WO2020025131A1 - Verfahren zum herstellen eines magnetgetriebes sowie magnetgetriebe - Google Patents

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WO2020025131A1
WO2020025131A1 PCT/EP2018/070883 EP2018070883W WO2020025131A1 WO 2020025131 A1 WO2020025131 A1 WO 2020025131A1 EP 2018070883 W EP2018070883 W EP 2018070883W WO 2020025131 A1 WO2020025131 A1 WO 2020025131A1
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WO
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gear element
modulator
outer gear
holding structure
composite material
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Application number
PCT/EP2018/070883
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Fischer
Hermann-Josef Wiegand
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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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
    • H02K49/102—Magnetic gearings, i.e. assembly of gears, linear or rotary, by which motion is magnetically transferred without physical contact
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew

Definitions

  • the present invention relates to a method for the produc- tion of a magnetic transmission, in which an outer transmission element, which has a plurality of magnets, is provided. In addition, an inner gear member having a plurality of magnets is rotatably disposed within the outer gear member. Furthermore, a modulator, which has magnetically conductive flux guiding elements as well as a non-magnetically conductive holding structure for holding the flux guiding elements, is produced and arranged rotatably between the inner gear element and the outer gear element. In addition, the present inven tion relates to a magnetic transmission.
  • Magnetic gears or magnetic gears are known from the prior art. Such magnetic gears to include an outer gear element or an outer machine part. This outer gear element can be designed standing, with two coaxial, rotating machine parts being within the outer gear element.
  • the inner gear element or the innermost rotating part like the outer gear element, is equipped with magnets.
  • the middle (rotating) part or the so-called modulator consists of magnetically conductive (ferro-magnetic) flux guiding elements and other magnetically non-conductive (paramagnetic) parts.
  • the modulator is constructed similarly to the cage of an asynchronous machine, it being possible to use corresponding electrical sheets instead of bars, which are embedded in a holding structure.
  • This holding structure consists of a shape that can be made of a fiber composite material or a milled plastic shape.
  • the Holding structure has corresponding recesses in which the magnetically conductive flux guiding elements are introduced and fixed there. This results in an increased workload in the manufacture of the magnetic transmission and in particular the modulator.
  • a method according to the invention is used to manufacture a magnetic gear.
  • the method includes providing an outer gear member that has a plurality of magnets.
  • the method includes arranging an inner gear member having a plurality of magnets rotatably within the outer gear member.
  • the method comprises producing a modulator which has magnetically conductive flux guiding elements and a non-magnetically conductive holding structure for holding the flux guiding elements, and arranging the modulator rotatably between the inner gear element and the outer gear element. It is envisaged that the magnetically conductive flux guiding elements are made of a soft magnetic composite material in the manufacture of the modulator.
  • the magnetic gear comprises the stationary outer gear element.
  • This outer gear element can also be characterized as a stator.
  • the outer gear element can have a yoke on which the plurality of magnets is arranged.
  • the magnets can be spaced apart from one another along a circumferential direction of the outer gear element his.
  • the magnets can be arranged along the circumferential direction with changing polarity.
  • the magnets can be electromagnets or permanent magnets.
  • the inner gear element which can also be referred to as a magnetic wheel, is located concentrically within the outer gear element.
  • the inner gear element also comprises a plurality of magnets, in particular permanent magnets.
  • the inner gear element can be assigned to a drive.
  • the inner gear element can be rotatably mounted to the outer gear element and, for example, connected to a corresponding shaft.
  • the magnets of the inner gear element can be formed with changing polarity along the circumferential direction.
  • the modulator is located between the inner gear element and the outer gear element.
  • the modulator can be arranged concentrically with the inner gear element and / or the outer gear element.
  • the modulator can be associated with an output of the magnetic transmission and can also be connected to a corresponding shaft of the transmission.
  • the modulator is rotatably mounted.
  • the modulator guides the magnetic flux of the excitation system of the inner and of the outer gear element in a predetermined manner.
  • the translation of the magnetic transmission can be predetermined by the number of magnets in the outer transmission element, the number of magnets in the inner transmission element and the design of the modulator.
  • the magnetic gearbox enables contactless torque-speed conversion.
  • the modulator comprises the holding structure, which serves to hold the magnetically conductive flux guiding elements.
  • the magnetically conductive flux guide elements are made of a soft magnetic composite material or a soft magnetic composite material.
  • conventionally used electrical sheets are therefore dispensed with in the modulator.
  • the production of Modulators can be simplified.
  • the production can be improved with regard to the shaping in comparison to electrical sheets which are usually used.
  • the electrical sheets can be cut to size. The number of manufacturing steps can thus be reduced. The manufacturing effort can thus be reduced.
  • the soft magnetic composite material preferably comprises ferromagnetic particles which are coated with an insulator.
  • the composite material can be a soft magnetic powder composite material, which is also known under the name SMC (Soft Magnetic Composite). These particles can have a diameter of less than 0.5 mm.
  • the particles can, for example, be iron particles or be made from iron powder.
  • the particles are made of another soft magnetic metal, for example nickel, cobalt or a corresponding alloy. Each of these particles is in particular completely provided with an electrical insulation or a corresponding coating. The individual particles are thus electrically isolated from one another.
  • the holding structure is provided with recesses for the flux guide elements in the manufacture of the modulator, the soft magnetic
  • the holding structure can have corresponding cutouts for the flow guide elements.
  • These recesses can be designed as a through opening and run along a radial direction of the modulator.
  • the soft magnetic composite material can be introduced into the respective recesses using a spraying process. As a result, the production can be simplified.
  • the particles can be introduced into the recesses together with a lubricant and / or a binder. The particles can then be pressed and / or sintered. It can also be provided that the particles are first pressed and then a heat treatment is carried out.
  • the particles and / or the manufacturing process are in particular selected such that the respective electrical insulating layers around the particles are retained during the pressing and / or during the heat treatment.
  • the respective recesses are completely filled with the composite material. In this way, a better mechanical connection of the flow guiding elements to the holding structure can be achieved.
  • the holding structure and the flux guiding elements are produced by means of an additive manufacturing process in the manufacture of the modulator.
  • Flow control elements are used.
  • the holding structure and the flow control elements are produced by means of a three-dimensional printing process.
  • the holding structure can then be produced from a first paramagnetic material or magnetically non-conductive material.
  • the flux guiding elements can then be produced from a second material or the soft magnetic composite material.
  • the materials can be applied layer by layer one above the other and / or side by side. Both the magnetically non-conductive material and the soft magnetic material can be printed.
  • a printer with two nozzles or printheads can be used for this.
  • the complete modulator can be produced using the three-dimensional printing process.
  • the manufacturing process of the modulator can be clearly within one be done in a shorter time.
  • the holding structure is preferably made of a paramagnetic material.
  • the holding structure can be made of steel, a ceramic or the like.
  • a base body can first be provided, which is, for example, of a hollow cylinder shape.
  • the cutouts for the flow guiding elements can then be introduced into this base body.
  • An appropriate milling process can be used for this purpose, for example.
  • the cutouts for the flow control elements can in particular be through openings.
  • Composite material is then introduced into the recesses and cured under pressure and heat.
  • both the holding structure and the flow guiding elements are produced by means of a three-dimensional printing process.
  • upper regions of the respective flux guiding elements which face the outer transmission element and / or lower regions of the respective flux guiding elements which face the inner transmission element are inclined at a predetermined angle to an axial direction of the modulator or a parallel arranged to the axial direction.
  • the respective flux guide elements have the upper area which is assigned to the upper side of the modulator or the outer gear element.
  • the respective flow guide elements can have a lower region which faces the underside of the modulator or the inner transmission element.
  • upper areas of the respective flux guide elements, which face the outer gear element are arranged at a first angle obliquely to an axial direction of the modulator or a parallel to the axial direction
  • lower areas of the respective flux guide elements, which face the inner gear element are facing are arranged at a different from the first angle, the second angle obliquely to the axial direction of the modulator. It is therefore also possible to provide a slanting of the lower regions and the upper regions by different helix angles. It can also be provided that the lower regions and the upper regions are beveled in opposite directions.
  • first angle and the second angle are each acute angles, which are defined in opposite directions of rotation with respect to the axial direction or a parallel thereto.
  • the respective flow guide elements can thus be designed to be quasi rotated.
  • the respective angle or the first angle and the second angle can be optimized on the air gap field between the modulator and the outer gear element and on the air gap field between the modulator and the inner gear element. As a result, cogging torques can be reduced efficiently.
  • a yoke of the outer gear element and / or a yoke of the inner gear element are made of the soft magnetic composite material.
  • the outer gear element can have the yoke on which the magnets are held.
  • inner gear element have the yoke on which the magnets are held.
  • the yoke of the outer gear element and / or the yoke of the inner gear element can also be made from the soft magnetic composite material.
  • the soft magnetic composite material can be pressed and / or sintered accordingly. It can also be provided that the respective yoke is produced by means of a three-dimensional printing method.
  • a bevel is also provided in the outer and / or the inner gearbox element.
  • the magnets of the outer gear element and / or of the inner gear element can be oriented obliquely at a predetermined angle to an axial direction of the outer gear element or the magnetic gear.
  • a magnetic transmission according to the invention comprises an outer gear element, which has a plurality of magnets.
  • the magnetic gear comprises an inner gear beelement, which has a plurality of magnets and which is rotatably arranged within the outer gear element.
  • the magnetic transmission comprises a modulator which has magnetically conductive flux guiding elements and a non-magnetically conductive holding structure for holding the flux guiding elements. The modulator is rotatably arranged between the inner gear element and the outer gear beelement. It is also provided that the magnetically conductive flux guide elements of the modulator are made of a soft magnetic composite material.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a magnetic transmission which has an outer transmission element, a modulator and an inner transmission element;
  • FIG. 2 shows a perspective view of a modulator according to a first embodiment
  • FIG 3 shows a perspective view of a modulator according to a further embodiment.
  • the magnetic gear 1 shows a magnetic transmission 1 according to an embodiment of the invention in a perspective view.
  • the magnetic gear 1 comprises an outer gear element 2, which has a yoke 14.
  • the outer gear element 2 comprises a plurality of magnets 3.
  • the outer gear element 2 can be designed to be stationary.
  • the magnetic gear 1 comprises an inner gear element 4, which has a yoke 15, on which two magnets 5 are arranged in the present exemplary embodiment.
  • the yoke 15 can be connected to an axle or shaft.
  • the inner gear element 4 is concentric with the outer gear element 2 and rotatably arranged with the outer gear element 2.
  • the magnetic transmission 1 comprises a modulator 6, which has a plurality of magnetically conductive Flow guide elements 7.
  • the modulator 6 is arranged concentrically to the outer gear element 2 and to the inner gear element 4.
  • the modulator 6 is rotatable to the outer gear element 2 and the inner gear element 4.
  • FGI 2 shows a perspective view of a modulator 6 for a magnetic transmission 1 according to a further embodiment.
  • the modulator 6 has a holding structure 8, which is made of a magnetically non-conductive material or a paramagnetic material.
  • the holding structure 8 has corre sponding recesses 9, in which the respective flux guide elements 7 are introduced.
  • a bearing 10 is shown, by means of which the modulator 6 is rotatably mounted.
  • a shaft 11 is shown in FIG 2, which is connected to the modulator 6.
  • the respective flux guide elements 7 are made in the present case from a soft magnetic composite material or from SMC (Soft Magnetic Composite).
  • This soft magnetic composite material can consist of fine ferromagnetic particles that are electrically insulated from one another.
  • the holding structure 8 with the corresponding cutouts 9 can first be produced.
  • the soft magnetic composite material can then be introduced into the recesses 9 by means of a spraying process.
  • the particles can then be pressed and / or sintered.
  • the holding structure 8 and the ferromagnetic flux guide elements 7 of the modulator 6 in a common step by means of an additive manufacturing process, in particular a three-dimensional printing process.
  • the holding structure 8 can be made of a paramagnetic material, for example steel, ceramic or the like.
  • the flux guide elements 7 are made of the ferromagnetic or the soft magnetic composite material.
  • 3 shows a perspective view of a modulator 6 according to a further embodiment. It can be seen here that the respective flux guide elements 7 have an upper region 12 which, in the intended installation position of the modulator 6 in the magnetic gear 1, faces the external gear 2.
  • the respective flux guide elements 7 have a lower region 13 which, in the intended installation position of the modulator 6 in the magnetic gear 1, faces the inner gear element 4.
  • the upper regions 12 and / or the lower regions 13 are oriented at a predetermined angle w1, w2 obliquely to an axial direction a of the modulator 6 or a parallel to the axial direction a.
  • the lower regions 13 are oriented obliquely to the axial direction a at the second angle w2.
  • the upper regions 12 are aligned at a first angle wl obliquely to the axial direction a of the modulator 6.
  • the angles w1, w2 are defined so that the upper regions 12 and the lower regions 13 are beveled in different directions.
  • the yoke 14 of the outer gear element 2 and / or the yoke 15 of the inner gear element 4 is made of the soft magnetic
  • Composite material are made.
  • a bevel can also be provided in the outer gear element 2 and / or the inner gear element 4.
  • the manufacturing method makes it possible to dispense with a sheet metal cut. This saves steps and costs.
  • the mechanical connection of the flow guiding elements 7 to the holding structure 8 can be improved.
  • the inclination of the modulator 6 is simply possible. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetgetriebes (1) mit den Schritten: Bereitstellen eines äußeren Getriebeelements (2), welches eine Mehrzahl von Magneten (3) aufweist, Anordnen eines inneren Getriebeelements (4), welches eine Mehrzahl von Magneten (5) aufweist, drehbar innerhalb des äußeren Getriebeelements (2), Herstellen eines Modulators (6), welcher magnetisch leitfähige Flussleitelemente (7) sowie eine nicht magnetisch leitfähige Haltestruktur (8) zum Halten der Flussleitelemente (7) aufweist, und Anordnen des Modulators (6) drehbar zwischen dem inneren Getriebeelement (4) und dem äußeren Getriebeelement (2), wobei bei der Herstellung des Modulators (6) die magnetisch leitfähigen Flussleitelemente (7) aus einem weichmagnetischen Kompositwerkstoff gefertigt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Magnetgetriebes sowie Magnet getriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel len eines Magnetgetriebes, bei welchem ein äußeres Getriebe element, welches eine Mehrzahl von Magneten aufweist, bereit gestellt wird. Zudem wird ein inneres Getriebeelement, wel ches eine Mehrzahl von Magneten aufweist, drehbar innerhalb des äußeren Getriebeelements angeordnet. Ferner wird ein Mo dulator, welcher magnetisch leitfähige Flussleitelemente so wie eine nicht magnetisch leitfähige Haltestruktur zum Halten der Flussleitelemente aufweist, hergestellt und drehbar zwi schen dem inneren Getriebeelement und dem äußeren Getriebe element angeordnet. Außerdem betrifft die vorliegende Erfin dung ein Magnetgetriebe.
Magnetgetriebe beziehungsweise magnetische Getriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Magnetgetriebe um fassen ein äußeres Getriebeelement beziehungsweise einen äu ßeren Maschinenteil. Dieses äußere Getriebeelement kann ste hend ausgebildet sein, wobei sich innerhalb des äußeren Ge triebeelements zwei koaxiale, drehende Maschinenteile befin den. Das innere Getriebeelement beziehungsweise der innerste drehende Teil ist wie das äußere Getriebeelement mit Magneten bestückt. Der mittlere (drehende) Teil beziehungsweise der so genannte Modulator besteht aus magnetisch leitfähigen (ferro magnetischen) Flussleitelementen und anderen magnetisch nicht-leitfähigen (paramagnetischen) Teilen.
Dabei ist der Modulator ähnlich aufgebaut wie der Käfig einer Asynchronmaschine, wobei anstelle von Stäben entsprechende Elektrobleche verwendet werden können, die in einer Halte struktur eingebettet sind. Diese Haltestruktur besteht dabei aus einer Form, welche aus einem Faserverbundwerkstoff oder einer ausgefrästen Kunststoffform gefertigt sein kann. Die Haltestruktur weist entsprechende Aussparungen auf in welchen die magnetisch leitfähigen Flussleitelemente eingebracht wer den und dort fixiert werden. Hierdurch ergibt sich ein erhöh ter Arbeitsaufwand bei der Herstellung des Magnetgetriebes und insbesondere des Modulators.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzu zeigen, wie ein Magnetgetriebe der eingangs genannten Art einfacher und flexibler gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie durch ein Magnetgetriebe mit den Merkmalen gemäß den unabhän gigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen an gegeben .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines Magnetgetriebes. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen ei nes äußeren Getriebeelements, welches eine Mehrzahl von Mag neten aufweist. Zudem umfasst das Verfahren das Anordnen ei nes inneren Getriebeelements, welches eine Mehrzahl von Mag neten aufweist, drehbar innerhalb des äußeren Getriebeele ments. Außerdem umfasst das Verfahren das Herstellen eines Modulators, welcher magnetisch leitfähige Flussleitelemente sowie eine nicht magnetisch leitfähige Haltestruktur zum Hal ten der Flussleitelemente aufweist und das Anordnen des Modu lators drehbar zwischen dem inneren Getriebeelement und dem äußeren Getriebeelement. Es ist vorgesehen, dass bei der Her stellung des Modulators die magnetisch leitfähigen Flussleit elemente aus einem weichmagnetischen Kompositwerkstoff gefer tigt werden.
Das Magnetgetriebe umfasst das stehende äußere Getriebeele ment. Dieses äußere Getriebeelement kann auch als Stator be zeichnet werden. Das äußere Getriebeelement kann ein Joch aufweisen, an welchem die Mehrzahl von Magneten angeordnet ist. Die Magneten können entlang einer Umfangsrichtung des äußeren Getriebeelements beabstandet zueinander angeordnet sein. Dabei können die Magnete mit wechselnder Polarität ent lang der Umfangsrichtung angeordnet sein. Bei den Magneten kann es sich um Elektromagneten oder um Permanentmagneten handeln. Konzentrisch innerhalb des äußeren Getriebeelements befindet sich das innere Getriebeelement, welches auch als Magnetrad bezeichnet werden kann. Das innere Getriebeelement umfasst ebenso eine Mehrzahl von Magneten, insbesondere Per manentmagneten. Dabei kann das innere Getriebeelement einem Antrieb zugeordnet sein. Das innere Getriebeelement kann drehbar zu dem äußeren Getriebeelement gelagert sein und bei spielsweise mit einer entsprechenden Welle verbunden sein.
Die Magnete des inneren Getriebeelements können entlang der Umfangsrichtung mit wechselnder Polarität ausgebildet sein. Zwischen dem inneren Getriebeelement und dem äußeren Getrie beelement befindet sich der Modulator. Der Modulator kann konzentrisch zu dem inneren Getriebeelement und/oder dem äu ßeren Getriebeelement angeordnet sein. Der Modulator kann ei nem Abtrieb des Magnetgetriebes zugeordnet sein und ebenfalls mit einer entsprechenden Welle des Getriebes verbunden sein. Außerdem ist der Modulator drehbar gelagert. Der Modulator lenkt den magnetischen Fluss des Erregersystems des inneren sowie des äußeren Getriebeelements auf vorbestimmte Weise. Durch die Anzahl der Magnete in dem äußeren Getriebeelement, der Anzahl der Magnete in dem inneren Getriebeelement und die Ausgestaltung des Modulators kann die Übersetzung des Magnet getriebes vorgegeben werden. Mit dem Magnetgetriebe kann eine berührungslose Drehmoment-Drehzahl-Wandlung ermöglicht wer den .
Der Modulator umfasst die Haltestruktur, welche zum Halten der magnetisch leitfähigen Flussleitelemente dient. Hierbei ist es vorgesehen, dass die magnetisch leitfähigen Flussleit elemente aus einem weichmagnetischen Kompositwerkstoff oder einem weichmagnetischen Kompositmaterial gefertigt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei dem Modulator also auf üblicherweise verwendete Elektrobleche verzichtet. Durch die Verwendung des weichmagnetischen Kompositwerkstoffs be ziehungsweise eines Verbundmaterials kann die Herstellung des Modulators vereinfacht werden. Insbesondere kann im Vergleich zu üblicherweise verwendeten Elektroblechen die Herstellung bezüglich der Formgebung verbessert werden. Beispielsweise kann auf einen Zuschnitt der Elektrobleche verzichtet werden. Damit kann die Anzahl der Fertigungsschritte reduziert wer den. Somit kann der Fertigungsaufwand verringert werden.
Bevorzugt umfasst der weichmagnetische Kompositwerkstoff fer romagnetische Partikel, welche mit einem Isolator beschichtet sind. Insbesondere kann es sich bei dem Kompositwerkstoff um einen weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff, welcher auch unter der Bezeichnung SMC (Soft Magnetic Composite) bekannt ist, handeln. Diese Partikel können einen Durchmesser kleiner als 0,5 mm aufweisen. Die Partikel können beispielsweise Ei senpartikel sein oder aus Eisenpulver gefertigt sein. Zudem ist es denkbar, dass die Partikel aus einem anderen weichmag netischen Metall, beispielsweise Nickel, Kobalt oder einer entsprechenden Legierung, gefertigt sind. Jedes dieser Parti kel ist insbesondere vollständig mit einer elektrischen Iso lierung beziehungsweise einer entsprechenden Beschichtung versehen. Somit sind die einzelnen Partikel elektrisch vonei nander isoliert. Durch die Verwendung des weichmagnetischen Kompositwerkstoffs kann die Herstellung des Modulators und somit des Magnetgetriebes flexibler erfolgen.
Bei einer Ausführungsform wird bei der Herstellung des Modu lators die Haltestruktur mit Aussparungen für die Flussleit elemente bereitgestellt, der weichmagnetische
Kompositwerkstoff wird in die Aussparungen eingebracht und anschließend erwärmt und/oder mit einem Druck beaufschlagt. Die Haltestruktur kann entsprechende Aussparungen für die Flussleitelemente aufweisen. Diese Aussparungen können als Durchgangsöffnung ausgebildet sein und entlang einer radialen Richtung des Modulators verlaufen. Zum Bereitstellen der Flussleitelemente kann der weichmagnetische Kompositwerkstoff mithilfe eines Spritzverfahrens in die jeweiligen Aussparun gen eingebracht werden. Hierdurch kann die Fertigung verein facht werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Partikel zusammen mit einem Schmiermittel und/oder einem Bindemittel in die Aussparungen eingebracht werden. Im Anschluss daran können die Partikel dann gepresst und/oder gesintert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Partikel zunächst ge presst werden und anschließend eine Wärmebehandlung durchge führt wird. Die Partikel und/oder der Herstellungsprozess sind dabei insbesondere so gewählt, dass die jeweiligen elektrischen isolierenden Schichten um die Partikel herum beim Pressen und/oder bei der Wärmebehandlung erhalten blei ben. Bei der Herstellung der Flussleitelemente kann erreicht werden, dass die jeweiligen Aussparungen vollständig mit dem Kompositwerkstoff befüllt werden. Auf diese Weise kann eine bessere mechanische Anbindung der Flussleitelemente an die Haltestruktur erreicht werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden bei der Her stellung des Modulators die Haltestruktur und die Flussleit elemente mittels eines additiven Fertigungsverfahrens herge stellt. Mit anderen Worten kann ein generatives Fertigungs verfahren für die Herstellung der Haltestruktur und der
Flussleitelemente verwendet werden. Hierbei ist es insbeson dere vorgesehen, dass die Haltestruktur und die Flussleitele mente mittels eines dreidimensionalen Druckverfahrens herge stellt werden. Bei dem 3D-Druckverfahren können also zwei un terschiedliche Materialien verarbeitet werden. Aus einem ers ten paramagnetischen Material beziehungsweise magnetisch nicht leitfähigen Material kann dann die Haltestruktur gefer tigt werden. Aus einem zweiten Material beziehungsweise dem weichmagnetischen Kompositwerkstoff können dann die Fluss leitelemente gefertigt werden. Bei dem dreidimensionalen Druckverfahren können die Materialien Schicht für Schicht übereinander und/oder nebeneinander aufgetragen werden. Dabei können sowohl das magnetisch nicht leitfähige Material als auch das weichmagnetische Material gedruckt werden. Hierzu kann ein Drucker mit zwei Düsen oder Druckköpfen verwendet werden. Somit der komplette Modulator mittels des dreidimen sionalen Druckverfahrens hergestellt werden. Somit kann der Herstellungsprozess des Modulators innerhalb einer deutlich kürzeren Zeit durchgeführt werden. Außerdem ergibt sich der Vorteil der Gestaltungsfreiheit.
Bevorzugt ist die Haltestruktur aus einem paramagnetischen Werkstoff gefertigt. Beispielsweise kann die Haltestruktur aus Stahl, einer Keramik oder dergleichen gefertigt sein. Zum Herstellen der Haltestruktur kann zunächst ein Grundkörper bereitgestellt werden, welcher beispielsweise hohlzylinder förmig ausgebildet ist. In diesen Grundkörper können dann die Aussparungen für die Flussleitelemente eingebracht werden. Hierzu kann beispielsweise ein entsprechendes Fräsverfahren genutzt werden. Bei den Aussparungen für die Flussleitele mente kann es sich insbesondere um Durchgangsöffnungen han deln. Im Anschluss daran kann der weichmagnetische
Kompositwerkstoff dann in die Aussparungen eingebracht werden und unter Druck und Wärme ausgehärtet werden. Wie zuvor er läutert, kann es alternativ vorgesehen sein, dass sowohl die Haltestruktur als auch die Flussleitelemente mittels eines dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden obere Bereiche der jeweiligen Flussleitelemente, welche dem äußeren Getrie beelement zugewandt sind, und/oder untere Bereiche der jewei ligen Flussleitelemente, welche dem inneren Getriebeelement zugewandt sind, in einem vorbestimmten Winkel schräg zu einer axialen Richtung des Modulators oder einer Parallelen zur axialen Richtung angeordnet. Durch ein einfaches Schrägen der ansonsten üblicherweise gerade beziehungsweise entlang der axialen Richtung des Modulators angeordneten Flussleitele mente um den vorbestimmten Winkel können Rastmomente redu ziert werden. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die jeweiligen Flussleitelemente den oberen Bereich aufweisen, welcher der Oberseite des Modulators beziehungsweise dem äu ßeren Getriebeelement zugeordnet ist. Ferner können die je weiligen Flussleitelemente einen unteren Bereich aufweisen, welcher der Unterseite des Modulators beziehungsweise dem in neren Getriebeelement zugewandt sind. Dabei kann es der Fall sein, dass entweder die oberen Bereiche der Flussleitelemente oder die unteren Bereiche der Flussleitelemente schräg zu der axialen Richtung des Modulators beziehungsweise des Magnetge triebes ausgerichtet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass sowohl die oberen Bereiche als auch die unteren Bereiche schräg zu der axialen Richtung des Modulators ausgerichtet sind. Durch die Verwendung des Kompositwerkstoffs kann die Schrägung auf einfache Weise realisiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden obere Bereiche der jeweiligen Flussleitelemente, welche dem äußeren Getriebeele ment zugewandt sind, in einem ersten Winkel schräg zu einer axialen Richtung des Modulators oder einer Parallelen zur axialen Richtung angeordnet und untere Bereiche der jeweili gen Flussleitelemente, welche dem inneren Getriebeelement zu gewandt sind, werden in einem von dem ersten Winkel verschie denen, zweiten Winkel schräg zu der axialen Richtung des Mo dulators angeordnet. Es kann also auch ein Schrägen der unte ren Bereiche und der oberen Bereiche um verschiedene Schrä gungswinkel vorgesehen sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die unteren Bereiche und die oberen Bereiche in entge gengesetzte Richtungen geschrägt sind. Es kann also vorgese hen sein, dass der erste Winkel und der zweite Winkel jeweils spitze Winkels sind, die bezüglich der axialen Richtung oder einer Parallelen dazu in entgegengesetzte Drehrichtungen de finiert sind. Die jeweiligen Flussleitelemente können also quasi in sich gedreht ausgebildet sein. Dabei können die je weiligen Winkel beziehungsweise der erste Winkel und der zweite Winkel optimiert auf das Luftspaltfeld zwischen dem Modulator und dem äußeren Getriebeelement sowie auf das Luft spaltfeld zwischen dem Modulator und dem inneren Getriebeele ment optimiert werden. Dadurch können Rastmomente effizient reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden ein Joch des äu ßeren Getriebeelements und/oder ein Joch des inneren Getrie beelements aus dem weichmagnetischen Kompositwerkstoff gefer tigt. Das äußere Getriebeelement kann das Joch aufweisen, an dem die Magneten gehalten sind. In gleicher Weise kann das innere Getriebeelement das Joch aufweisen, an dem die Magne ten gehalten sind. Dabei kann das Joch des äußeren Getriebe elements und/oder das Joch des inneren Getriebeelements eben falls aus dem weichmagnetischen Kompositwerkstoff gefertigt werden. Für die Fertigung des jeweiligen Jochs kann der weichmagnetische Kompositwerkstoff entsprechend gepresst und/oder gesintert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das jeweilige Joch mittels eines dreidimensionalen Druckver fahrens hergestellt wird. Dabei kann es ferner vorgesehen sein, dass auch bei dem äußeren und/oder dem inneren Getrie beelement eine Schrägung vorgesehen ist. Beispielsweise kön nen die Magnete des äußeren Getriebeelements und/oder des in neren Getreibeelements in einem vorbestimmten Winkel schräg zu einer axialen Richtung des äußeren Getriebeelements bezie hungsweise des Magnetgetriebes ausgerichtet werden.
Ein erfindungsgemäßes Magnetgetriebe umfasst ein äußeres Ge triebeelement, welches eine Mehrzahl von Magneten aufweist. Darüber hinaus umfasst das Magnetgetriebe ein inneres Getrie beelement, welches eine Mehrzahl von Magneten aufweist und welches drehbar innerhalb des äußeren Getriebeelements ange ordnet ist. Außerdem umfasst das Magnetgetriebe einen Modula tor, welcher magnetisch leitfähige Flussleitelemente sowie eine nicht magnetisch leitfähige Haltestruktur zum Halten der Flussleitelemente aufweist. Dabei ist der Modulator drehbar zwischen dem inneren Getriebeelement und dem äußeren Getrie beelement angeordnet. Zudem ist vorgesehen, dass die magne tisch leitfähigen Flussleitelemente des Modulators aus einem weichmagnetischen Kompositwerkstoff gefertigt sind.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestell ten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Magnetgetriebe.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprü chen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinati onen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genann- ten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebe nen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbei spielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun gen näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 in einer schematischen Perspektivansicht ein Mag netgetriebe, welches ein äußeres Getriebeelement, einen Modulator sowie ein inneres Getriebeelement aufweist ;
FIG 2 in einer Perspektivansicht einen Modulator gemäß einer ersten Ausführungsform; und
FIG 3 in einer Perspektivansicht einen Modulator gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt ein Magnetgetriebe 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Perspektivansicht. Das Magnetgetriebe 1 umfasst ein äußeres Getriebeelement 2, welches ein Joch 14 aufweist. Des Weiteren umfasst das äußere Getriebeelement 2 eine Mehrzahl von Magneten 3. Das äußere Getriebeelement 2 kann dabei feststehend ausgebildet sein. Darüber hinaus um fasst das Magnetgetriebe 1 ein inneres Getriebeelement 4, welches ein Joch 15 aufweist, an welchem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Magnete 5 angeordnet sind. Das Joch 15 kann mit einer Achse oder Welle verbunden sein. Das innere Getriebeelement 4 ist konzentrisch zu dem äußeren Getriebe element 2 und drehbar zu dem äußeren Getriebeelement 2 ange ordnet. Darüber hinaus umfasst das Magnetgetriebe 1 einen Mo dulator 6, welcher eine Mehrzahl von magnetisch leitfähigen Flussleitelementen 7 aufweist. Der Modulator 6 ist konzent risch zu dem äußeren Getriebeelement 2 und zu dem inneren Ge triebeelement 4 angeordnet. Darüber hinaus ist der Modulator 6 drehbar zu dem äußeren Getriebeelement 2 und dem inneren Getriebeelement 4 ausgebildet.
FGI 2 zeigt in einer Perspektivansicht einen Modulator 6 für ein Magnetgetriebe 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist zu erkennen, dass der Modulator 6 eine Halte struktur 8 aufweist, welche aus einem magnetisch nicht leitfähigen Material beziehungsweise eine paramagnetischen Material gefertigt ist. Die Haltestruktur 8 weist entspre chende Aussparungen 9 auf, in welche die jeweiligen Fluss leitelemente 7 eingebracht sind. Des Weiteren ist ein Lager 10 gezeigt, mittels welchem der Modulator 6 drehbar gelagert ist. Zudem ist in FIG 2 eine Welle 11 dargestellt, welche mit dem Modulator 6 verbunden ist.
Die jeweiligen Flussleitelemente 7 sind vorliegend aus einem weichmagnetischen Kompositwerkstoff beziehungsweise aus SMC (Soft Magnetic Composite) gefertigt. Dieser weichmagnetische Kompositwerkstoff kann aus feinen ferromagnetischen Partikeln bestehen, die gegeneinander elektrisch isoliert sind. Bei der Herstellung des Modulators kann zunächst die Haltestruktur 8 mit den entsprechenden Aussparungen 9 gefertigt werden. Der weichmagnetische Kompositwerkstoff kann dann in die Ausspa rungen 9 mittels eines Spritzverfahrens eingebracht werden.
Im Anschluss daran können die Partikel gepresst und/oder ge sintert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Haltestruktur 8 und die ferromagnetischen Flussleitelemente 7 des Modulators 6 in einem gemeinsamen Schritt mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere eines dreidimen sionalen Druckverfahrens, herzustellen. Die Haltestruktur 8 kann dabei aus einem paramagnetischen Werkstoff, beispiels weise Stahl, Keramik oder dergleichen, gefertigt werden. Die Flussleitelemente 7 sind aus dem ferromagnetischen bezie hungsweise dem weichmagnetischen Kompositwerkstoff gefertigt. FIG 3 zeigt in einer Perspektivansicht einen Modulator 6 ge mäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist zu erkennen, dass die jeweiligen Flussleitelemente 7 einen oberen Bereich 12 aufweisen, welcher in der bestimmungsgemäßen Einbaulage des Modulators 6 in dem Magnetgetriebe 1 dem äußeren Getrie beelement 2 zugewandt ist. Zudem weisen die jeweiligen Fluss leitelemente 7 einen unteren Bereich 13 auf, welcher in der bestimmungsgemäßen Einbaulage des Modulators 6 in dem Magnet getriebe 1 dem inneren Getriebeelement 4 zugewandt ist. Es kann vorgesehen sein, dass die oberen Bereiche 12 und/oder die unteren Bereiche 13 in einem vorbestimmten Winkel wl, w2 schräg zu einer axialen Richtung a des Modulators 6 oder ei ner Parallelen zur axialen Richtung a ausgerichtet sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die unteren Berei che 13 in dem zweiten Winkel w2 schräg zu der axialen Rich tung a ausgerichtet. Die oberen Bereiche 12 sind in einem ersten Winkel wl schräg zu der axialen Richtung a des Modula tors 6 ausgerichtet. Vorliegend sind die Winkel wl, w2 so be stimmt definiert, dass die oberen Bereiche 12 und die unteren Bereiche 13 in unterschiedliche Richtungen geschrägt sind.
Auf diese Weise können Rastmomente reduziert werden.
Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass das Joch 14 des äußeren Getriebeelements 2 und/oder das Joch 15 des inneren Getriebeelements 4 aus dem weichmagnetischen
Kompositwerkstoff hergestellt sind. Zudem kann auch bei dem äußeren Getriebeelement 2 und/oder dem inneren Getriebeele ment 4 eine Schrägung vorgesehen sein.
Durch das Fertigungsverfahren kann im Vergleich zu bekannten Verfahren, bei denen die Flussleitelemente 7 aus einem Elekt- roblech gefertigt werden, auf einen Blechschnitt verzichtet werden. Dadurch können Arbeitsschritte und Kosten eingespart werden. Darüber hinaus kann die mechanische Anbindung der Flussleitelemente 7 an die Haltestruktur 8 verbessert werden. Zudem wird auch die Schrägung des Modulators 6 einfach mög lich. Bezugszeichenliste
1 Magnetgetriebe
2 äußeres Getriebeelement 3 Magnet
4 inneres Getriebeelement
5 Magnet
6 Modulator
7 Flussleitelement
8 Haltestruktur
9 Aussparungen
10 Lager
11 Welle
12 oberer Bereich
13 unterer Bereich
14 Joch
15 Joch
a axiale Richtung
wl erster Winkel
w2 zweiter Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Magnetgetriebes (1) mit den Schritten :
- Bereitstellen eines äußeren Getriebeelements (2), wel ches eine Mehrzahl von Magneten (3) aufweist,
- Anordnen eines inneren Getriebeelements (4), welches ei ne Mehrzahl von Magneten (5) aufweist, drehbar innerhalb des äußeren Getriebeelements (2),
- Herstellen eines Modulators (6), welcher magnetisch
leitfähige Flussleitelemente (7) sowie eine nicht magne tisch leitfähige Haltestruktur (8) zum Halten der Fluss leitelemente (7) aufweist, und
- Anordnen des Modulators (6) drehbar zwischen dem inneren Getriebeelement (4) und dem äußeren Getriebeelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass
- bei der Herstellung des Modulators (6) die magnetisch leitfähigen Flussleitelemente (7) aus einem weichmagne tischen Kompositwerkstoff gefertigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weichmagnetische Kompositwerkstoff ferromagnetische Par tikel, welche mit einem elektrisch isolierenden Material be schichtet sind, umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Modulators (6) die Haltestruktur (8) mit Aussparungen (9) für die Flussleitelemente (7) be reitgestellt wird, der weichmagnetische Kompositwerkstoff in die Aussparungen (9) eingebracht wird und anschließend er wärmt und/oder mit einem Druck beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Modulators (6) die Haltestruktur (8) und die Flussleitelemente (7) mittels eines additiven Ferti gungsverfahrens hergestellt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (8) und die Flussleitelemente (7) mittels eines dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (8) aus einem paramag netischen Werkstoff gefertigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass obere Bereiche (12) der jeweiligen
Flussleitelemente (7), welche dem äußeren Getriebeelement (2) zugewandt sind, und/oder untere Bereiche (13) der jeweiligen Flussleitelemente (7), welche dem inneren Getriebeelement (4) zugewandt sind, in einem vorbestimmten Winkel (wl, w2) schräg zu einer axialen Richtung (a) des Modulators (6) angeordnet werden .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass obere Bereiche (12) der jeweiligen Fluss leitelemente (7), welche dem äußeren Getriebeelement (2) zu gewandt sind, in einem ersten Winkel (wl) schräg zu einer axialen Richtung (a) des Modulators (6) angeordnet werden und untere Bereiche (13) der jeweiligen Flussleitelemente (7), welche dem inneren Getriebeelement (4) zugewandt sind, in ei nem von dem ersten Winkel (wl) verschiedenen, zweiten Winkel (w2) schräg zu der axialen Richtung (a) des Modulators (6) angeordnet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Joch (14) des äußeren Getriebeele ments (2) und/oder ein Joch (15) des inneren Getriebeelements (4) aus dem weichmagnetischen Kompositwerkstoff gefertigt werden .
10. Magnetgetriebe (1) umfassend:
- ein äußeres Getriebeelement (2), welches eine Mehrzahl von Magneten (3) aufweist, - ein inneres Getriebeelement (4), welches eine Mehrzahl von Magneten (5) aufweist und welches drehbar innerhalb des äußeren Getriebeelements (2) angeordnet ist, und
- einen Modulator (6), welcher magnetisch leitfähige
Flussleitelemente (7) sowie eine nicht magnetisch leit fähige Haltestruktur (8) zum Halten der Flussleitelemen te (7) aufweist,
- wobei der Modulator (6) drehbar zwischen dem inneren Ge triebeelement (4) und dem äußeren Getriebeelement (2) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die magnetisch leitfähigen Flussleitelemente (7) des Mo dulators (6) aus einem weichmagnetischen Kompositwerkstoff gefertigt sind.
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