[发明专利]永磁耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于同步传递转矩的永磁耦合器，其包含具有永磁铁的第一构件并且包含第二构件，所述第一构件和第二构件构造成内转子和外转子并且通过在这些构件之间延伸的气隙分开，这些构件通过由永磁铁与第二构件共同作用产生的力耦合以便能够同步运动，第一构件具有第一组具有平行于气隙延伸的磁化方向的永磁铁和第二组具有垂直于气隙延伸的磁化方向的永磁铁，第一构件的第一组和第二组永磁铁沿圆周方向交替设置，其中沿圆周方向看第一组的依次相继的各永磁铁和第二组的依次相继的各永磁铁分别具有相反的磁化方向。

背景技术

永磁耦合器使得能够无磨损地和无接触地通过气隙传递力和转矩。术语气隙以专业方式一般指沿力传递方向在构件之间形成的间隔，在该间隔中例如也可以使用缝隙罐(Spalttopf)，该缝隙罐使得能够在各构件之间无泄漏地密封。这样具有缝隙罐的永磁耦合器例如能够在泵中使用，通过无泄漏的力或者转矩传递在影响环境的、有毒的或者其他危险的物质的情况下通过空间上的分离也保证提高的安全性。另外的应用领域是需要力或者转矩限制的应用，其中直到一个规定的力或者一个规定的转矩所述构件实施同步的或者至少在很大程度上同步的运动，而在达到该规定的值的情况下永磁耦合器打滑。这样的特性特别在制造机床和加工机床中具有优点，例如当应该避免过载或者在建立螺丝连接时应该保持规定的拧紧转矩时。因为转矩或者力的传递无接触地进行，所以打滑不会导致耦合器的磨损，使得该耦合器适合在强负荷下长期使用。

为在用于传递转矩的永磁耦合器中产生通过气隙起作用的磁场，已知使在构件上使用的永磁铁以其磁化方向要么平行于要么垂直于气隙取向。相应的可选择的设计从FR 2 782 419 A1中已知。在该文献中另外建议，通过磁铁的形状根据角度调制在构件之间作用的力。

从电动驱动装置的领域已知，以所谓的Halbach阵列的形式布置具有不同磁化方向的永磁铁，由此磁通在该布置的一侧减小，而在相对的一侧加强。

具有开始时说明的特征的永磁耦合器从文献GB 2 240 666 A和US 2004/0066107 A1得知。为传递转矩而使用的永磁耦合器的内转子和外转子分别由第一组永磁铁和第二组永磁铁构成，它们具有彼此垂直的磁化方向。为在第一构件和第二构件上实现圆柱形的形状，永磁铁具有花费十分大的并且匹配相应的直径尺寸的形状。虽然用所述永磁耦合器能够在总体上得到高的磁通密度，其中也不需强制布置回流元件，但是制造开销非常大而且费用高昂，因为它的形状需要专门匹配的磁铁。

除用于同步传递转矩的同类永磁耦合器外，还已知涡流耦合器，其基于另一种基本的作用原理。一种涡流耦合器例如在JP 2001 327154 A中说明。在涡流耦合器中使用具有永磁铁的第一构件和用导电材料制成的第二构件。在第一构件旋转时磁铁在第二构件的导电材料中感生涡流并从而产生一定的反磁场。在以可旋转的方式支撑第二构件的情况下该第二构件以减小的转速旋转。在该第二构件的导电材料内不再发生保留的磁化。更确切地说，在第二构件内感生的磁场相应于第一和第二构件之间的不同的转速作用。因此涡流耦合器基于异步传递原理。

发明内容

在这种背景下本发明的任务在于，给出一种用于同步传递转矩的永磁耦合器，其使得能够在紧凑的结构中传递大的转矩或者力，并同时能够简单和低成本地制造。

从具有开始时说明的特征的永磁耦合器出发，根据本发明该任务如下解决：第二组的永磁铁从气隙出发这样相对于第一组的永磁铁退后错开布置，使得在气隙和第二组的永磁铁之间保留无永磁铁的空隙，该空隙在侧面被第一组的永磁铁限定。

磁铁的布置符合目的地这样进行：在各单个空隙处相邻的磁铁以同名的磁极指向各有关空隙的方向。与已知的设计相比，由此通过把各单个磁铁围绕空隙设置而放大可供磁通进入的表面。关于与第二构件的相互作用，各单个空隙通过重叠由相邻的磁铁产生的磁场构成具有提高的磁通密度的等效磁极，由此要么提高要实现的保持力矩，或者在规定了保持力矩的情况下能够减小结构尺寸。

通过根据本发明使各空隙借助与其相邻的磁铁构成等效的磁极，为实现本发明的教导不需要各单个磁铁的昂贵的设计。特别能够为第一构件的第一组以及第二组的永磁铁使用简单的长方六面体形状。这样能够特别低成本地并且没有材料损失地制造例如通过烧结制造的、并且必要时被切割成规定大小的永磁铁。也能够复归商业上通用的标准尺寸，由此在小批量或者单个制造时也在总体上实现非常低的制造成本。因为为构成第一构件能够使用简单的长方六面体形的磁铁，所以也能够特别灵活地适应例如不同规定的直径。