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WO2015150411A1 - Magnetische kupplung, kupplungsanordnung und verfahren - Google Patents

Magnetische kupplung, kupplungsanordnung und verfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2015150411A1
WO2015150411A1 PCT/EP2015/057085 EP2015057085W WO2015150411A1 WO 2015150411 A1 WO2015150411 A1 WO 2015150411A1 EP 2015057085 W EP2015057085 W EP 2015057085W WO 2015150411 A1 WO2015150411 A1 WO 2015150411A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coupling
coil
magnetic
coupling part
axis
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/057085
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Bachmaier
Christian Bachmann
Matthias Gerlich
Andreas GÖDECKE
Iason Vittorias
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to RU2016142788A priority Critical patent/RU2666771C2/ru
Priority to CA2944544A priority patent/CA2944544C/en
Priority to EP15714465.0A priority patent/EP3100342A1/de
Priority to CN201580017942.3A priority patent/CN106464119B/zh
Priority to US15/301,039 priority patent/US20170207692A1/en
Publication of WO2015150411A1 publication Critical patent/WO2015150411A1/de

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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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/06—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the synchronous type
    • 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
    • H02K49/106—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with a radial air gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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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
    • H02K49/108—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with an axial air gap

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic coupling. Furthermore, the present invention relates to a clutch assembly. Moreover, the present invention relates to a method for controlling a magnetic coupling. With the help of magnetic couplings, torque can be transmitted from one shaft to another without contact. There are numerous solutions for magnetic couplings. These are often based on magnetic fields generated by permanent magnets. The simplest embodiment of a magnetic coupling consists of two mutually arranged, rotating magnets. This results in a non-contact, but not separable coupling. If one replaces one side of the clutch by a rotating field winding, the clutch can also be made switchable.
  • DE 10 2012 206 345 A1 discloses a magnetic coupling for coupling a first shaft to a second shaft which uses a magnetic field extending radially to the axis of rotation to transmit a torque from the first shaft to the second shaft.
  • an object of the present invention is to provide an improved magnetic coupling, an improved clutch assembly and an improved method.
  • a magnetic coupling is provided with a first coupling part rotatable about a rotation axis, a second coupling part rotatable about the rotation axis and at least one coil.
  • the coil is adapted to a magnetic field along the axis of rotation through the first and second coupling part for a non-contact Koch- generating torque between the first and second coupling part.
  • the torque is thus transmitted from the first coupling part to the second coupling part and / or in the reverse direction.
  • the first coupling part and / or the second coupling part may be formed, for example, as part of a shaft. Also, the first coupling part and / or the second coupling part can be connected to a shaft. Furthermore, the first and second coupling part may be magnetizable. In particular, the first coupling part and / or the second coupling part may preferably be made of a material having a magnetic permeability of> 1, preferably> 80.
  • a non-contact transmission is understood in particular to be a contactless transmission. That is, the first coupling part and the second coupling part are not in contact with each other. In particular, the first coupling part and the second coupling part can be separated from one another by means of an axial air gap. The non-contact transmission of the torque between the first coupling part and the second coupling part can also be transmitted through a material, in particular by a non-magnetizable material.
  • a non-contact transmission of the torque between the first coupling part and the second coupling part has the advantage that mechanical friction losses can be reduced. This allows the torque to be transmitted more efficiently. Furthermore, mechanical abrasion on the torque-transmitting coupling parts can be avoided or reduced. This leads to a lower wear of the torque transmitting coupling parts. This can be a clutch be provided, the torque-transmitting coupling parts are less maintenance intensive.
  • the at least one coil or a respective presently named coil may have N windings of an electrical conductor that is configured to conduct an electrical current.
  • the at least one coil or a respective coil mentioned in the present case can in particular be designed to generate an axial and / or radial magnetic field.
  • the at least one coil can generate a magnetic field whose field lines run along the axis of rotation from the first coupling part to the second coupling part and vice versa.
  • a magnetic field can be generated, for example, by means of a cylindrical coil whose longitudinal axis is parallel to the axis of rotation.
  • the coil can also be formed by a pair of coils, such as a pair of coils in Helmholtz configuration.
  • the strength of the magnetic field generated by the coil is proportional to the electric current flowing through the coil.
  • the strength of the magnetic field generated by the coil can be controlled by means of the electric current.
  • Magnetic couplings have in particular a negative stiffness along the magnetic field axis.
  • the term "negative stiffness” is understood in particular to mean that a force which binds two bodies together in an attractive manner, for example, becomes stronger the closer the two bodies come to one another For example, a force that brings the two bodies closer together becomes stronger the closer the two bodies are, so it is beneficial to compensate for a negative stiffness, eg, over a bearing.
  • a magnetic coupling with a magnetic field along the axis of rotation, ie an axial magnetic field can in particular have the advantage that a negative
  • Rigidity of the magnetic coupling occurs only along the axis of rotation. That is, a force acting on the coupling parts due to the negative rigidity of the magnetic coupling occurs only along an axis, the rotation axis. That is, forces acting on the coupling parts in the radial directions can be reduced. In particular, the forces can be reduced, which are to be absorbed by radial bearings.
  • Transmission of a torque between the first coupling part and the second coupling part can be interrupted.
  • the transmitted torque of the clutch can be regulated via the current flow or the transmitted torque can be realized as a function of an amount of the current.
  • any torque values up to a maximum torque, for which the clutch is designed can be adjusted via a suitable control.
  • the magnetic coupling is used in a mechanical energy storage or forms part of such.
  • Such a mechanical energy storage can be used for example in an emergency generator.
  • the energy storage can supply a generator with mechanical energy in the event of failure of the power supply network, which converts this into electrical energy, so as to provide an emergency power.
  • the energy store may be configured to provide the energy only over a short period of time until a diesel emergency power unit has started.
  • the mechanical energy storage can provide 100 kW for up to 15 seconds.
  • the magnetic coupling further comprises a first auxiliary coil which is adapted to generate a magnetic field along the axis of rotation, wherein the first auxiliary coil is arranged along the axis of rotation spaced from the at least one coil.
  • a magnetic bearing can be provided in the axial direction.
  • This may in particular have the advantage that an additional bearing in the axial direction, in particular an additional magnetic bearing, can be dispensed with.
  • stray magnetic fields for example in the radial direction
  • the first additional coil can in particular be set up to change a magnetic flux density of the magnetic field such that unwanted stray fields are counteracted.
  • the magnetic field generated by the first auxiliary coil can prevent the first coupling part and the second coupling part from moving towards each other or away from each other.
  • the first additional coil may have a smaller inductance than the at least one coil.
  • a time constant of a current increase in a coil is proportional to its inductance. Since a strength of a magnetic field generated by the coil is proportional to the current flowing through the coil, a magnetic field of a coil having a smaller inductance becomes faster be changed. This has the advantage that it is possible to respond more quickly in particular to a change in a distance between the two coupling parts.
  • Clutch further comprises a second auxiliary coil which is adapted to generate a magnetic field along the axis of rotation, wherein the second auxiliary coil is arranged on the first auxiliary coil opposite side of the coil and along the axis of rotation spaced from the coil.
  • the second additional coil can be identical in construction to the first additional coil.
  • the second auxiliary coil may also have a smaller inductance than the coil.
  • the second auxiliary coil may have the same inductance as the first additional coil.
  • the second additional coil may also have the advantage that occurring stray fields can be even better compensated. For example, unwanted influences can be compensated by stray fields on the first coupling part and on the second coupling part exclusively by means of the first and second auxiliary coil. Thereby, an excitation of the at least one coil, i. an electric current flow through the coil, kept constant. This can be advantageous in particular if the magnetic field generated by the coil can only be changed relatively slowly.
  • the magnetic coupling further comprises at least three additional radial coils, which are adapted to generate a magnetic field radially to the axis of rotation, wherein the at least three additional radial coils circumferentially with respect to the axis of rotation distributed around the first coupling part and / or the second Coupling part are arranged.
  • the at least three additional radial coils can be distributed equidistant from one another with respect to the axis of rotation be arranged.
  • forces can be compensated, which act radially to the axis of rotation on the first coupling part and / or the second coupling part.
  • a magnetic coupling which has both at least one additional coil which generates a magnetic field along the axis of rotation, and radial additional coils can realize a hybrid of a magnetic coupling for contactless transmission of torque and an active magnetic bearing.
  • By suitable control of the coils which generate the magnetic field along the axis of rotation both a bearing of one of the two coupling parts in the axial direction and a transmission of torque between the two coupling parts can be achieved.
  • By suitable control of the radial additional coils a bearing of one of the two coupling parts in the radial directions can be achieved.
  • Such a magnetic coupling can transmit a torque in a particularly advantageous manner without contact, as well as take over a radial and axial bearing at least one of the two coupling parts. As a result, it is possible in particular to dispense with an additional bearing or additional bearings.
  • the magnetic coupling has a yoke which is adapted to guide a magnetic field generated by the at least one coil.
  • the yoke can be made of a material which has a magnetic permeability of> 1, in particular> 80. As a result, stray fields can be further reduced.
  • the yoke may have the advantage that it concentrates the field lines of the magnetic field in its interior and thereby amplifies a magnetic flux ⁇ .
  • There one Magnetic force F m is proportional to 2 / S, where S is the effective cross-sectional area of the magnetic field, by changing the magnetic flux ⁇ and the resulting force can be changed.
  • the yoke is formed at least partially U-shaped.
  • the legs of the at least partially U-shaped yoke can run perpendicular to the axis of rotation. Since a magnetic force acting between at least one of the two coupling parts and the yoke is greater, the smaller the distance between the yoke and the coupling part, it may be advantageous to have a greater distance between the yoke and the first coupling part and / or the second coupling part in the radial direction to provide as in the axial direction. As a result, in particular the influence of radial stray fields can be further reduced.
  • the yoke further comprises at least one projection which is adapted to guide a magnetic field generated by one of the at least three additional radial coils radially with respect to the axis of rotation.
  • the protrusion may preferably be made of a material having a magnetic permeability greater than one.
  • the projection may be made of the same material as the yoke.
  • the projection and the yoke can be formed in one piece.
  • the at least one projection may be formed such that at least one of the at least three auxiliary coils is formed around the projection.
  • the projection may be formed as a spool core.
  • the yoke for each of the at least three additional radial coils on a projection wherein each of the projections is adapted to one of each one of at least three radial auxiliary coils generated magnetic field radially with respect to the axis of rotation to lead.
  • the magnetic coupling further comprises a control device which is adapted to control an electric current flow through the at least one coil.
  • a magnetic field generated by a coil is proportional to an electric current flowing through the coil.
  • the magnetic flux ⁇ generated by a coil is also proportional to the electric current flowing through the coil.
  • a magnetic force F m is proportional to ⁇ 2 / S, where S is the effective cross-sectional area of the magnetic field.
  • control device is set up to reverse a direction of the electric current flow through the at least one coil.
  • the magnetic coupling is in a saturation state, that is, an increase in an applied external magnetic field does not cause a further increase in magnetization of a material in the magnetic field, a current flow through the reverse at least one coil to counteract saturation.
  • the control device is adapted to control the flow of electrical current through the at least one coil such that a distance between the first coupling part and the second coupling part is adjustable along the axis of rotation.
  • the control device may be configured to control the distance between the first coupling part and the second coupling part along the axis of rotation.
  • a sensor may be provided which determines a value of the distance between the first coupling part and the second coupling part along the axis of rotation and provides the result of the control device.
  • the control device may in particular be configured to control a distance between the first coupling part and the second coupling part along the axis of rotation based on the determined value.
  • control device is set up to control the flow of current through the at least one coil such that the second coupling part levitates in the magnetic field generated by the at least one coil.
  • sensors may be provided which define a position of the second coupling part in three dimensions, for example an axial position and two radial positions with respect to the axis of rotation, and provide the results of the control device.
  • the control device can be set up to control a current flow through the at least one coil based on the determined values.
  • the control device in order to levitate the second coupling part, can generate a current flow through two coils, which respectively generate a magnetic field along the axis of rotation, and a current flow through three coils. len, each generating a radial magnetic field.
  • a hybrid of a magnetic coupling and an active magnetic bearing can be realized.
  • control of such a hybrid magnetic coupling may advantageously control both torque transmission and position of a coupling member. As a result, for example, a number of components can be reduced. Furthermore, it may also be possible, for example, to implement damping and / or to avoid natural frequencies.
  • the first coupling part has at least one first axial projection and the second coupling part has at least one second axial projection.
  • the at least one first axial protrusion and the at least one second axial protrusion are each formed from a magnetizable material and formed such that a magnetic reluctance between the at least one first axial protrusion and the at least one second axial protrusion is minimal when the at least one first axial projection and the at least one second axial projection are aligned axially to each other.
  • the first axial projection and / or the second axial projection can in particular as a circular sector or as
  • the term “circular sector” is understood to mean a partial area of a circular area bounded by a circular arc and two circular radii.
  • the term “circular segment” is understood to mean a partial area of a circular area which is delimited by a circular arc and a circular chord.
  • the first coupling part and the second coupling part may each have a plurality of axial projections, which together form a profile with a periodic structure.
  • the profile can be a ring from each other having spaced circular sectors.
  • the profile may alternatively or in addition to the ring also have a further ring having spaced circle segments.
  • the at least one first projection is preferably mirror-image-arranged relative to the at least one second projection.
  • magnetization can be built up in the at least one first projection and in the at least one second projection.
  • the magnetizations of the respective protrusions may then interact with each other such that magnetic reluctance between respective protrusions is minimized.
  • a state of minimum magnetic reluctance corresponds to a state with a minimum of stored magnetic energy.
  • This state of minimum stored magnetic energy can be achieved in the described magnetic coupling when the at least one first projection and the at least one second projection are exactly axially opposite one another. In this position, a magnetic flux can flow directly from the at least one first projection to the at least one second projection, wherein a gap to be bridged thereby is minimal.
  • the first and / or the second coupling part has at least two projections, wherein one of the at least two projections is arranged on a first side of the first coupling part, wherein the axis of rotation is perpendicular to the first side, and the other of the at least two Projections on a second side of the second coupling part is arranged, which is opposite to the first side in the axial direction.
  • first and / or second coupling part is rotatably mounted.
  • the first coupling part is mounted axially immovable (axial fixed bearing).
  • a clutch assembly with a drive, a flywheel and a magnetic clutch, as described above, is provided.
  • the flywheel is coupled to the drive by means of the magnetic coupling.
  • the first coupling part can be connected to the drive or designed as a drive.
  • the second coupling part can with the
  • Flywheel connected or designed as a flywheel.
  • the drive can be, for example, an electric motor, which can be operated, in particular, also as a generator.
  • the flywheel is arranged in a closed container and / or in a vacuum.
  • the container may be formed from a non-magnetizable material.
  • the container may be configured as a vacuum container. As a result, for example, friction losses and / or losses can be further reduced by a flow resistance.
  • a method for controlling a magnetic coupling as described above wherein an electrical current flow is controlled such that a torque between the first and second coupling part is transmitted without contact by means of a magnetic field generated by the at least one coil along the axis of rotation.
  • a computer program product such as a computer program means may, for example, be used as a storage medium, e.g.
  • the embodiments and features described for the proposed device apply accordingly to the proposed method.
  • FIG. 1 shows a schematic partial sectional view along the axis of rotation of a magnetic coupling according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective view of an end face of a first coupling part of the magnetic coupling from FIG. 1 ;
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view along the
  • FIG. 4 shows a schematic partial sectional view along the axis of rotation of a magnetic coupling according to a still further exemplary embodiment
  • Fig. 5 shows a schematic partial sectional view along the axis of rotation of a clutch assembly according to yet another embodiment
  • Figs. 6 and 7 are perspective views of arrangements of additional radial coils.
  • FIG. 8 shows a flowchart of a method for controlling a magnetic clutch.
  • the coupling 100 may be part of a coupling arrangement 1 shown in FIG. 3.
  • the magnetic coupling 100 has a first coupling part 3 which is rotatable about the rotation axis 2 and which is connected by means of a shaft 4 to an electric motor (not shown).
  • the first coupling part 3 may be in a not shown Bearings are rotatably mounted, which also provides for an axial fixation of the first coupling part 3.
  • the magnetic coupling 100 furthermore has a second coupling part 5 which is rotatable about the axis of rotation 2.
  • the second coupling part 5 may be formed as a flywheel or even another component, in particular a
  • the magnetic coupling 100 forms an energy store.
  • the first and second coupling part 3, 5 can each have a circular-cylindrical design and a magnetizable material, for example iron.
  • the first coupling part 3 preferably has a larger diameter than the shaft 2 and may be integrally connected thereto.
  • the first and second coupling part 3, 5 may have on their facing end faces 3a, 5a axial projections 3b, 5b, whose function will be explained in more detail below. Between the end faces 3a, 5a and projections 3b, 5b, a gap 14 is provided. A view of the end face 3a is shown in FIG.
  • the first coupling part 3 and the second coupling part 5 are surrounded by a yoke 6 made of a magnetizable material, such as pure iron, at least in sections.
  • the yoke 6 is U-shaped in the half-longitudinal section shown and for this purpose comprises an axial section 6a and first and second radial sections 6b, 6c adjoining the ends thereof.
  • the sections 6a, 6b, 6c are preferably rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation 2.
  • the sections 6b, 6c may extend radially beyond the first or second coupling part 3, 5.
  • the clutch 100 further comprises a coil 7 (also referred to herein as "at least one coil”).
  • the coil 7 may extend annularly around the rotation axis 2. Further For example, the coil 7 may be arranged centrally along the axis of rotation 2 between the axial sections 6b, 6c.
  • the coil 7 is adapted to generate a magnetic field which runs along the axis of rotation 2 through the first and second coupling part 3, 5.
  • the yoke 6 is configured to guide the magnetic field generated by the coil 7.
  • a principal course of the magnetic flux of the magnetic field generated by the coil 7 is shown by the line 8.
  • Fig. 2 shows in perspective the end face 3a of the first coupling part 3.
  • On the end face 3a is a plurality of projections 3b, 3b 'arranged in a circle.
  • Each of the projections 3b, 3b ' is formed as a circular ring segment, with the respective projections 3b being spaced apart from each other. That is, between the two individual projections 3b, 3b 'is an air gap 3c, 3c'.
  • the projections 3b may be disposed in an outer annulus K1 and the projections 3b 'in an inner annulus K2.
  • the number of protrusions 3b in the outer annulus K1 may be greater than the number of the protrusions 3b 'in the inner annulus K2.
  • the protrusions 3b are preferably spaced from the protrusions 3b 'by means of a radial gap R.
  • the second coupling part 5 has on its front side 5a correspondingly arranged projections only partially shown. If the deflection of one of the two coupling parts 3, 5 increases, a torque increases. The maximum possible torque is achieved when the deflection between the coupling parts 3 and 5 is such that, for example, the projection 5b of the coupling part 5 is located exactly above the air gap 3c between two adjacent projections 3b of the coupling part 3. Another deflection in the same direction would mean that the sign of the torque reversed.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a magnetic coupling 100.
  • the magnetic coupling 100 shown in FIG. 3 has a first coupling part 3, which is connected to a shaft 4, and a second coupling part 5, which is connected to a further shaft 4a is.
  • the two coupling parts are of a yoke 6, which is adapted to guide a generated by a coil 7 magnetic field.
  • the first coupling part 3 comprises four sections 3e, which are arranged at a distance from each other.
  • the second coupling part 5 comprises four sections 5e, which are arranged between the sections 3e of the first coupling part or intervene therebetween.
  • the sections 3e, 5e each have corresponding projections 3b, 3d, 5b, 5d on opposite sides.
  • FIG. 4 shows a magnetic coupling 100 which, in contrast to FIG. 1, has a first auxiliary coil 9 and a second auxiliary coil 10.
  • the additional coils 9, 10 may each extend annularly around the rotation axis 2.
  • the first auxiliary coil 9 is arranged, for example, adjacent to the first, radial portion 6a.
  • the first additional coil 9 can, for example, change a magnetic flux in this region or in the region of the free end 6d of the first, radial section 6a.
  • an increase in the magnetic flux 8 in the region between the yoke 6 and the first coupling part 3 can lead to a magnetic flux 8 resulting from the magnetic flux 8 Force, which moves the two coupling parts 3, 5 towards each other, shown in Fig. 4 by the arrow 11, is amplified.
  • the second auxiliary coil 10 opposite the first auxiliary coil 9 is arranged, for example, adjacent to the section 6c.
  • the second additional coil 9 can, for example, change a magnetic flux in this region or in the area of the free end 6e of the second, radial section 6c.
  • a magnetic flux 8 in the region between the yoke 6 and the second coupling part 5 may result in a magnetic force resulting from the magnetic flux 8, which moves the two coupling parts 3, 5 away from each other, in FIG the arrow 12 is shown, is amplified.
  • Coil 7, the first auxiliary coil 9 and the second auxiliary coil 10 connected to a control device 13 via control lines 15.
  • the control device 13 is in particular configured to control an electric current flow through the coil 7, the first additional coil 9 and the second auxiliary coil 10.
  • the magnetic coupling 100 may include a sensor (not shown) measuring the distance A between the two coupling parts 3, 5.
  • the controller 13 may then be configured to control the flow of electrical current based on the measured distance A.
  • a magnetic bearing function for example for the second coupling part 5
  • the control device 13 may be configured to control a position of the second coupling part 5 such that it levitates.
  • gravity in the figures in the direction the lower edge of the sheet may have, but as well as other orientations of the coupling 100 with respect to gravity are possible.
  • the control device 13 may also reverse a direction of electrical current flow through the coil 7, the first auxiliary coil 9 and / or the second auxiliary coil 10. As a result, the distance A can be flexibly controlled and, if necessary, a saturation of the magnetic flux 8 counteracted.
  • Fig. 5 shows a schematic partial sectional view of a clutch assembly 1 according to an embodiment.
  • the clutch assembly 1 has a drive 17, a magnetic clutch 100 and a flywheel 18.
  • the flywheel 18 is formed as a separate part and is driven by the second coupling part 5.
  • the flywheel 18 and the second coupling part 5 may be integrally formed.
  • the drive 17 for example an electric motor, stores energy in the flywheel 18.
  • the energy is removed from the flywheel 18.
  • Flywheel 18 is provided on the drive 17.
  • a corresponding electric motor 17 can also be operated as a generator in the second operating mode.
  • the switching between the first and second operating mode is preferably carried out by means of the control device 13.
  • the second coupling part 5 together with the flywheel 18 may be arranged in a vacuum.
  • the second coupling part 5 together with the flywheel 18 can be accommodated in an evacuated container 21.
  • the container wall may be formed of plastic or other permeable to the magnetic field 8 material.
  • the magnetic coupling 100 according to FIG. 5 has a plurality of additional radial coils 19, wherein in FIG. 3 only one additional radial coil 19 is shown.
  • the radial additional coils 19 are circumferentially distributed around the flywheel 18 with respect to the axis of rotation 2. Possible arrangements for the additional radial coils 19 are shown in FIGS. 6 and 7.
  • the radial additional coils 19 generate, when they are traversed by an electric current, a magnetic field radially to the rotation axis 2. In particular, allow the radial additional coils 19 forces to compensate, which is radial to the axis of rotation 2 on the first coupling part 3 and / or the second coupling part 5 or the flywheel 18 act.
  • the radial additional coils 19 are arranged in each case around a projection 20 of the yoke 6, which is preferably made of the same material as the yoke 6.
  • the spool 7 (hereinafter also referred to as "at least one spool") is disposed adjacent to the second radial portion 6c Further, in particular, only an auxiliary spool 8 is provided adjacent to the first radial portion 6b is arranged.
  • the magnetic coupling 100 of the coupling arrangement 1 furthermore has a control device 13 which controls an electric current flow via the control lines 14, 15, 16 in the coil 7, the first additional coil 9 and in each of the additional radial coils 19.
  • the control device 13 may be configured to control a position of the flywheel 18 such that the flywheel 18 levitates.
  • FIG. 6 shows an arrangement of three additional radial coils 19, which are arranged distributed circumferentially around the first coupling part 3 with respect to the axis of rotation 2.
  • Each of the three additional radial coils 19 is arranged around a radial projection 20 of the yoke 6 directed towards the rotation axis 2.
  • FIG. 7 shows an arrangement of four additional radial coils 19, which are arranged distributed circumferentially about the first coupling part 3 with respect to the axis of rotation 2.
  • Each of the four additional radial coils 19 is arranged around a projection 20 of the yoke 6.
  • Fig. 8 shows a flowchart of a method for controlling a magnetic clutch.
  • a first step S1 an electric current flow is controlled such that a torque between the first and second coupling part 3, 5 of the magnetic coupling 100 is transmitted without contact by means of a magnetic field generated by a coil 7 along the axis of rotation 2.
  • the method may comprise a second step S2, in which additionally an electric current flow is controlled by at least one additional coil 9, 10.
  • the method can have an optional third step S3, in which additionally an electric current flow is controlled by at least three additional radial coils 19.

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Abstract

Es wird eine magnetische Kupplung mit einem um eine Rotationsachse drehbaren, ersten Kupplungsteil, einem um die Rotationsachse drehbaren, zweiten Kupplungsteil, und zumindest einer Spule bereitgestellt, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse durch das erste und zweite Kupplungsteil für eine berührungslose Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil zu erzeugen. Eine magnetische Kupplung mit einem magnetischen Feld entlang der Rotationsachse weist den Vorteil auf, dass Kräfte, welche in radialer Richtung auf die Kupplungsteile wirken, verringert werden können.

Description

Beschreibung
Magnetische Kupplung, Kupplungsanordnung und Verfahren Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Kupplung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Kupplungsanordnung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer magnetischen Kupplung. Mit Hilfe von magnetischen Kupplungen kann ein Drehmoment von einer Welle berührungslos auf eine andere Welle übertragen werden. Es existieren zahlreiche Lösungen für magnetische Kupplungen. Diese basieren häufig auf durch Permanentmagnete erzeugten Magnetfeldern. Die einfachste Ausführungsform einer magnetischen Kupplung besteht aus zwei ineinander angeordneten, rotierenden Magneten. Hierdurch ergibt sich eine berührungslose, aber nicht trennbare Kupplung. Ersetzt man eine Seite der Kupplung durch eine Drehfeldwicklung, kann die Kupplung auch schaltbar ausgeführt werden.
DE 10 2012 206 345 AI offenbart eine magnetische Kupplung zum Kuppeln einer ersten Welle mit einer zweiten Welle, welche ein radial zur Rotationsachse verlaufendes magnetisches Feld verwendet, um ein Drehmoment von der ersten Welle auf die zweite Welle zu übertragen.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte magnetische Kupplung, eine verbesserte Kupplungsanordnung sowie ein verbessertes Verfah- ren bereitzustellen.
Demgemäß wird eine magnetische Kupplung mit einem um eine Rotationsachse drehbaren, ersten Kupplungsteil, einem um die Rotationsachse drehbaren, zweiten Kupplungsteil und zumindest einer Spule bereitgestellt. Die Spule ist dazu eingerichtet, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse durch das erste und zweite Kupplungsteil für eine berührungslose Über- tragung eines Drehmoments zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil zu erzeugen.
Das Drehmoment wird also von dem ersten Kupplungsteil auf das zweite Kupplungsteil und/oder in umgekehrter Richtung übertragen. Das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil können beispielsweise als Teil einer Welle ausgebildet sein. Auch können das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil mit einer Welle verbunden sein. Ferner kann das erste und zweite Kupplungsteil magnetisierbar sein. Insbesondere können das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil bevorzugt aus einem Material gefertigt sein, welches eine magnetische Permeabilität von > 1, bevorzugt > 80 aufweist.
Unter „axial" ist vorliegend eine Richtung entlang der Rotationsachse, unter „radial" eine Richtung senkrecht zur Rotationsachse zu verstehen. Unter einer berührungslosen Übertragung wird insbesondere eine kontaktlose Übertragung verstanden. Das heißt, das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil haben keinen Kontakt zueinander. Insbesondere können das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil mittels eines axialen Luftspalts voneinander getrennt sein. Die berührungslose Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil kann auch durch ein Material, insbesondere durch ein nicht-magnetisierbares Material, hindurch übertragen werden.
Eine berührungslose Übertragung des Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil hat den Vorteil, dass mechanische Reibungsverluste verringert werden können. Dadurch kann das Drehmoment effizienter übertragen werden. Ferner kann ein mechanischer Abrieb an den drehmomentübertragenden Kupplungsteilen vermieden oder reduziert werden. Dies führt zu einem geringeren Verschleiß der drehmomentübertragenden Kupplungsteile. Dadurch kann eine Kupplung bereitgestellt werden, deren drehmomentübertragende Kupplungsteile weniger wartungsintensiv sind.
Die zumindest eine Spule bzw. eine jeweilige, vorliegend ge- nannte Spule kann N Wicklungen eines elektrischen Leiters aufweisen, der dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Stroms zu führen. Die zumindest eine Spule bzw. eine jeweilige, vorliegend genannte Spule kann insbesondere dazu eingerichtet sein, ein axiales und/oder radiales magnetisches Feld zu erzeugen.
Beispielsweise kann die zumindest eine Spule ein magnetisches Feld erzeugen, dessen Feldlinien entlang der Rotationsache von dem ersten Kupplungsteil zu dem zweiten Kupplungsteil und umgekehrt verlaufen. Ein solches magnetisches Feld kann beispielsweise mittels einer Zylinderspule erzeugt werden, deren Längsachse parallel zu der Rotationsachse ist. Alternativ kann die Spule auch durch ein Spulenpaar, wie beispielsweise ein Spulenpaar in Helmholtz -Konfiguration, gebildet werden.
Die Stärke des von der Spule erzeugten magnetischen Feldes ist proportional zu dem elektrischen Strom, welcher durch die Spule fließt. Insbesondere kann die Stärke des von der Spule erzeugten magnetischen Feldes mittels des elektrischen Stroms gesteuert werden.
Magnetische Kupplungen weisen insbesondere eine negative Steifigkeit entlang der Magnetfeldachse auf. Unter dem Begriff „negative Steifigkeit" wird insbesondere verstanden, dass eine Kraft, welche zwei Körper zum Beispiel attraktiv miteinander koppelt, umso stärker wird je näher sich die beiden Körper kommen. Eine negative Steifigkeit erlaubt daher keinen stabilen Zustand. Dies liegt insbesondere daran, dass zum Beispiel eine Kraft, welche die beiden Körper näher zu- sammenbringt , umso stärker wird, je näher die beiden Körper sind. Daher ist es vorteilhaft, eine negative Steifigkeit zu kompensieren, z.B. über ein Lager. Eine magnetische Kupplung mit einem magnetischen Feld entlang der Rotationsachse, d.h. einem axialen magnetischen Feld, kann insbesondere den Vorteil haben, dass eine negative
Steifigkeit der magnetischen Kupplung lediglich entlang der Rotationsachse auftritt. Das heißt, eine Kraft, welche aufgrund der negativen Steifigkeit der magnetischen Kupplung auf die Kupplungsteile wirkt, tritt lediglich entlang einer Achse, der Rotationsachse auf. Das heißt, Kräfte, welche in den radialen Richtungen auf die Kupplungsteile wirken, können verringert werden. Insbesondere können die Kräfte verringert werden, welche von radialen Lagern aufzunehmen sind.
Ein weiterer Vorteil einer magnetischen Kupplung mit einem von einer Spule erzeugten magnetischen Feld ist, dass durch einfaches Abschalten des Stromflusses durch die Spule eine
Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil unterbrochen werden kann. Des Weiteren kann das übertragene Drehmoment der Kupplung über den Stromfluss geregelt werden bzw. das übertragene Drehmoment als Funktion eines Betrags des Stroms realisiert werden. Somit können über eine geeignete Steuerung beliebige Drehmomentwerte bis hin zu einem maximalen Drehmoment eingestellt werden, für das die Kupplung ausgelegt ist. Bevorzugt wird die magnetische Kupplung bei einem mechanischen Energiespeicher eingesetzt oder bildet einen Teil eines solchen aus. Ein solcher mechanischer Energiespeicher kann beispielsweise in einem Notstromaggregat Verwendung finden. Der Energiespeicher kann dabei im Fall eines Ausfalls des Stromversorgungsnetzes einen Generator mit mechanischer Energie versorgen, die dieser in elektrische Energie wandelt, um so einen Notstrom bereitzustellen. Der Energiespeicher kann dazu eingerichtet sein, die Energie nur über einen kurzen Zeitraum bereitzustellen, bis ein Dieselnotstromaggregat an- gesprungen ist. Beispielsweise kann der mechanische Energiespeicher 100 kW für bis zu 15 Sekunden bereitstellen. Auch eine Anwendung der magnetischen Kupplung in Hybridfahrzeugen, beispielsweise Hybridbussen oder Hybridkraftfahrzeugen ist denkbar. Gemäß einer Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ferner eine erste Zusatzspule auf, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse zu erzeugen, wobei die erste Zusatzspule entlang der Rotationsachse von der zumindest einen Spule beabstandet angeordnet ist.
Mittels einer geeigneten Steuerung der ersten Zusatzspule und der zumindest einen Spule kann insbesondere ein magnetisches Lager in axialer Richtung bereitgestellt werden. Dies kann insbesondere den Vorteil haben, dass auf ein zusätzliches La- ger in axialer Richtung, insbesondere ein zusätzliches Magnetlager, verzichtet werden kann.
Ferner können magnetische Streufelder, beispielsweise in radialer Richtung, in der magnetischen Kupplung auftreten, wel- che beispielsweise verursachen, dass eine magnetische Flussdichte in axialer Richtung abgeschwächt wird. Dies kann zur Folge haben, dass sich die beiden Kupplungsteile aufeinander zu oder voneinander wegbewegen. Die erste Zusatzspule kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine magnetische Fluss- dichte des magnetischen Feldes derart zu ändern, dass unerwünschten Streufeldern entgegengewirkt wird. Beispielsweise kann das von der ersten Zusatzspule erzeugte magnetische Feld verhindern, dass sich das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil aufeinander zu bewegen oder voneinander weg be- wegen.
Ferner kann die erste Zusatzspule eine kleinere Induktivität als die zumindest eine Spule aufweisen. Allgemein gesprochen ist eine Zeitkonstante eines Stromanstiegs in einer Spule proportional zu deren Induktivität. Da eine Stärke eines von der Spule erzeugten magnetischen Feldes proportional zu dem durch die Spule fließenden Strom ist, kann ein magnetisches Feld einer Spule mit einer kleineren Induktivität schneller geändert werden. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere auf eine Änderung eines Abstands zwischen den beiden Kupplungsteilen schneller reagiert werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische
Kupplung ferner eine zweite Zusatzspule auf, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse zu erzeugen, wobei die zweite Zusatzspule auf der der ersten Zusatzspule gegenüberliegenden Seite der Spule und entlang der Rotationsachse von der Spule beabstandet angeordnet ist.
Insbesondere kann die zweite Zusatzspule baugleich zu der ersten Zusatzspule sein. Ferner kann die zweite Zusatzspule ebenfalls eine kleinere Induktivität wie die Spule aufweisen. Bevorzugt kann die zweite Zusatzspule die gleiche Induktivität wie die erste Zusatzspule haben. Die zweite Zusatzspule kann ferner den Vorteil haben, dass auftretende Streufelder noch besser ausgeglichen werden können. Beispielsweise können unerwünschte Einflüsse durch Streufelder auf das erste Kupplungsteil und auf das zweite Kupplungsteil ausschließlich mittels der ersten und zweiten Zusatzspule ausgeglichen werden. Dadurch kann eine Erregung der zumindest einen Spule, d.h. ein elektrischer Stromfluss durch die Spule, konstant gehalten werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn das von der Spule erzeugte magnetische Feld nur verhältnismäßig langsam geändert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ferner zumindest drei radiale Zusatzspulen auf, welche dazu eingerichtet sind, ein magnetisches Feld radial zu der Rotationsachse zu erzeugen, wobei die zumindest drei radialen Zusatzspulen umfangsmäßig bezüglich der Rotationsachse verteilt um das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupp- lungsteil angeordnet sind.
Insbesondere können die zumindest drei radialen Zusatzspulen äquidistant voneinander bezüglich der Rotationsachse verteilt angeordnet sein. Mittels der zumindest drei radialen Zusatzspulen können insbesondere Kräfte ausgeglichen werden, welche radial zu der Rotationsachse auf das erste Kupplungsteil und/oder das zweite Kupplungsteil einwirken.
Eine magnetische Kupplung, welche sowohl zumindest eine Zusatzspule aufweist, welche ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse erzeugt, als auch radiale Zusatzspulen aufweist, kann einen Hybrid aus einer magnetischen Kupplung zum berührungslosen Übertragen eines Drehmoments und einem aktiven magnetischen Lager realisieren. Durch eine geeignete Steuerung der Spulen, die das magnetische Feld entlang der Rotationsachse erzeugen, kann sowohl eine Lagerung eines der beiden Kupplungsteile in axialer Richtung als auch eine Über- tragung eines Drehmoments zwischen den beiden Kupplungsteilen erreicht werden. Durch eine geeignete Steuerung der radialen Zusatzspulen kann eine Lagerung eines der beiden Kupplungsteile in den radialen Richtungen erreicht werden. Eine derartige magnetische Kupplung kann auf besonders vorteilhafte Weise sowohl ein Drehmoment berührungslos übertragen, als auch eine radiale und axiale Lagerung zumindest eines der beiden Kupplungsteile übernehmen. Dadurch kann insbesondere auf ein zusätzliches Lager bzw. auf zusätzliche Lager verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ein Joch auf, welches dazu eingerichtet ist, ein von der zumindest einen Spule erzeugtes magnetisches Feld zu führen .
Insbesondere kann das Joch aus einem Material gefertigt sein, welches eine magnetische Permeabilität von > 1, insbesondere > 80 aufweist. Dadurch können Streufelder weiter verringert werden .
Das Joch kann insbesondere den Vorteil haben, dass es die Feldlinien des magnetischen Feldes in seinem Inneren bündelt und dadurch einen magnetischen Fluss Φ verstärkt. Da eine magnetische Kraft Fm proportional zu 2/S ist, wobei S die effektive Querschnittsfläche das magnetische Feld ist, kann durch eine Änderung des magnetischen Flusses Φ auch die daraus resultierende Kraft geändert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Joch zumindest abschnittsweise U-förmig ausgebildet.
Insbesondere können die Schenkel des zumindest abschnittswei - se U- förmigen Jochs senkrecht zur Rotationsachse verlaufen. Da eine magnetische Kraft, welche zwischen zumindest einem der beiden Kupplungsteile und dem Joch wirkt, umso größer ist, je geringer der Abstand zwischen dem Joch und dem Kupplungsteil ist, kann es vorteilhaft sein, einen größeren Ab- stand zwischen dem Joch und dem ersten Kupplungsteil und/oder dem zweiten Kupplungsteil in radialer Richtung vorzusehen als in axialer Richtung. Dadurch kann insbesondere der Einfluss von radialen Streufeldern weiter verringert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Joch ferner zumindest einen Vorsprung auf, der dazu eingerichtet ist, ein von einer der zumindest drei radialen Zusatzspulen erzeugtes magnetisches Feld radial bezüglich der Rotationsachse zu führen .
Der Vorsprung kann bevorzugt aus einem Material gefertigt sein, welches eine magnetische Permeabilität von größer eins aufweist. Insbesondere kann der Vorsprung aus dem gleichen Material wie das Joch gefertigt sein. Ferner können der Vor- sprung und das Joch einstückig ausgebildet sein. Ferner kann der zumindest eine Vorsprung derart ausgebildet sein, dass zumindest eine der zumindest drei Zusatzspulen um den Vorsprung herumgebildet ist. Beispielsweise kann der Vorsprung als ein Spulenkern ausgebildet sein.
Bevorzugt weist das Joch für jede der zumindest drei radialen Zusatzspulen einen Vorsprung auf, wobei jeder der Vorsprünge dazu eingerichtet ist, ein von jeweils einer der zumindest drei radialen Zusatzspulen erzeugtes magnetisches Feld radial bezüglich der Rotationsachse zu führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische Kupplung ferner eine Steuereinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Stromfluss durch die zumindest eine Spule zu steuern.
Im Allgemeinen ist ein von einer Spule erzeugtes magnetisches Feld proportional zu einem elektrischen Stromfluss, der durch die Spule fließt. Insbesondere ist dann auch der von einer Spule erzeugte magnetischen Fluss Φ proportional zu dem elektrischen Strom, der durch die Spule fließt. Ferner ist eine magnetische Kraft Fm proportional zu Φ2/S , wobei S die effektive Querschnittsfläche das magnetische Feld ist. Durch eine Steuerung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule kann insbesondere der magnetische Fluss sowie das erzeugte magnetische Feld gesteuert werden. Auch kann über eine Steuerung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule, die aus dem erzeugten magnetischen Feld resultierende Kraft gesteuert werden. Insbesondere kann daher mittels der Steuerung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule die berührungslose Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil gesteuert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, eine Richtung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule umzukehren.
Dadurch kann eine Position des ersten und/oder zweiten Kupplungsteils in entgegengesetzten Richtungen gesteuert werden.
Es kann weiter vorteilhaft sein, wenn die magnetischen Kupp- lung in einem Sättigungszustand ist, das heißt, eine Erhöhung eines angelegten äußeren magnetischen Felds verursacht keine weitere Erhöhung einer Magnetisierung eines in dem magnetischen Feld befindlichen Materials, einen Stromfluss durch die zumindest eine Spule umzukehren, um der Sättigung entgegen zu wirken .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrich- tung dazu eingerichtet, den elektrischen Stromfluss durch die zumindest eine Spule derart zu steuern, dass ein Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil entlang der Rotationsachse einstellbar ist. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, den Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil entlang der Rotationsachse zu steuern. Beispielsweise kann ein Sensor vorgesehen sein, der einen Wert des Abstands zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil entlang der Rotationsachse ermittelt und das Ergebnis der Steuereinrichtung bereitstellt. Die Steuereinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, einen Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil entlang der Rotationsachse basierend auf dem ermittelten Wert zu steuern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den Stromfluss durch die zumindest eine Spule derart zu steuern, dass das zweite Kupplungs- teil in dem von der zumindest einen Spule erzeugten magnetischen Feld levitiert.
Beispielsweise können Sensoren vorgesehen sein, welche eine Position des zweiten Kupplungsteils in drei Dimensionen er- mittein, zum Beispiel eine axiale Position und zwei radiale Positionen bezüglich der Rotationsachse, und die Ergebnisse der Steuereinrichtung bereitstellen. Die Steuereinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, basierend auf den ermittelten Werten einen Stromfluss durch die zumindest eine Spule zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung, um das zweite Kupplungsteil zu levitieren, einen Stromfluss durch zwei Spulen, die jeweils ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse erzeugen, und einen Stromfluss durch drei Spu- len steuern, die jeweils ein radiales magnetisches Feld erzeugen. Dadurch kann beispielsweise ein Hybrid aus einer magnetischen Kupplung und einem aktiven magnetischen Lager realisiert werden. Dies kann ferner den Vorteil haben, dass auf zusätzliche Lager, welche das zweite Kupplungsteil lagern, verzichtet werden kann. Ferner kann eine Steuerung einer solchen magnetischen Hybridkupplung vorteilhafterweise sowohl eine Drehmomentübertragung als auch eine Position eines Kupplungsteils steuern. Dadurch kann beispielsweise eine Kompo- nentenanzahl reduziert werden. Ferner kann es beispielsweise ebenfalls möglich sein, eine Dämpfung zu realisieren und/oder Eigenfrequenzen zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste Kupp- lungsteil zumindest einen ersten axialen Vorsprung und das zweite Kupplungsteil zumindest einen zweiten axialen Vorsprung auf . Der zumindest eine erste axiale Vorsprung und der zumindest eine zweite axiale Vorsprung sind jeweils aus einem magnetisierbaren Material gebildet und derart ausgebildet, dass eine magnetische Reluktanz zwischen dem zumindest einen ersten axialen Vorsprung und dem zumindest einen zweiten axialen Vorsprung minimal ist, wenn der zumindest eine erste axiale Vorsprung und der zumindest eine zweite axiale Vorsprung axial zueinander ausgerichtet sind.
Der erste axiale Vorsprung und/oder der zweite axiale Vorsprung können insbesondere als ein Kreissektor oder als
Kreissegment ausgebildet sein. Dabei wird unter dem Begriff „Kreissektor" eine Teilfläche einer Kreisfläche verstanden, die von einem Kreisbogen und zwei Kreisradien begrenzt wird. Unter dem Begriff „Kreissegment" wird eine Teilfläche einer Kreisfläche verstanden, die von einem Kreisbogen und einer Kreissehne begrenzt wird. Ferner können das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil jeweils mehrere axiale Vorsprünge aufweisen, die zusammen ein Profil mit einer periodischen Struktur bilden. Beispielsweise kann das Profil einen Ring aus voneinander beabstandeten Kreissektoren aufweisen. Das Profil kann alternativ oder zusätzlich zu dem Ring auch einen weiteren Ring aufweisen, der voneinander beabstandete Kreissegmente aufweist. Der zumindest eine erste Vorsprung ist bevorzugt spie- gelbildlich zu dem zumindest einen zweiten Vorsprung angeordnet .
Durchdringt nun das von der zumindest einen Spule erzeugte axiale magnetische Feld die beiden Kupplungsteile der magne- tischen Kupplung, kann eine Magnetisierung in dem zumindest einen ersten Vorsprung und in dem zumindest einen zweiten Vorsprung aufgebaut werden. Die Magnetisierungen der jeweiligen Vorsprünge können dann derart miteinander in eine Wechselwirkung treten, dass eine magnetische Reluktanz zwischen jeweiligen Vorsprüngen minimiert wird. Dies liegt insbesondere daran, dass ein Zustand minimaler magnetischer Reluktanz einem Zustand mit einer minimalen gespeicherten magnetischen Energie entspricht. Dieser Zustand minimaler gespeicherter magnetischer Energie kann in der beschriebenen magnetischen Kupplung erreicht werden, wenn der zumindest eine erste Vorsprung und der zumindest eine zweite Vorsprung sich genau axial gegenüberstehen. In dieser Position kann ein magnetischer Fluss direkt von dem zumindest einen ersten Vorsprung zu dem zumindest einen zweiten Vorsprung fließen, wobei ein dabei zu überbrückender Spalt minimal ist. Befinden sich der zumindest eine erste Vorsprung und der zumindest eine zweite Vorsprung nicht genau gegenüber, so ist ein größerer Spalt zu überwinden. In diesem Fall baut sich ein Drehmoment auf, das so gerichtet ist, dass der zumindest eine erste Vorsprung und der zumindest eine zweite Vorsprung aufeinander zu bewegt werden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste und/oder das zweite Kupplungsteil zumindest zwei Vorsprünge auf, wobei einer der zumindest zwei Vorsprünge auf einer ersten Seite des ersten Kupplungsteils angeordnet ist, wobei die Rotationsachse senkrecht auf der ersten Seite steht, und der andere der zumindest zwei Vorsprünge auf einer zweiten Seite des zweiten Kupplungsteils angeordnet ist, die der ersten Seite in axialer Richtung gegenüberliegt.
Dies kann insbesondere den Vorteil haben, dass ein Drehmoment auf beiden Seiten eines Kupplungsteils übertragen werden kann. Dadurch können insbesondere mehrere Kupplungsteile axial hintereinander angeordnet werden. Dadurch kann ein Drehmoment besonders effizient übertragen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste und/oder zweite Kupplungsteil drehbar gelagert.
Bevorzugt ist das erste Kupplungsteil axial unbeweglich gelagert (axiales Festlager) .
Ferner wird eine Kupplungsanordnung mit einem Antrieb, einem Schwungrad und einer magnetischen Kupplung, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt. Das Schwungrad ist mittels der magnetischen Kupplung mit dem Antrieb gekoppelt. Das erste Kupplungsteil kann mit dem Antrieb verbunden oder als Antrieb ausgebildet sein. Das zweite Kupplungsteil kann mit dem
Schwungrad verbunden oder als Schwungrad ausgebildet sein.
Der Antrieb kann beispielsweise ein Elektromotor sein, wel- eher sich insbesondere auch als Generator betreiben lässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Schwungrad in einem geschlossenen Behälter und/oder in einem Vakuum angeordnet .
Insbesondere kann der Behälter aus einem nicht- magnetisierbaren Material gebildet sein. Ferner kann der Behälter als Vakuumbehälter eingerichtet sein. Dadurch können beispielsweise Reibungsverluste und/oder Verluste durch einen Strömungswiderstand weiter reduziert werden.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Steuern einer magnetischen Kupplung, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt, wobei ein elektrischer Stromfluss derart gesteuert wird, dass ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil mittels eines von der zumindest einen Spule entlang der Rotationsachse erzeugten magnetischen Felds berührungslos über- tragen wird.
Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens veranlasst.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm- Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B.
Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen. Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen . Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungs- formen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert . 1 zeigt eine schematische Teilschnittansicht entlang der Rotationsachse einer magnetischen Kupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stirnseite eines ersten Kupplungsteils der magnetischen Kupplung aus Fig . 1 ;
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der
Rotationsachse einer magnetischen Kupplung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 zeigt eine schematische Teilschnittansicht entlang der Rotationsachse einer magnetischen Kupplung ge- mäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 zeigt eine schematische Teilschnittansicht entlang der Rotationsachse einer Kupplungsanordnung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 und 7 zeigen perspektivische Ansichten von Anordnungen von radialen Zusatzspulen; und
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steu- ern einer magnetischen Kupplung.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Teilschnittansicht einer magnetischen Kupplung 100. Die Kupplung 100 kann Bestandteil einer in Fig. 3 gezeigten Kupplungsanordnung 1 sein. Die magnetische Kupplung 100 weist ein um die Rotationsachse 2 drehbares, erstes Kupplungsteil 3 auf, welches mittels einer Welle 4 mit einem Elektromotor (nicht gezeigt) verbunden ist. Das erste Kupplungsteil 3 kann in einem nicht-gezeigten Lager drehbar gelagert sein, welches auch für eine axiale Fixierung des ersten Kupplungsteils 3 sorgt.
Die magnetische Kupplung 100 weist des Weiteren ein um die Rotationsachse 2 drehbares, zweites Kupplungsteil 5 auf. Das zweite Kupplungsteil 5 kann als Schwungrad ausgebildet sein oder selbst eine weitere Komponente, insbesondere ein
Schwungrad, antreiben. Im ersteren Fall bildet die magnetische Kupplung 100 einen Energiespeicher aus.
Das erste und zweite Kupplungsteil 3, 5 können jeweils kreiszylindrisch ausgeführt und ein magnetisierbares Material, beispielsweise Eisen, aufweisen. Das erste Kupplungsteil 3 weist bevorzugt einen größeren Durchmesser als die Welle 2 auf und kann mit dieser einstückig verbunden sein.
Das erste und zweite Kupplungsteil 3, 5 können an ihren zugewandten Stirnseiten 3a, 5a axiale Vorsprünge 3b, 5b aufweisen, deren Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird. Zwischen den Stirnseiten 3a, 5a bzw. Vorsprüngen 3b, 5b ist ein Spalt 14 vorgesehen. Eine Ansicht der Stirnseite 3a ist in der Fig. 2 gezeigt.
Das erste Kupplungsteil 3 und das zweite Kupplungsteil 5 sind von einem Joch 6 aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise Reineisen, zumindest abschnittsweise umgeben. Das Joch 6 ist in dem gezeigten, hälftigen Längsschnitt U-förmig und umfasst hierzu einen axialen Abschnitt 6a sowie sich an dessen Enden anschließende erste und zweite, radiale Ab- schnitte 6b, 6c. Die Abschnitte 6a, 6b, 6c sind bevorzugt rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 2 ausgebildet. Die Abschnitte 6b, 6c können sich radial bis über das erste bzw. zweite Kupplungsteil 3, 5 erstrecken. Die Kupplung 100 umfasst weiterhin eine Spule 7 (vorliegend auch als „zumindest eine Spule" bezeichnet) . Die Spule 7 kann sich ringförmig um die Rotationsachse 2 erstrecken. Ferner kann die Spule 7 entlang der Rotationsachse 2 mittig zwischen den axialen Abschnitten 6b, 6c angeordnet sein.
Die Spule 7 ist dazu eingerichtet, ein magnetisches Feld zu erzeugen, welches entlang der Rotationsachse 2 durch das erste und zweite Kupplungsteil 3, 5 verläuft. Das Joch 6 ist dabei dazu eingerichtet, das von der Spule 7 erzeugte magnetische Feld zu führen. Ein prinzipieller Verlauf des magnetischen Flusses des von der Spule 7 erzeugten magnetischen Fel- des ist mittels der Linie 8 dargestellt. Mittels des entlang der Rotationsachse 2 verlaufenden magnetischen Feldes kann ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil 3, 5 berührungslos übertragen werden: Wird auf Grund eines beispielsweise an der Welle 4 bzw. dem ersten Kupplungsteil 3 anliegenden Drehmoments der Vorsprung 3b gegenüber dem Vorsprung 5b ausgelenkt, ergibt sich wegen des anliegenden axialen magnetischen Felds ein Drehmoment auf das zweite Kupplungsteil 5, welches dazu tendiert, den Vorsprung 5b wieder axial direkt gegenüberliegend dem Vorsprung 3b anzuordnen.
Fig. 2 zeigt perspektivisch die Stirnseite 3a des ersten Kupplungsteils 3. Auf der Stirnseite 3a ist eine Mehrzahl von Vorsprüngen 3b, 3b' kreisförmig angeordnet. Jeder der Vorsprünge 3b, 3b' ist als ein Kreisringsegment ausgebildet, wo- bei die jeweiligen Vorsprünge 3b voneinander beabstandet angeordnet sind. Das heißt, zwischen den zwei einzelnen Vorsprüngen 3b, 3b' befindet sich ein Luftspalt 3c, 3c'. Die Vorsprünge 3b können in einem äußeren Kreisring Kl und die Vorsprünge 3b' in einem inneren Kreisring K2 angeordnet sein. Die Anzahl der Vorsprünge 3b in dem äußeren Kreisring Kl kann größer sein als die Anzahl der Vorsprünge 3b' in dem inneren Kreisring K2. Die Vorsprünge 3b sind bevorzugt von den Vorsprüngen 3b' mittels eines radialen Spalts R beabstandet. Man beachte, dass das zweite Kupplungsteil 5 an seiner Stirnseite 5a entsprechend angeordnete, nur teilweise gezeigte Vorsprünge aufweist. Wird die Auslenkung eines der beiden Kupplungsteile 3, 5 größer, so erhöht sich ein Drehmoment. Das maximal mögliche Drehmoment wird erreicht, wenn die Auslenkung zwischen den Kupplungsteilen 3 und 5 so ist, dass beispielsweise der Vor- sprung 5b des Kupplungsteils 5 sich genau über dem Luftspalt 3c zwischen zwei nebeneinander liegenden Vorsprüngen 3b des Kupplungsteils 3 befindet. Eine weitere Auslenkung in der gleichen Richtung würde bedeuten, dass sich das Vorzeichen des Drehmoments umgekehrt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer magnetischen Kupplung 100. Die in der Fig. 3 gezeigte magnetische Kupplung 100 weist ein erstes Kupplungsteil 3, welches mit einer Welle 4 verbunden ist, und ein zweites Kupplungsteil 5 auf, welches mit einer weiteren Welle 4a verbunden ist. Die beiden Kupplungsteile sind von einem Joch 6, welches dazu eingerichtet ist, ein von einer Spule 7 erzeugtes magnetisches Feld zu führen. Das erste Kupplungsteil 3 umfasst vier Abschnitte 3e, welche beabstandet voneinander angeordnet sind. Ebenso umfasst das zweite Kupplungsteil 5 vier Abschnitte 5e, welche zwischen den Abschnitten 3e des ersten Kupplungsteils angeordnet sind bzw. zwischen diese eingreifen. Die Abschnitte 3e, 5e weisen jeweils an gegenüberliegenden Seiten korrespondierende Vorsprünge 3b, 3d, 5b, 5d auf.
Fig. 4 zeigt eine magnetische Kupplung 100, die im Unterschied zu Fig. 1 eine erste Zusatzspule 9 und eine zweite Zusatzspule 10 aufweist. Die Zusatzspulen 9, 10 können sich jeweils ringförmig um die Rotationsachse 2 erstrecken.
Die erste Zusatzspule 9 ist beispielsweise angrenzend an den ersten, radialen Abschnitt 6a angeordnet. Dadurch kann die erste Zusatzspule 9 beispielsweise einen magnetischen Fluss in diesem Bereich bzw. im Bereich des freien Endes 6d des ersten, radialen Abschnitts 6a verändern. Beispielsweise kann eine Erhöhung des magnetischen Flusses 8 im Bereich zwischen dem Joch 6 und dem ersten Kupplungsteil 3 dazu führen, dass eine aus dem magnetischen Fluss 8 resultierende magnetische Kraft, welche die beiden Kupplungsteile 3, 5 aufeinander zu bewegt, in der Fig. 4 durch den Pfeil 11 dargestellt, verstärkt wird. Die zweite Zusatzspule 10 gegenüberliegend der ersten Zusatzspule 9 ist beispielsweise angrenzend an den Abschnitt 6c angeordnet. Dadurch kann die zweite Zusatzspule 9 beispielsweise einen magnetischen Fluss in diesem Bereich bzw. im Bereich des freien Endes 6e des zweiten, radialen Abschnitts 6c ver- ändern. Beispielsweise kann eine Erhöhung des magnetischen Flusses 8 im Bereich zwischen dem Joch 6 und dem zweiten Kupplungsteil 5 dazu führen, dass eine aus dem magnetischen Fluss 8 resultierende magnetische Kraft, welche die beiden Kupplungsteile 3, 5 voneinander weg bewegt, in der Fig. 4 durch den Pfeil 12 dargestellt, verstärkt wird.
Für eine effiziente Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil 3, 5 ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand A bzw. eine Breite des Spalts 14 zwischen den beiden Kupplungsteilen 3, 5 gesteuert werden kann. Dazu sind die
Spule 7, die erste Zusatzspule 9 und die zweite Zusatzspule 10 mit einer Steuereinrichtung 13 über Steuerleitungen 15 verbunden. Die Steuereinrichtung 13 ist insbesondere dazu eingerichtet, einen elektrischen Stromfluss durch die Spule 7, die erste Zusatzspule 9 und die zweite Zusatzspule 10 zu steuern .
Ferner kann die magnetische Kupplung 100 einen Sensor (nicht gezeigt) aufweisen, der den Abstand A zwischen den beiden Kupplungsteilen 3, 5 misst. Die Steuereinrichtung 13 kann dann eingerichtet sein, den elektrischen Stromfluss basierend auf dem gemessenen Abstand A zu steuern. Dadurch kann insbesondere eine magnetische Lagerfunktion, beispielsweise für das zweite Kupplungsteil 5, in axialer Richtung erreicht wer- den. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 13 dazu eingerichtet sein, eine Position des zweiten Kupplungsteils 5 derart zu steuern, dass dieses levitiert. Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die Schwerkraft in den Figuren in Richtung der Blattunterkante weisen kann, aber genauso auch andere Orientierungen der Kupplung 100 bezüglich der Schwerkraft möglich sind. Die Steuereinrichtung 13 kann ferner auch eine Richtung des elektrischen Stromflusses durch die Spule 7, die erste Zusatzspule 9 und/oder die zweite Zusatzspule 10 umkehren. Dadurch kann der Abstand A flexibel gesteuert und ggf. einer Sättigung des magnetischen Flusses 8 entgegengewirkt werden.
Fig. 5 zeigt eine schematische Teilschnittansicht einer Kupplungsanordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Kupplungsanordnung 1 weist einen Antrieb 17, eine magne- tische Kupplung 100 sowie ein Schwungrad 18 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Schwungrad 18 als Separatteil ausgebildet und wird von dem zweiten Kupplungsteil 5 angetrieben. Insbesondere können das Schwungrad 18 und das zweite Kupplungsteil 5 einstückig gebildet sein.
In einem ersten Betriebsmodus speichert der Antrieb 17, beispielsweise ein Elektromotor, Energie in das Schwungrad 18. In einem zweiten Betriebsmodus wird die Energie aus dem
Schwungrad 18 an dem Antrieb 17 bereitgestellt. Vorzugsweise ist ein entsprechender Elektromotor 17 auch als Generator in dem zweiten Betriebsmodus betreibbar. Das Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Betriebsmodus erfolgt vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung 13. Um Reibungsverluste zu minimieren, kann das zweite Kupplungsteil 5 samt dem Schwungrad 18 in einem Vakuum angeordnet sein. Dazu kann das zweite Kupplungsteil 5 samt dem Schwungrad 18 in einem evakuierten Behälter 21 aufgenommen sein. Die Behälterwandung kann aus Kunststoff oder einem anderen für das magnetische Feld 8 durchlässigen Material gebildet sein.
Die vorstehenden Ausführungen gelten genauso für die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 4. Die magnetische Kupplung 100 gemäß Fig. 5 hat mehrere radiale Zusatzspulen 19, wobei in der Fig. 3 nur eine radiale Zusatzspule 19 gezeigt ist. Die radialen Zusatzspulen 19 sind um- fangsmäßig um das Schwungrad 18 bezüglich der Rotationsachse 2 verteilt angeordnet. Mögliche Anordnungen für die radialen Zusatzspulen 19 sind in den Fig. 6 und 7 gezeigt.
Die radialen Zusatzspulen 19 erzeugen, wenn sie von einem elektrischen Strom durchflössen werden, ein magnetisches Feld radial zu der Rotationsachse 2. Insbesondere erlauben die radialen Zusatzspulen 19 Kräfte auszugleichen, welche radial zu der Rotationsachse 2 auf das erste Kupplungsteil 3 und/oder das zweite Kupplungsteil 5 bzw. das Schwungrad 18 einwirken. Die radialen Zusatzspulen 19 sind um jeweils einen Vorsprung 20 des Jochs 6 angeordnet, welcher bevorzugt aus dem gleichen Material wie das Joch 6 gefertigt ist.
Bei der Kupplungsanordnung 100 gemäß Fig. 1 ist die Spule 7 (vorliegend auch als „zumindest eine Spule" bezeichnet) angrenzend an den zweiten, radialen Abschnitt 6c angeordnet. Ferner ist insbesondere nur eine Zusatzspule 8 vorgesehen, die angrenzend an den ersten, radialen Abschnitt 6b angeordnet ist.
Die magnetische Kupplung 100 der Kupplungsanordnung 1 weist ferner eine Steuereinrichtung 13 auf, welche einen elektrischen Stromfluss über die Steuerleitungen 14, 15, 16 in der Spule 7, der ersten Zusatzspule 9 und in jeder der radialen Zusatzspulen 19 steuert. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 13 dazu eingerichtet sein, eine Position des Schwungrads 18 derart zu steuern, dass das Schwungrad 18 levitiert.
Dadurch kann das Schwungrad 18 sowohl in der axialen Richtung als auch den radialen Richtungen gelagert werden. Es kann somit ein Hybrid aus einer magnetischen Kupplung zum berührungslosen Übertragen eines Drehmoments und einem aktiven magnetischen Lager realisiert werden. Fig. 6 und 7 zeigen schematische Ansichten von Anordnungen der radialen Zusatzspulen 19 gemäß einem Schnitt IV aus Fig. 5.
In der Fig. 6 ist eine Anordnung von drei radialen Zusatzspulen 19 dargestellt, welche umfangsmäßig um das erste Kupplungsteil 3 bezüglich der Rotationsachse 2 gleich verteilt angeordnet sind. Jede der drei radialen Zusatzspulen 19 ist um einen radialen, zur Rotationsachse 2 hin gerichteten Vorsprung 20 des Jochs 6 angeordnet.
In der Fig. 7 ist eine Anordnung von vier radialen Zusatzspulen 19 dargestellt, welche umfangsmäßig um das erste Kupp- lungsteil 3 bezüglich der Rotationsachse 2 gleich verteilt angeordnet sind. Jede der vier radialen Zusatzspulen 19 ist um einen Vorsprung 20 des Jochs 6 angeordnet.
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer magnetischen Kupplung. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt Sl ein elektrischer Stromfluss derart gesteuert, dass ein Drehmoment zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil 3, 5 der magnetischen Kupplung 100 mittels eines von einer Spule 7 entlang der Rotationsachse 2 erzeugten magnetischen Feldes berührungslos übertragen wird. Optional kann das Verfahren einen zweiten Schritt S2 aufweisen, bei welchem zusätzlich ein elektrischer Stromfluss durch zumindest eine Zusatzspule 9, 10 gesteuert wird. Des Weiteren kann das Verfahren einen optionalen dritten Schritt S3 aufweisen, bei welchem zusätzlich ein elektrischer Stromfluss durch zumindest drei radiale Zusatzspulen 19 gesteuert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetische Kupplung (100), mit
einem um eine Rotationsachse (2) drehbaren, ersten Kupp- lungsteil (3) ,
einem um die Rotationsachse (2) drehbaren, zweiten Kupplungsteil (5) , und
zumindest einer Spule (7, 9, 10, 19), welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse (2) durch das erste und zweite Kupplungsteil (3, 5) für eine berührungslose Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil (3, 5) zu erzeugen.
2. Magnetische Kupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die magnetische Kupplung (100) ferner eine erste Zusatzspule (9) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse (2) zu erzeugen, wobei die erste Zusatzspule (9) entlang der Rotationsachse (2) von der zumindest einen Spule (7) beabstandet angeordnet ist.
3. Magnetische Kupplung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die magnetische Kupplung (100) ferner eine zweite Zu- satzspule (10) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein magnetisches Feld entlang der Rotationsachse (2) zu erzeugen, wobei die zweite Zusatzspule (10) auf der der ersten Zusatzspule (9) gegenüberliegenden Seite der zumindest einen Spule (7) und entlang der Rotationsachse (2) von der zumindest ei- nen Spule (7) beabstandet angeordnet ist.
4. Magnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die magnetische Kupplung (100) ferner zumindest drei ra- diale Zusatzspulen (19) aufweist, welche dazu eingerichtet sind, ein magnetisches Feld radial zu der Rotationsachse (2) zu erzeugen, wobei die zumindest drei radialen Zusatzspulen (19) umfangsmäßig bezüglich der Rotationsachse (2) um das erste Kupplungsteil (3) und/oder das zweite Kupplungsteil (5) verteilt angeordnet sind.
5. Magnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet durch
ein Joch (6), welches dazu eingerichtet ist, ein von der zumindest einen Spule (7) erzeugtes magnetisches Feld zu führen .
6. Magnetische Kupplung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Joch (6) zumindest abschnittsweise U- förmig ausgebildet ist.
7. Magnetische Kupplung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Joch (6) ferner zumindest einen Vorsprung (20) aufweist, der dazu eingerichtet ist, ein von einer der zumindest drei radialen Zusatzspulen (19) erzeugtes magnetisches Feld radial bezüglich der Rotationsachse (2) zu führen.
8. Magnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die magnetische Kupplung (100) ferner eine Steuerein- richtung (13) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, einen elektrischen Stromfluss durch die zumindest eine Spule (7) zu steuern .
9. Magnetische Kupplung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, eine Richtung des elektrischen Stromflusses durch die zumindest eine Spule (7) umzukehren.
10. Magnetische Kupplung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den elektrischen Stromfluss durch die zumindest eine Spule (7) derart zu steuern, dass ein Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil (3) und dem zweiten Kupplungsteil (5) entlang der Rotationsachse (2) einstellbar ist, und/oder
dass die Steuereinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, den Stromfluss durch die zumindest eine Spule (7) derart zu steuern, dass das zweite Kupplungsteil (5) in dem von der zumindest einen Spule (7) erzeugten magnetischen Feld levitiert.
11. Magnetische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 10, da- durch gekennzeichnet,
dass das erste Kupplungsteil (3) zumindest einen ersten axialen Vorsprung (3b, 3d) und das zweite Kupplungsteil (5) zumindest einen zweiten axialen Vorsprung (5b, 5d) aufweist, wobei der zumindest eine erste axiale Vorsprung (3b, 3d) und der zumindest eine zweite axiale Vorsprung (5b, 5d) jeweils aus einem magnetisierbaren Material gebildet sind und derart ausgebildet sind, dass eine magnetische Reluktanz zwischen dem zumindest einen ersten axialen Vorsprung (3b, 3d) und dem zumindest einen zweiten axialen Vorsprung (5b, 5d) minimal ist, wenn der zumindest eine erste axiale Vorsprung (3b) und der zumindest eine zweite axiale Vorsprung (5b) axial zueinander ausgerichtet sind.
12. Magnetischen Kupplung nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet,
dass das erste und/oder zweite Kupplungsteil (3, 5) drehbar gelagert ist.
13. Kupplungsanordnung (1) mit
einem Antrieb (17) ,
einem Schwungrad (18) und
einer magnetischen Kupplung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Kupplungsanordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schwungrad (18) in einem geschlossenen Behälter und/oder in einem Vakuum angeordnet ist.
15. Verfahren zum Steuern einer magnetischen Kupplung (100) nach einem der Ansprüche 1 - 12, wobei ein elektrischer
Stromfluss derart gesteuert wird, dass ein Drehmoment zwi- sehen dem ersten und zweiten Kupplungsteil (3, 5) mittels eines von der zumindest einen Spule (7, 9, 10, 19) entlang der Rotationsachse (2) erzeugten magnetischen Felds berührungslos übertragen wird.
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