  • the permanent-magnetic couplings offer the possibility of realizing a non-contact torque transmission. This feature also requires some bearing support.
  • the coupling is improved by adding a radial bearing function. In this construction, the torque is transmitted through a pair of opposed magnets, thereby producing a radial flux of induction.
  • the object of the invention is to further improve the magnetic couplings and methods known in the prior art for their production and to achieve as long as possible an efficient torque transmission.
  • the approach presented here creates a magnetic coupling for contactless torque transmission along an axis of rotation, the magnetic coupling having at least the following features: an outer rotor having on one inner side a permanent magnet with sections of different polarity; an inner rotor disposed within the outer rotor and having on one outer side a permanent magnet with portions of different polarity; and a demagnetization protection layer for reducing demagnetization of the magnetic coupling, wherein the demagnetization protection layer is disposed between the inner and outer rotors.
  • a magnetic coupling may be a coupling element for a specific type of coupling, the function of which is based on the action of a magnetic field.
  • a torque transmission may be a transmission of a torque, wherein the torque indicates how strongly a force acts on a rotatably mounted body, for example on a magnetic coupling.
  • An outer rotor may be a rotating coaxial hollow cylinder.
  • An inner rotor can likewise be a rotating, hollow cylinder, wherein the inner rotor can be arranged coaxially in the outer rotor.
  • a permanent magnet may be a permanent magnet made of one piece of a hard magnetic material and connected to an inner and / or outer rotor.
  • the demagnetization protective layer may be a layer that is configured to receive and dissipate or attenuate magnetic field lines in order to prevent or at least reduce the demagnetization of a permanent magnet.
  • the demagnetization protective layer may be made of a material having a high relative permeability.
  • the demagnetization protective layer may for example be made of a soft magnetic material, example, steel or iron.
  • such a material may for example have a very high permeability of m G > 300 up to 300,000.
  • a permanent magnet type with a higher coercive force and a higher remanence is preferred for a permanent magnet of the inner and / or the outer rotor
  • a soft magnetic material with a higher relative permeability is preferred for the demagnetization layer, with high magnetic remanence being the basis for all storage methods based on magnetism and in many applications of everyday life is of essential importance.
  • the demagnetization protection layer may cover at least a portion of the inside of the permanent magnet of the outer rotor.
  • the demagnetization protective layer is arranged so that it is in direct contact with an inner side of a permanent magnet of the outer rotor. Since the demagnetization of the permanent magnets of the outer rotor due to the stray flux in the axial axis is not as pronounced as in the region of the inner rotor, the demagnetization protective layer need not cover the entire length of the permanent magnets of the outer rotor.
  • the inner and outer rotors may be formed as coaxially arranged hollow cylinders.
  • Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage of a secure and stable receiving and fixing of the inner rotor in the outer rotor, in particular when the inner rotor is disposed within the outer rotor. An efficient torque transmission can also be achieved in this way.
  • the outer rotor may be arranged in a supporting shell, in particular wherein the supporting shell is formed as a coaxial hollow cylinder.
  • the supporting shell is formed as a coaxial hollow cylinder.
  • the magnetic coupling may be formed as a 4-pole radial magnetic coupling with associated Winkelabschnit- th between the inner and outer permanent magnet.
  • the torque is transmitted in an improved manner by a pair of opposing permanent magnets, whereby a radial induction flow is produced.
  • the demagnetization protective layer may be formed as a layer with protrusions.
  • the demagnetization layer is at least one layer formed an inner and an outer circular arc, whose Rien differed.
  • a method for producing a magnetic coupling comprising the following steps:
  • demagnetization protective layer is arranged on the inside of the permanent magnet of the outer rotor
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a magnetic coupling for contactless torque transmission according to an embodiment
  • 2 shows a schematic cross-sectional view of a magnetic coupling for contactless torque transmission according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a magnetic coupling for contactless torque transmission with a demagnetization layer according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows an isometric view of a magnetic coupling for contactless torque transmission with a demagnetization protective layer according to an embodiment
  • FIG. 5 shows an isometric view of a simulated demagnetization of a permanent magnet of an inner rotor of a magnetic coupling (without demagnetization layer) at a temperature of 20 ° C. according to an exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows an isometric view of a simulated demagnetization of a permanent magnet of an outer rotor of a magnetic clutch (without demagnetization protective layer) at a temperature of 20 ° C. according to one exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows an isometric view of a simulated demagnetization of a permanent magnet of an outer rotor of a magnetic clutch at a temperature of 20 ° according to an exemplary embodiment
  • 8 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method for producing a magnetic coupling according to one exemplary embodiment.
  • the magnetic coupling 100 is a 4-pole radial magnetic coupling 100, which has corresponding angle sections between the inner 125 and outer 1 15 permanent magnet.
  • the magnetic coupling 100 shown here is in an initial position in which the angle of rotation is 0 °.
  • the magnetic coupling 100 initially has an axis of rotation 105. Furthermore, the magnetic coupling 100 has an outer rotor 110, which on one inner side has a permanent magnet 15 with sections of different polarity. Furthermore, the magnetic coupling 100 has an inner rotor 120 which, on one outer side, has permanent magnets 125 of different polarity and is arranged inside the outer rotor 110. The permanent magnets 125 and 1 15 of the inner 120 and the outer 1 10 rotor consist of 2 pairs of magnets. Finally, the magnetic coupling 100 has a supporting sleeve 130, wherein the outer rotor 1 10 is arranged in the supporting sleeve 130.
  • the supporting sleeve 130, the outer rotor 110 and the inner 120 rotor are all formed as coaxially arranged hollow cylinders.
  • the arrow pairs 135 indicate the direction of the induction flow in the Permanent magnets 1 15 and 125 on.
  • the required torque is generated by a suitable angle of rotation between the inner 120 and the outer rotor 110 in accordance with the corresponding load torque.
  • the demagnetization of the permanent magnets 15 and 125 because the demagnetizing effect causes a torque reduction. As a result, the magnetic clutch 100 can change the working state or even lose the ability to transmit a torque.
  • the demagnetization takes place in the transition region where a short circuit of the Mag - net flow occurs.
  • the demagnetization takes place mainly in the region in which two permanent magnets 11 and / or 125 are in contact with opposite magnetizations.
  • the radial coupling has a more critical situation because the permanent magnets 1 15 and 125 of the inner 120 and / or the outer 1 10 rotor are formed into two coaxial hollow cylinder and the permanent magnet 1 15 of the outer rotor 1 10 with a higher possibility of demagnetization - confrontation.
  • the magnetic coupling 100 is the magnetic coupling 100 shown in FIG. 1.
  • the magnetic coupling 100 shown here is in an unfavorable position, in which the rotational angle is 90 °.
  • the magnetic coupling 100 initially has an axis of rotation 105.
  • the magnetic coupling 100 has an outer rotor 1 10, which has on one inside permanent magnet 1 15 with sections of different polarity.
  • the magnetic coupling 100 has an inner rotor 120, which has permanent magnets 125 of different polarity on one outer side and is arranged inside the outer rotor 110.
  • the permanent magnets 125 and 1 15 of the inner 120 and the outer 1 10 rotor consist of 2 pairs of magnets.
  • the magnetic coupling 100 has a supporting sleeve 130, wherein the outer rotor 1 10 is arranged in the supporting sleeve 130.
  • the supporting sleeve 130, the outer rotor 110 and the inner 120 rotor are all formed as coaxially arranged hollow cylinder.
  • the pairs of arrows 135 indicate the direction of the induction flux in the permanent magnet 1 15 and 125 at.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a magnetic coupling 100 for contactless torque transmission with a demagnetization layer 305 according to one exemplary embodiment.
  • the magnetic coupling 100 is a 4-pole radial magnetic coupling 100 which has angular sections between the inner 125 and the outer permanent magnet 15.
  • the approach of a magnetic coupling 100 with the demagnetization protection layer 305 presented here causes a reduction of a demagnetization level of the magnetic coupling 100 at different temperatures.
  • a demagnetization protection layer 305 can cover the inside of the permanent magnet 15 of the outer rotor 110 at an angle a, measured from a cross-sectional plane of a rotation axis 105, between 0 ° and 180 ° / Pz.
  • the magnetic coupling 100 initially has an axis of rotation 105. Furthermore, the magnetic coupling 100 has an outer rotor 1 10, which has on one inside permanent magnet 1 15 with sections of different polarity. Furthermore, the magnetic coupling 100 has an inner rotor 120, which has permanent magnets 125 of different polarity on one outer side and is arranged inside the outer rotor 110. The permanent magnets 125 and 1 15 of the inner 120 and the outer 1 10 rotor consist of 2 pairs of magnets. Finally, the magnetic coupling 100 has a supporting sleeve 130, wherein the outer rotor 1 10 is arranged in the supporting sleeve 130.
  • the supporting sleeve 130, the outer rotor 110 and the inner 120 rotor are all formed as coaxially arranged hollow cylinder.
  • the magnetic coupling 100 has four demagnetization protection layers 305 for reducing demagnetization of the magnetic coupling 100, the demagnetization protection layers 305 between the inner 120 and the outer rotor 1 10 are arranged.
  • Each demagnetization protection layer 305 covers at least a portion of the inside of the permanent magnet 11 of the outer rotor 110, wherein each demagnetization protection layer 305 may cover at least a portion of the outer side of the permanent magnet 125 of the inner rotor 120 ,
  • each demagnetization layer 305 can cover the inside of a permanent magnet 15 of the outer rotor 110 at an angle a between 0 ° and 90 ° measured from a cross-sectional plane of the rotation axis 105, the angle a ideally being 60 ° according to an embodiment. If the angle ⁇ is 90 °, each of the four demagnetization layers 305 is enclosed in a circle. In this case, a short circuit of the magnetic flux between two poles on the permanent magnet 15 of the outer rotor 110 may increase, whereby the torque transmission capability is reduced accordingly.
  • Each demagnetization protection layer 305 is, according to an embodiment, arranged to be in contact with the inside of the permanent magnets 15 of the outer rotor 110. Since the demagnetization of the permanent magnets 15 of the outer rotor 110 is not so serious due to the leakage flux in the axial axis on the side surfaces, the demagnetization protection layer 305 need not cover the entire length of a permanent magnet 15 of the outer rotor 110.
  • Each demagnetization protective layer 305 is, according to one embodiment, made of a high relative permeability material, for example, steel as a soft magnetic material.
  • the soft magnetic steel 1 .4104 is used as the material for the demagnetization protective layer 305 used.
  • the permanent magnets 125 and 15 of the inner 120 and / or the outer 110 rotor are made of hard magnetic materials and therefore have high coercive field strengths.
  • the material pairing of the magnetic coupling 100 depends on the practical requirements for torque transmission, space, mounting condition, material availability and other factors.
  • a permanent magnet type with higher coercive force and higher remanence and for the demagnetization layer 305 a soft magnetic material with higher permeability are to be preferred.
  • a thickness of each demagnetization protection layer 305 is in a ratio between 25% to 50% to a thickness of the permanent magnet 1 15 of the outer rotor 1 10. According to one embodiment, the exact thickness of the demagnetization layer 305 along the radial axis of the magnetic coupling 100 and a length of Demagnetization protective layer 305 along the axial axis of the magnetic coupling 100 are to be designed according to the specific coupling design. A thicker demagnetization layer 305 has a better function here in order to reduce the demagnetization level of the permanent magnet 15 of the outer rotor 110, but it requires much more space for this purpose.
  • the thickness of the demagnetization protection layer 305 should be carefully chosen in this respect in order to achieve a balance between the loss torque due to smaller installation space and the improvement of the demagnetization.
  • the advantages of such an arrangement are in particular that the assembly cost is reduced.
  • the shape of the demagnetization protection layer 305 is not fixed.
  • the demagnetization protection layer 305 may, for example, be formed as a layer with a plurality of projections, wherein the demagnetization Protective layer 305 is formed as a layer having at least one inner and one outer circular arc whose radii are different.
  • 4 shows an isometric view of a magnetic coupling 100 for contactless torque transmission with a demagnetization protection layer 305 according to one exemplary embodiment.
  • the magnetic coupling 100 is the magnetic coupling 100 shown in FIG. 3.
  • the magnetic coupling 100 initially has an axis of rotation 105. Furthermore, the magnetic coupling 100 has an outer rotor 110, which on one inside has permanent magnets 115 with sections of different polarity. Furthermore, the magnetic coupling 100 has an inner rotor 120, which has permanent magnets 125 of different polarity on one outer side and is arranged inside the outer rotor 110. The permanent magnets 125 and 115 of the inner 120 and the outer 110 rotor consist of 2 pairs of magnets. Finally, the magnetic coupling 100 has a supporting sleeve 130, wherein the outer rotor 110 is arranged in the supporting sleeve 130.
  • the supporting sleeve 130, the outer rotor 110 and the inner rotor 120 are all formed as coaxially arranged hollow cylinder.
  • the magnetic coupling 100 has four demagnetization protection layers 305 for reducing demagnetization of the magnetic coupling 100, the demagnetization protection layers 305 being arranged between the inner 120 and the outer rotor 110, in particular each demagnetization protection layer 305 forming at least a partial section of the Inner side of the permanent magnet 115 of the outer rotor 110 covers.
  • the magnetic coupling according to an exemplary embodiment discloses that the outer rotor 1 10 has a length of 5 mm, a thickness of 0.8 mm and a diameter of 5.6 mm.
  • the permanent magnets 1 15 on the inside of the outer rotor 1 10 may for example have a thickness of 0.5 mm.
  • the inner rotor 120 may have, for example, a length of 5 mm and a diameter of 3 mm.
  • the permanent magnets 125 on the outside of the inner rotor 120 may, for example, have a thickness of 1 mm and be arranged on a support 105 of a diameter of 1 mm. It can be between the outer rotor 1 10 and the inner rotor 120, a distance of 0.5 mm.
  • the thickness of the demagnetization layer 305 may, for example, be 0.1 mm and have a width of 2.1 mm.
  • FIG. 5 shows an isometric view of a simulated demagnetization of a permanent magnet 125 of the inner rotor 120 of a magnetic coupling 100 at 20 °, according to one exemplary embodiment.
  • a demagnetization behavior of the inner rotor 120 at a temperature of 20 ° C. is shown without a demagnetization layer being introduced.
  • a maximum 505 of a local demagnetization component of 72.32% is shown.
  • a demagnetization ratio of, for example, (1-Br '/ Br) * 100% can be used.
  • the demagnetization component of the entire permanent magnet volume 125 of the rotor 120 is, for example, only a small proportion, so that the demagnetization risk is therefore not so serious.
  • FIG. 6 shows an isometric view of a simulated demagnetization of a permanent magnet 15 of the outer rotor 110 of a magnetic coupling at a temperature of 20 ° C. according to an exemplary embodiment.
  • This is a demagnetization behavior of the outer rotor 1 10 without a demagnetization layer being introduced.
  • a maximum 605 of a local demagnetization component of 16.83% is shown in the case of the permanent magnet 15 of the outer rotor 110.
  • the demagnetization component of the total permanent magnet volume 15 of the rotor 10 is a large proportion, so that the demagnetization risk is serious.
  • FIG. 7 shows an isometric view of a simulated demagnetization of a permanent magnet 15 of the outer rotor 110 of a magnetic coupling at a temperature of 20 ° according to an exemplary embodiment.
  • a demagnetization behavior of a permanent magnet 11 of the outer rotor 110 with an introduced demagnetization protective layer is shown.
  • FIG. 7 comprises three diagrams a, b and c, each showing a demagnetization of a permanent magnet 15 of the outer rotor 110 at a temperature of 20 °.
  • a specific thickness of the demagnetization protective layer is used in order to test how strong the demagnetization behavior of the permanent magnet 11 of the outer rotor 110 can be and how much torque loss after demagnetization can mean this.
  • the thickness of the demagnetization protective layer is 10% of the thickness of the permanent magnet 11 of the outer rotor 110, with a maximum local demagnetization value corresponding to 6.99%.
  • the thickness of the demagnetization protective layer is 20% of the thickness of the permanent magnet 15 of the outer rotor 110, with a maximum local demagnetization value corresponding to 4.70%.
  • the thickness of the demagnetization protective layer is 30% of the thickness of the permanent magnet 1 15 of the outer rotor 1 10, with a maximum local demagnetization value reached 1 1, 01% equivalent. The thicker the demagnetization protective layer is thus designed, the lower the overall demagnetization of the permanent magnets 115 of the outer rotor 110.
  • Table 1 shows a torque comparison of the permanent magnet 115 of the outer rotor 110 at a temperature of 20 ° C.
  • a torque before the demagnetization of the permanent magnet 115 and a torque after the demagnetization of the permanent magnet 115 are compared in the columns, this comparison being subdivided into 4 scenarios again, wherein in the first line a comparison of the torques without demagnetization protective layer is shown first in the second line, a comparison of the torques is shown in which the thickness of the demagnetization protective layer is 10% of the thickness of the permanent magnet 115 of the outer rotor 110, in the third line Comparison of the torques is shown, in which the thickness of the demagnetization protective layer is 20% of the thickness of the permanent magnet 115 of the outer rotor 110 and in the fourth line, finally, a comparison of the torques is shown, in which the thickness of the demagnetization protective layer 30th % of the thickness of the permanent magnet 115 of the outer rotor 110 is.
  • Table 2 shows a torque comparison of the permanent magnet 115 of the outer rotor 110 at a temperature of 60 ° C.
  • a torque before the demagnetization of the permanent magnet 115 and a torque after the demagnetization of the permanent magnet 115 are compared in the columns, this comparison being repeated in FIG
  • a comparison of the torques without demagnetization protective layer is first shown in the first line, in the second line, a comparison of the torques is shown, in which the thickness of the demagnetization protective layer 10% of the thickness of the permanent magnet 1 15 of the outer rotor 10, the third line shows a comparison of the torques in which the thickness of the demagnetization protective layer is 20% of the thickness of the permanent magnet 11 of the outer rotor 110 and in the fourth line finally a comparison of the torques is shown in which the thickness of the demagnetization protective layer is 30% of the thickness of the permanent magnet 15 of the outer rotor 110.
  • FIG. 8 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a method 800 for producing a magnetic coupling according to an exemplary embodiment.
  • Method 800 initially includes a step 805 of providing the inner and outer rotors. In a step 810 of the method 800
  • the method 800 includes a step 815 where the inner rotor, the outer rotor, and the demagnetization protection layer are assembled to form the magnetic coupling. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another Embodiment has either only the first feature or only the second feature.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetkupplung (100) zur kontaktlosen Drehmomentübertragung entlang einer Drehachse (105), wobei die Magnetkupplung (100) zumindest einen äußeren Rotor (110) aufweist, der auf einer Innenseite einen Dauermagneten (115) mit Abschnitten unterschiedlicher Polarität aufweist, die Magnetkupplung (100) ferner einen inneren Rotor (120) aufweist, der innerhalb des äußeren Rotors (110) angeordnet ist und auf einer Außenseite einen Dauermagneten (125) mit Abschnitten unterschiedlicher Polarität aufweist und die Magnetkupplung (100) schließlich eine Entmagnetisierungsschutzschicht (305) zur Reduzierung einer Entmagnetisierung der Magnetkupplung (100) aufweist, wobei die Entmagnetisierungsschutzschicht (305) zwischen dem inneren (120) und dem äußeren Rotor (110) angeordnet ist.

Description

MAGNETKUPPLUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER MAGNETKUPPLUNG
Beschreibung
Die Erfindung geht von einer Magnetkupplung zur kontaktlosen Drehmo- mentübertagung und einem Verfahren zur Herstellung einer Magnet- kupplung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Eine passive Drehkupplung führt unter Verwendung von Permanentmag- neten eine Drehmomentübertragung durch, wobei grundsätzlich, in Ab- hängigkeit der Ausrichtung der Magnete, axiale Kupplungen und radiale Kupplungen unterschieden werden. Beide Anordnungen sind unter der Druckschrift DE 2624058 A1 offenbart. Die permanentmagnetischen Kupplungen bieten die Möglichkeit, eine berührungslose Drehmomen- tübertragung zu realisieren. Diese Funktion erfordert auch eine gewisse Lagerunterstützung. In neueren Ansätzen wird die Kupplung durch Hin- zufügen einer Radiallagerfunktion verbessert. Bei dieser Konstruktion wird das Drehmoment durch ein Paar gegenüberliegender Magnete übertragen, die hierbei einen radialen Induktionsfluss hersteilen.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Magnetkupplungen und Verfahren zu de- ren Herstellung weiter zu verbessern und eine möglichst dauerhaft effizi ente Drehmomentübertragung zu erreichen.
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Magnetkupplung zur kontaktlosen Drehmomentübertragung entlang ei- ner Drehachse, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Magnetkupp- lung, gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Magnetkupplung zur kontaktlo- sen Drehmomentübertragung entlang einer Drehachse, wobei die Mag- netkupplung zumindest folgende Merkmale aufweist: einen äußeren Rotor, der auf einer Innenseite einen Dauermagneten mit Abschnitten unterschiedlicher Polarität aufweist; einen inneren Rotor, der innerhalb des äußeren Rotors angeordnet ist und auf einer Außenseite einen Dauermagneten mit Abschnitten unter- schiedlicher Polarität aufweist; und eine Entmagnetisierungsschutzschicht zur Reduzierung einer Entmag- netisierung der Magnetkupplung, wobei die Entmagnetisierungsschutz- schicht zwischen dem inneren und dem äußeren Rotor angeordnet ist.
Bei einer Magnetkupplung kann es sich um ein Kupplungselement für eine spezifische Kupplungsart handeln, deren Funktion auf der Wirkung eines Magnetfeldes beruht. Bei einer Drehmomentübertragung kann es sich um eine Übertragung eines Drehmoments handeln, wobei das Dreh- moment angibt, wie stark eine Kraft auf einen drehbar gelagerten Körper, beispielsweise auf eine Magnetkupplung, wirkt. Bei einem äußeren Rotor kann es sich um einen sich drehenden, koaxialen Hohlzylinder handeln. Bei einem inneren Rotor kann es sich ebenfalls um einen sich drehen- den, Hohlzylinder handeln, wobei der innere Rotor koaxial in dem äuße- ren Rotor angeordnet sein kann. Bei einem Dauermagneten kann es sich um einen Permanentmagneten handeln, der aus einem Stück eines hart- magnetischen Materials hergestellt ist und mit einem inneren und/oder äußeren Rotor verbunden ist. Bei der Entmagnetisierungsschutzschicht kann es sich um eine Schicht handeln, die ausgebildet ist, um magnetische Feldlinien aufzunehmen und abzuleiten oder abzuschwä- chen, um eine Entmagnetisierung eines Dauermagneten zu verhindern oder zumindest zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Entmagnetisierungsschutz- schicht aus einem Material gefertigt sein, dass eine hohe relative Perme- abilität aufweist. Die Entmagnetisierungsschutzschicht kann beispiels- weise aus einem weichmagnetischen Werkstoff gefertigt sein, beispiels weise Stahl oder Eisen. Auch kann ein solches Material beispielsweise eine sehr große Permeabilitätszahl von mG > 300 bis zu 300.000 aufwei- sen. Hierbei ist für einen Dauermagneten des inneren und/oder des äu- ßeren Rotors ein Permanentmagnettyp mit höherer Koerzitivkraft und hö- herer Remanenz und für die Entmagnetisierungsschicht ein weichmag- netisches Material mit höherer relativen Permeabilität bevorzugt, wobei eine hohe magnetische Remanenz die Basis für alle Speicherverfahren auf Magnetismusbasis bildet und in vielen Anwendungsbereichen des Alltags von essentieller Bedeutung ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Entmagnetisierungsschutz- schicht zumindest einen Teilabschnitt der Innenseite des Dauermagne- ten des äußeren Rotors abdecken. Hierbei ist die Entmagnetisierungs- schutzschicht so angeordnet, dass sie in direktem Kontakt mit einer In- nenseite eines Dauermagneten des äußeren Rotors steht. Da die Ent- magnetisierung der Dauermagneten des äußeren Rotors aufgrund des Streu-Induktionsflusses in der axialen Achse nicht so stark ausgeprägt ist wie im Bereich des inneren Rotors, braucht die Entmagnetisierungs- schutzschicht nicht die gesamte Länge der Dauermagneten des äußeren Rotors abzudecken.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Entmagnetisierungsschutz- schicht die Innenseite des Dauermagneten des äußeren Rotors in einem Winkel a, gemessen von einer Querschnittsebene einer Drehachse, zwischen 0° und 90° abdecken, insbesondere wobei der Winkel a kleiner als 90°, beispielsweise a= 60° beträgt. Sollte der Winkel a=90° betragen, wird die Entmagnetisierungsschicht in einen Kreis eingeschlossen, wodurch die Gefahr eines Kurzschlusses des Magnetflusses zwischen zwei Polen an den Dauermagneten des äußeren Rotors zunehmen kann, wobei die Drehmomentübertragungsfähigkeit hierbei entsprechend redu- ziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform können der innere und der äußere Rotor als koaxial angeordnete Hohlzylinder ausgeformt sein. Eine derartige Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer sicheren und stabilen Aufnahme und Fixierung des inneren Rotors in dem äußeren Rotor, insbesondere wenn der innere Rotor innerhalb des äußeren Rotors angeordnet ist. Auch eine effiziente Drehmomentüber- tragung lässt sich auf diese Weise erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der äußere Rotor in einer tragenden Hülle angeordnet sein, insbesondere wobei die tragende Hülle als koaxi- aler Hohlzylinder ausgeformt ist. Eine derartige Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer sicheren und stabilen Aufnahme und Fixierung des äußeren Rotors in der tragenden Hülle.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Magnetkupplung als eine 4-po- lige radiale Magnetkupplung mit einander zugeordneten Winkelabschnit- ten zwischen dem inneren und äußeren Dauermagneten ausgeformt sein. Hierbei wird durch je ein Paar sich gegenüberliegender Dauermag- nete das Drehmoment verbessert übertragen, wobei ein radialer Indukti- onsfluss entsteht.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Entmagnetisierungsschutz- schicht als eine Schicht mit Vorsprüngen ausgeformt sein. Vorteilhafter- weise ist die Entmagnetisierungsschicht als eine Schicht mit zumindest einem inneren und einem äußeren Kreisbogen ausgeformt, deren Ra- dien sich unterschieden. Eine solche Ausführungsform des hier vorge- stellten Ansatzes bietet den Vorteil, durch die Vorsprünge ein Leiten der Magnetfeldlinien in gewünschte Positionen oder Wege zu ermöglichen, um hierdurch eine möglichst geringe Gefahr einer Entmagnetisierung der Dauermagneten zu erreichen.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Magnetkupplung vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines inneren und eines äußeren Rotors;
Einbringen einer Entmagnetisierungsschicht zur Reduzierung einer Ent- magnetisierung der Magnetkupplung, wobei die Entmagnetisierungs- schutzschicht auf der Innenseite des Dauermagneten des äußeren Ro- tors angeordnet wird; und
Montieren des inneren Rotors, des äußeren Rotors und der Entmagneti- sierungsschutzschicht, um die Magnetkupplung herzustellen.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Auch durch eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansat- zes können die Vorteile der vorliegenden Erfindung effizient und tech- nisch einfach umgesetzt werden.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeich- nungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu- tert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Magnetkupp- lung zur kontaktlosen Drehmomentübertragung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Magnetkupp- lung zur kontaktlosen Drehmomentübertragung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Magnetkupp- lung zur kontaktlosen Drehmomentübertragung mit einer Ent- magnetisierungsschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine isometrische Ansicht einer Magnetkupplung zur kontakt- losen Drehmomentübertragung mit einer Entmagnetisierungs- schutzschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine isometrische Ansicht einer simulierten Entmagnetisie- rung eines Dauermagneten eines inneren Rotors einer Mag- netkupplung (ohne Entmagnetisierungsschicht) bei einer Temperatur von 20°C gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine isometrische Ansicht einer simulierten Entmagnetisie- rung eines Dauermagneten eines äußeren Rotors einer Mag- netkupplung (ohne Entmagnetisierungsschutzschicht) bei ei- ner Temperatur von 20°C gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 eine isometrische Ansicht einer simulierten Entmagnetisie- rung eines Dauermagneten eines äußeren Rotors einer Mag- netkupplung bei einer Temperatur von 20° gemäß einem Aus- führungsbeispiel; und Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Ver- fahrens zur Herstellung einer Magnetkupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dar- gestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Be- zugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Magnetkupp- lung 100 zur kontaktlosen Drehmomentübertragung gemäß einem Aus- führungsbeispiel. Hierbei handelt es sich bei der Magnetkupplung 100 um eine 4-polige radiale Magnetkupplung 100, die korrespondierende Winkelabschnitte zwischen dem inneren 125 und äußeren 1 15 Dauer- magneten aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel befindet sich die hier gezeigte Magnetkupplung 100 in einer Ausgangsposition, bei der der Rotationswinkel 0° beträgt.
Die Magnetkupplung 100 weist zunächst eine Drehachse 105 auf. Ferner weist die Magnetkupplung 100 einen äußeren Rotor 1 10 auf, der auf ei- ner Innenseite einen Dauermagneten 1 15 mit Abschnitten unterschiedli- cher Polarität aufweist. Weiterhin weist die Magnetkupplung 100 einen inneren Rotor 120 auf, der auf einer Außenseite Dauermagneten 125 un- terschiedlicher Polarität aufweist und innerhalb des äußeren Rotors 1 10 angeordnet ist. Die Dauermagneten 125 und 1 15 des inneren 120 und des äußeren 1 10 Rotors bestehen aus je 2 Magnetpaaren. Schließlich weist die Magnetkupplung 100 eine tragende Hülse 130 auf, wobei der äußere Rotor 1 10 in der tragenden Hülse 130 angeordnet ist. Die tra- gende Hülse 130, der äußere Rotor 1 10 und der innere 120 Rotor sind allesamt als koaxial angeordnete Hohlzylinder ausgeformt. Die Pfeil- paare 135 geben die Richtung des Induktionsflusses in den Dauermagneten 1 15 und 125 an. Im Betrieb wird das erforderliche Dreh- moment durch einen geeigneten Drehwinkel zwischen dem inneren 120 und dem äußeren Rotor 1 10 in Übereinstimmung mit dem entsprechen- den Lastmoment erzeugt.
Ein Problem, das in Betracht gezogen werden sollte, ist die Entmagneti- sierung der Dauermagneten 1 15 und 125, da der Entmagnetisierungsef- fekt eine Drehmomentreduzierung verursacht. Dadurch kann die Mag- netkupplung 100 den Arbeitszustand ändern oder sogar die Fähigkeit verlieren, ein Drehmoment zu übertragen. Insbesondere in dem Fall, in dem die benachbarten Dauermagneten 1 15 und 125 des inneren 120 und/oder des äußeren 1 10 Rotors mit entgegengesetzter Magnetisierung einander ohne einen Luftspalt physisch kontaktieren, findet die Entmag- netisierung in dem Übergangsbereich statt, wo ein Kurzschluss des Mag- netflusses auftritt. Bei der radialen Kupplung erfolgt die Entmagnetisie- rung hauptsächlich in dem Bereich, in dem zwei Dauermagnete 1 15 und/oder 125 mit entgegengesetzten Magnetisierungen in Kontakt ste- hen. Die radiale Kupplung hat eine kritischere Situation, da die Dauer- magnete 1 15 und 125 des inneren 120 und/oder des äußeren 1 10 Rotors in zwei koaxiale Hohlzylinder geformt sind und der Dauermagnet 1 15 des äußeren Rotors 1 10 mit einer höheren Möglichkeit der Entmagnetisie- rung konfrontiert ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Magnetkupp- lung 100 zur kontaktlosen Drehmomentübertragung gemäß einem Aus- führungsbeispiel. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Magnetkupplung 100 um die in Fig. 1 gezeigte Magnetkupplung 100. Gemäß einem Ausführungsbeispiel befindet sich die hier gezeigte Mag- netkupplung 100 in einer ungünstigen Position, bei der der Rotationswin- kel 90° beträgt. Die Magnetkupplung 100 weist zunächst eine Drehachse 105 auf. Ferner weist die Magnetkupplung 100 einen äußeren Rotor 1 10 auf, der auf ei- ner Innenseite Dauermagneten 1 15 mit Abschnitten unterschiedlicher Polarität aufweist. Weiterhin weist die Magnetkupplung 100 einen inne- ren Rotor 120 auf, der auf einer Außenseite Dauermagneten 125 unter- schiedlicher Polarität aufweist und innerhalb des äußeren Rotors 1 10 an- geordnet ist. Die Dauermagneten 125 und 1 15 des inneren 120 und des äußeren 1 10 Rotors bestehen aus je 2 Magnetpaaren. Schließlich weist die Magnetkupplung 100 eine tragende Hülse 130 auf, wobei der äußere Rotor 1 10 in der tragenden Hülse 130 angeordnet ist. Die tragende Hülse 130, der äußere Rotor 1 10 und der innere 120 Rotor sind allesamt als koaxial angeordnete Hohlzylinder ausgeformt. Die Pfeilpaare 135 geben die Richtung des Induktionsflusses in den Dauermagneten 1 15 und 125 an.
Ein Extremfall, der auftreten kann, ist, wenn sich der Rotationsteil um einen Winkel von einem Pol rotiert. Dies bedeutet in diesem Moment, dass jeder Dauermagnet 125 vom inneren Rotor 120 einem Dauermag- neten 1 15 vom äußeren Rotor 1 10 mit dem entgegengesetzten Magnet- feld gegenübersteht. Die Dauermagnete 1 15 des äußeren Rotors 1 10 können hierbei eine schwerwiegende Entmagnetisierung erfahren. Wenn die mechanische Toleranz nicht berücksichtigt wird, kann dies als schlimmstmögliches Szenario für die Entmagnetisierung bezeichnet wer- den. Durch Erhöhen des Abstands zwischen den Dauermagneten 125 des inneren Rotors 120 und den Dauermagneten 1 15 des äußeren Ro- tors 1 10, kann die Entmagnetisierung verbessert werden, aber die Dreh- momentübertragungsfähigkeit wird hierbei entsprechend reduziert. Ein zusätzlicher Faktor, den es zu beachten gilt, ist die Magnettemperatur während einer Evaluierung der Entmagnetisierung, da eine Erhöhung der Temperatur der Dauermagneten 1 15 und 125 die Entmagnetisierung kri tischer macht. Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Magnetkupp- lung 100 zur kontaktlosen Drehmomentübertragung mit einer Entmagne- tisierungsschicht 305 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei han- delt es sich bei der Magnetkupplung 100 um eine 4-polige radiale Mag- netkupplung 100, die Winkelabschnitte zwischen dem inneren 125 und äußeren Dauermagneten 1 15 aufweist. Im Vergleich zu der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten klassischen radialen Magnetkupplung 100 bewirkt der hier vorgestellte Ansatz einer Magnetkupplung 100 mit der Entmagneti- sierungsschutzschicht 305 eine Reduzierung eines Entmagnetisierungs- niveaus der Magnetkupplung 100 bei verschiedenen Temperaturen. Die Polpaarzahl von Magneten, auch als Pz‘ bezeichnet, kann nach der Drehmomentanforderung, Fertigungsmöglichkeit und Materialverfügbar- keit ausgewählt werden. Eine Entmagnetisierungsschutzschicht 305 kann die Innenseite des Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 in einem Winkel a, gemessen von einer Querschnittsebene einer Dreh- achse 105, zwischen 0° und 180°/Pz abdecken.
Die Magnetkupplung 100 weist zunächst eine Drehachse 105 auf. Ferner weist die Magnetkupplung 100 einen äußeren Rotor 1 10 auf, der auf ei- ner Innenseite Dauermagneten 1 15 mit Abschnitten unterschiedlicher Polarität aufweist. Weiterhin weist die Magnetkupplung 100 einen inne- ren Rotor 120 auf, der auf einer Außenseite Dauermagneten 125 unter- schiedlicher Polarität aufweist und innerhalb des äußeren Rotors 1 10 an- geordnet ist. Die Dauermagneten 125 und 1 15 des inneren 120 und des äußeren 1 10 Rotors bestehen aus je 2 Magnetpaaren. Schließlich weist die Magnetkupplung 100 eine tragende Hülse 130 auf, wobei der äußere Rotor 1 10 in der tragenden Hülse 130 angeordnet ist. Die tragende Hülse 130, der äußere Rotor 1 10 und der innere 120 Rotor sind allesamt als koaxial angeordnete Hohlzylinder ausgeformt. Zusätzlich weist die Mag- netkupplung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel vier Entmagnetisie- rungsschutzschichten 305 zur Reduzierung einer Entmagnetisierung der Magnetkupplung 100 auf, wobei die Entmagnetisierungsschutzschichten 305 zwischen dem inneren 120 und dem äußeren Rotor 1 10 angeordnet sind.
Jede Entmagnetisierungsschutzschicht 305 deckt gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel zumindest einen Teilabschnitt der Innenseite des Dauer- magneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 ab, wobei jede Entmagnetisie- rungsschutzschicht 305 zumindest auch einen Teilabschnitt der Außen- seite des Dauermagneten 125 des inneren Rotors 120 abdecken kann. Hierbei kann jede Entmagnetisierungsschicht 305 die Innenseite eines Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 in einem Winkel a zwi- schen 0° und 90° gemessen von einer Querschnittsebene der Drehachse 105 abdecken, wobei der Winkel a gemäß einem Ausführungsbeispiel idealerweise 60° beträgt. Sollte der Winkel a 90° betragen, wird jede der vier Entmagnetisierungsschichten 305 in einen Kreis eingeschlossen. In diesem Fall kann ein Kurzschluss des Magnetflusses zwischen zwei Po- len an den Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 zunehmen, wo- bei die Drehmomentübertragungsfähigkeit entsprechend reduziert wird.
Jede Entmagnetisierungsschutzschicht 305 ist gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel so angeordnet, dass sie in Kontakt mit der Innenseite der Dauermagnete 1 15 des äußeren Rotors 1 10 steht. Da die Entmagneti- sierung der Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 aufgrund des Streu-Induktionsflusses in der axialen Achse an den Seitenflächen nicht so gravierend ist, braucht die Entmagnetisierungsschutzschicht 305 nicht die gesamte Länge eines Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 abzudecken.
Jede Entmagnetisierungsschutzschicht 305 ist gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel aus einem Material mit hoher relativer Permeabilität, zum Beispiel, Stahl als Weichmagnetische Werkstoffe. Gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel wird in diesem Beispiel der weichmagnetische Stahl 1 .4104 als Material für die Entmagnetisierungsschutzschicht 305 verwendet. Die Dauermagneten 125 und 1 15 des inneren 120 und/oder des äußeren 1 10 Rotors sind hingegen aus hartmagnetischen Werkstof- fen gefertigt und besitzen demgemäß hohe Koerzitivfeldstärken. Gene- rell hängt die Materialpaarung der Magnetkupplung 100 von den prakti- schen Anforderungen an eine Drehmomentübertragung, Platz, Montage- zustand, Materialverfügbarkeit und von anderen Faktoren ab. Grundsätz- lich ist für die Dauermagneten 125 und 1 15 des inneren 120 und/oder des äußeren 1 10 Rotors ein Permanentmagnettyp mit höherer Koerzitiv- kraft und höherer Remanenz und für die Entmagnetisierungsschicht 305 ein weichmagnetisches Material mit höherer Permeabilität zu bevorzu- gen.
Eine Dicke jeder Entmagnetisierungsschutzschicht 305 steht gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel in einem Verhältnis zwischen 25% bis 50% zu einer Dicke des Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10. Die exakte Dicke der Entmagnetisierungsschicht 305 entlang der radialen Achse der Magnetkupplung 100 und eine Länge der Entmagnetisie- rungsschutzschicht 305 entlang der axialen Achse der Magnetkupplung 100 sind entsprechend der konkreten Kupplungsausführung auszulegen. Eine dickere Entmagnetisierungsschicht 305 hat hierbei eine bessere Funktion, um das Entmagnetisierungsniveau der Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 zu verringern, aber sie hat dafür einen höheren Platzbedarf. Die Dicke der Entmagnetisierungsschutzschicht 305 sollte diesbezüglich sorgfältig gewählt werden, um ein Gleichgewicht zwischen dem Verlustdrehmoment wegen geringeren Bauraums und der Verbes- serung der Entmagnetisierung zu erreichen. Die Vorteile einer solchen Anordnung bestehen insbesondere darin, dass der Montageaufwand verringert wird. So ist auch die Form der Entmagnetisierungsschutz- schicht 305 nicht festgelegt. Demnach kann die Entmagnetisierungs- schutzschicht 305 beispielsweise als eine Schicht mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen ausgeformt sein, wobei die Entmagnetisierungs- Schutzschicht 305 als eine Schicht mit zumindest einem inneren und ei- nem äußeren Kreisbogen ausgeformt ist, deren Radien sich unterschie- den. Fig. 4 zeigt eine isometrische Ansicht einer Magnetkupplung 100 zur kon- taktlosen Drehmomentübertragung mit einer Entmagnetisierungsschutz- schicht 305 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel handelt es sich bei der Magnetkupplung 100 um die in Fig. 3 gezeigte Magnetkupplung 100.
Die Magnetkupplung 100 weist zunächst eine Drehachse 105 auf. Ferner weist die Magnetkupplung 100 einen äußeren Rotor 110 auf, der auf ei- ner Innenseite Dauermagneten 115 mit Abschnitten unterschiedlicher Polarität aufweist. Weiterhin weist die Magnetkupplung 100 einen inne- ren Rotor 120 auf, der auf einer Außenseite Dauermagneten 125 unter- schiedlicher Polarität aufweist und innerhalb des äußeren Rotors 110 an- geordnet ist. Die Dauermagneten 125 und 115 des inneren 120 und des äußeren 110 Rotors bestehen aus je 2 Magnetpaaren. Schließlich weist die Magnetkupplung 100 eine tragende Hülse 130 auf, wobei der äußere Rotor 110 in der tragenden Hülse 130 angeordnet ist. Die tragende Hülse 130, der äußere Rotor 110 und der innere 120 Rotor sind allesamt als koaxial angeordnete Hohlzylinder ausgeformt. Zusätzlich weist die Mag- netkupplung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel vier Entmagnetisie- rungsschutzschichten 305 zur Reduzierung einer Entmagnetisierung der Magnetkupplung 100 auf, wobei die Entmagnetisierungsschutzschichten 305 zwischen dem inneren 120 und dem äußeren Rotor 110 angeordnet sind, insbesondere wobei jede Entmagnetisierungsschutzschicht 305 hierbei zumindest einen Teilabschnitt der Innenseite des Dauermagne- ten 115 des äußeren Rotors 110 abdeckt.
Ferner kann bezüglich der Abmessungen der hier vorgestellten Kompo- nenten der Magnetkupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel offenbart werden, dass der äußere Rotor 1 10 eine Länge von 5 mm, eine Dicke von 0,8 mm und einen Durchmesser von 5,6 mm aufweist. Die Dauermagneten 1 15 auf der Innenseite des äußeren Rotors 1 10 können beispielsweise eine Dicke von 0,5 mm aufweisen. Der innere Rotor 120 kann beispielsweise eine Länge von 5mm und einen Durchmesser von 3 mm aufweisen. Die Dauermagneten 125 auf der Außenseite des inneren Rotors 120 können beispielsweise eine Dicke von 1 mm aufweisen und auf einem Träger 105 eines Durchmessers von 1 mm angeordnet sein. Dabei kann zwischen dem äußeren Rotor 1 10 und dem inneren Rotor 120 ein Abstand von 0,5 mm bestehen. Die Dicke der Entmagnetisie- rungsschicht 305 kann beispielsweise 0,1 mm betragen und eine Breite von 2,1 mm aufweisen.
Fig. 5 zeigt eine isometrische Ansicht einer simulierten Entmagnetisie- rung eines Dauermagneten 125 des inneren Rotors 120 einer Magnet- kupplung 100 bei 20° gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei wurde lediglich ein Halbmodell entlang der Drehachse simuliert, da die Kupp- lung entlang der Drehachse symmetrisch ist. Hierbei wird ein Entmagne- tisierungsverhalten des inneren Rotors 120 bei einer Temperatur von 20°C gezeigt, ohne dass eine Entmagnetisierungsschicht eingebracht ist. Dabei zeigt sich bei den Dauermagneten 125 des inneren Rotors 120 ein Maximum 505 eines lokalen Entmagnetisierungsanteils von 72,32%. Hierbei kann ein Entmagnetisierungsverhältnis von beispielsweise (1 - Br‘/Br)*100% angesetzt werden. Der Entmagnetisierungsanteil vom ge- samten Dauermagnetvolumen 125 des Rotors 120 beträgt beispiels- weise nur einen kleinen Anteil, sodass deshalb das Entmagnetisierungs- risiko nicht so gravierend ist.
Fig. 6 zeigt eine isometrische Ansicht einer simulierten Entmagnetisie- rung eines Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 einer Magnet- kupplung bei einer Temperatur von 20°C gemäß einem Ausführungsbei- spiel. Hierbei wird ein Entmagnetisierungsverhalten des äußeren Rotors 1 10 gezeigt, ohne dass eine Entmagnetisierungsschicht eingebracht ist. Dabei zeigt sich bei dem Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 ein Maximum 605 eines lokalen Entmagnetisierungsanteils von 16,83%. Hierbei wird deutlich, dass die Entmagnetisierung des Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10, aufgrund des Streu-Induktionsflusses in der axialen Achse nicht so gravierend ist, wie die Entmagnetisierung des Dauermagneten des inneren Rotors. Der Entmagnetisierungsanteil vom gesamten Dauermagnetvolumen 1 15 des Rotors 1 10 beträgt einen gro- ßen Anteil, sodass deshalb das Entmagnetisierungsrisiko gravierend ist.
Fig. 7 zeigt eine isometrische Ansicht einer simulierten Entmagnetisie- rung eines Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 einer Magnet- kupplung bei einer Temperatur von 20° gemäß einem Ausführungsbei- spiel. Hierbei wird ein Entmagnetisierungsverhalten eines Dauermagne- ten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 mit einer eingebrachten Entmagnetisie- rungsschutzschicht gezeigt. Die Fig. 7 umfasst 3 Abbildungen a, b und c, die jeweils eine Entmagnetisierung eines Dauermagneten 1 15 des äuße- ren Rotors 1 10 bei einer Temperatur von 20° zeigen. Es wird jeweils eine bestimmte Dicke der Entmagnetisierungsschutzschicht verwendet, um zu testen, wie stark das Entmagnetisierungsverhalten des Dauermagne- ten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 sein kann und wie viel Drehmomentver- lust nach der Entmagnetisierung dies bedeuten kann.
In Abbildung a beträgt hierbei die Dicke der Entmagnetisierungsschutz- schicht 10% der Dicke des Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10, wobei ein maximal erreichter lokaler Entmagnetisierungswert 6.99% ent- spricht. In Abbildung b beträgt die Dicke der Entmagnetisierungsschutz- schicht 20% der Dicke des Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10, wobei ein maximal erreichter lokaler Entmagnetisierungswert 4,70% ent- spricht. In Abbildung c beträgt die Dicke der Entmagnetisierungsschutz- schicht 30% der Dicke des Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10, wobei ein maximal erreichter lokaler Entmagnetisierungswert 1 1 ,01 % entspricht. Je dicker die Entmagnetisierungsschutzschicht also konzi- piert ist, desto geringer ist die pauschale Entmagnetisierung der Dauer- magneten 115 des äußeren Rotors 110. Die Abbildung c zeigt zwar ein höheres lokales Entmagnetisierungsverhalten an der Grenzfläche 705 des Dauermagneten 115, aber die pauschale Entmagnetisierung in der Innenseite des Dauermagneten 115 des äußeren Rotors 110 ist jedoch reduziert. Zusätzlich hat die Entmagnetisierung an der Grenzfläche 705 des Dauermagneten 115 weniger Einfluss auf die Drehmomenterzeu- gung aufgrund wirkender Randkräfte, ein Umstand, der in der folgenden Tabelle 1 verdeutlicht ist:
Figure imgf000018_0001
Tabelle 1
Die Tabelle 1 zeigt einen Drehmomentvergleich des Dauermagneten 115 des äußeren Rotors 110 bei einer Temperatur von 20°C. Hierbei werden in den Spalten ein Drehmoment vor der Entmagnetisierung des Dauer- magneten 115 und ein Drehmoment nach der Entmagnetisierung des Dauermagneten 115 vergleichen, wobei dieser Vergleich nochmals in 4 Szenarien unterteilt wird, wobei in der ersten Zeile zunächst ein Vergleich der Drehmomente ohne Entmagnetisierungsschutzschicht gezeigt ist, in der zweiten Zeile ein Vergleich der Drehmomente gezeigt ist, bei dem die Dicke der Entmagnetisierungsschutzschicht 10% der Dicke des Dau- ermagneten 115 des äußeren Rotors 110 beträgt, in der dritten Zeile ein Vergleich der Drehmomente gezeigt ist, bei dem die Dicke der Entmag- netisierungsschutzschicht 20% der Dicke des Dauermagneten 115 des äußeren Rotors 110 beträgt und in der vierten Zeile schließlich ein Ver- gleich der Drehmomente gezeigt ist, bei dem die Dicke der Entmagneti- sierungsschutzschicht 30% der Dicke des Dauermagneten 115 des äu- ßeren Rotors 110 beträgt. Aus der Tabelle 1 geht deutlich hervor, dass bereits ein pures Vorhandensein einer Entmagnetisierungsschutzschicht das Drehmoment des Dauermagneten 115 verstärkt. Zudem wird aus der Tabelle 1 ersichtlich, dass, je dicker die Entmagnetisierungsschutz- Schicht konzipiert ist, je höher das Drehmoment ist. Die Stärke des Mag- netfeldes ist hierbei proportional zum Drehmoment.
Dasselbe Entmagnetisierungsverhalten des Dauermagneten 115 des äußeren Rotors 110 wird abermals simuliert, diesmal allerdings bei einer Temperatur von 60°:
Figure imgf000019_0001
Tabelle 2
Die Tabelle 2 zeigt einen Drehmomentvergleich des Dauermagneten 115 des äußeren Rotors 110 bei einer Temperatur von 60°C. Hierbei werden in den Spalten ein Drehmoment vor der Entmagnetisierung des Dauer- magneten 115 und ein Drehmoment nach der Entmagnetisierung des Dauermagneten 115 vergleichen, wobei dieser Vergleich nochmals in 4 Szenarien unterteilt wird, wobei in der ersten Zeile zunächst ein Vergleich der Drehmomente ohne Entmagnetisierungsschutzschicht gezeigt ist, in der zweiten Zeile ein Vergleich der Drehmomente gezeigt ist, bei dem die Dicke der Entmagnetisierungsschutzschicht 10% der Dicke des Dau- ermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 beträgt, in der dritten Zeile ein Vergleich der Drehmomente gezeigt ist, bei dem die Dicke der Entmag- netisierungsschutzschicht 20% der Dicke des Dauermagneten 1 15 des äußeren Rotors 1 10 beträgt und in der vierten Zeile schließlich ein Ver- gleich der Drehmomente gezeigt ist, bei dem die Dicke der Entmagneti- sierungsschutzschicht 30% der Dicke des Dauermagneten 1 15 des äu- ßeren Rotors 1 10 beträgt. Aus der Tabelle 2 geht abermals deutlich her- vor, dass bereits ein pures Vorhandensein einer Entmagnetisierungs- schutzschicht das Drehmoment des Dauermagneten 1 15 verstärkt. Zu- dem wird aus der Tabelle 2 erneut ersichtlich, dass, je dicker die Entmag- netisierungsschutzschicht konzipiert ist, je höher das Drehmoment ist. Die Stärke des Magnetfeldes ist hierbei proportional zum Drehmoment.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Ver- fahrens 800 zur Herstellung einer Magnetkupplung gemäß einem Aus- führungsbeispiel.
Das Verfahren 800 weist zunächst einen Schritt 805 auf, bei dem der innere und der äußere Rotor bereitgestellt werden. In einem Schritt 810 des Verfahrens 800
wird eine Entmagnetisierungsschutzschicht zur Reduzierung einer Ent- magnetisierung der Magnetkupplung eingebracht, wobei die Entmagne- tisierungsschutzschicht auf der Innenseite des Dauermagneten des äu- ßeren Rotors angeordnet wird. Schließlich weist das Verfahren 800 einen Schritt 815 auf, bei dem der innere Rotor, der äußere Rotor und die Ent- magnetisierungsschutzschicht montiert werden, um die Magnetkupplung herzustellen. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu le- sen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform so- wohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetkupplung (100) zur kontaktlosen Drehmomentübertragung entlang einer Drehachse (105), wobei die Magnetkupplung (100) zumindest die folgenden Merkmale aufweist: einen äußeren Rotor (110), der auf einer Innenseite Dauermagne- ten (115) mit Abschnitten unterschiedlicher Polarität aufweist; einen inneren Rotor (120), der innerhalb des äußeren Rotors (110) angeordnet ist und auf einer Außenseite Dauermagneten (125) mit Abschnitten unterschiedlicher Polarität aufweist; eine Entmagnetisierungsschutzschicht (305) zur Reduzierung einer Entmagnetisierung der Magnetkupplung (100), wobei die Entmag- netisierungsschutzschicht (305) zwischen dem inneren (120) und dem äußeren (110) Rotor angeordnet ist.
2. Magnetkupplung (100) gemäß Anspruch 1 , bei dem die Entmagne- tisierungsschutzschicht (305) aus einem Material gefertigt ist, dass eine hohe relative Permeabilität aufweist, insbesondere Stahl oder ein weichmagnetischer Werkstoff und/oder wobei das Material eine Permeabilitätszahl von größer als 300, insbesondere von bis zu 300.000 aufweist.
3. Magnetkupplung (100) gemäß einem der vorangegangenen An- sprüche, bei dem die Entmagnetisierungsschutzschicht (305) zu- mindest einen Teilabschnitt der Innenseite des Dauermagneten (115) des äußeren Rotors (110) abdeckt.
4. Magnetkupplung (100) gemäß Anspruch 3, bei dem die Entmagne- tisierungsschutzschicht (305) die Innenseite des Dauermagneten (115) des äußeren Rotors (110) in einem Winkel (a) gemessen von einer Querschnittsebene der Drehachse (105) zwischen 0° und 90° abdeckt, insbesondere wobei der Winkel (a) 60° beträgt.
5. Magnetkupplung (100) gemäß einem der vorangegangenen An- sprüche, bei dem der innere (120) und der äußere (1 10) Rotor als koaxial angeordnete Hohlzylinder ausgeformt sind.
6. Magnetkupplung (100) gemäß einem der vorangegangenen An- sprüche, bei dem der äußere Rotor (110) in einer tragenden Hülle (130) angeordnet ist, insbesondere wobei die tragende Hülle (130) als koaxialer Hohlzylinder ausgeformt ist.
7. Magnetkupplung (100) gemäß einem der vorangegangenen An- sprüche, bei dem die Magnetkupplung (100) als eine 4-polige radi- ale Magnetkupplung (100) mit Winkelabschnitten zwischen dem in- neren (125) und äußeren (115) Dauermagneten ausgeformt ist.
8. Magnetkupplung (100) gemäß einem der vorangegangenen An- sprüche, bei dem die Entmagnetisierungsschutzschicht (305) als eine Schicht mit Vorsprüngen ausgeformt ist.
9. Magnetkupplung (100) gemäß Anspruch 8, bei dem die Entmagne- tisierungsschicht (305) als eine Schicht mit zumindest einem inne- ren und einem äußeren Kreisbogen ausgeformt ist, deren Radien sich unterschieden.
10. Verfahren (800) zur Herstellung einer Magnetkupplung (100) ge- mäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (800) die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (805) eines inneren (120) und eines äußeren (110) Ro- tors;
Einbringen (810) einer Entmagnetisierungsschutzschicht (305) zur Reduzierung einer Entmagnetisierung der Magnetkupplung (100), wobei die Entmagnetisierungsschutzschicht (305) auf der Innen- seite des Dauermagneten (115) des äußeren Rotors (110) ange- ordnet wird; Montieren (815) des inneren Rotors (120), des äußeren Rotors
(110) und der Entmagnetisierungsschutzschicht (305), um die Mag- netkupplung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche herzustellen. 11. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (800) gemäß Anspruch 10 auszuführen und/oder anzusteuern.
12. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.
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