磁耦合器、耦合器组件及方法技术

本发明专利技术涉及一种磁耦合器，其包括以下各项：第一耦合器部件，其能够绕旋转轴线旋转；第二耦合器部件，其能够绕所述旋转轴线旋转；以及至少一个线圈，所述线圈设计成产生沿旋转轴线穿过第一和第二耦合器部件的磁场以在第一和第二耦合器部件之间进行转矩的非接触式传递。具有沿旋转轴线的磁场的磁耦合器的优点在于，能够减小在径向方向上作用在耦合器部件上的力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁耦合器。本专利技术进一步涉及耦合器布置。此外，本专利技术涉及一种用于控制磁耦合器的方法。
技术介绍
借助于磁耦合器，能够以非接触式方式将转矩从一个轴传递到另一个轴。针对磁耦合器存在许多解决方案。所述解决方案常常是基于永磁体所产生的磁场。磁耦合器的最简单实施例包括布置于彼此中的两个旋转磁体。这产生了不接触但无法分离的耦合器。如果耦合器的一侧替换为旋转的励磁绕组，则耦合器还能够设计成可切换的。DE102012206345A1公开了一种用于将第一轴联接到第二轴的磁耦合器，所述磁耦合器使用相对于旋转轴线径向地延伸的磁场，以便将转矩从第一轴传递到第二轴。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术的目标是提供改进的磁耦合器、改进的耦合器布置以及还有改进的方法。因此，提供了一种磁耦合器，其包括以下各项：第一耦合器部件，其能够绕旋转轴线旋转；第二耦合器部件，其能够绕所述旋转轴线旋转；以及至少一个线圈。所述线圈设计成产生沿旋转轴线穿过第一和第二耦合器部件的磁场以在第一和第二耦合器部件之间进行转矩的非接触式传递。因此，转矩得以从第一耦合器部件传递到第二耦合器部件和/或以相反方向进行。第一耦合器部件和/或第二耦合器部件能够设计为（例如）轴的一部分。第一耦合器部件和/或第二耦合器部件还能够连接到轴。此外，第一和第二耦合器部件能够是可磁化的。特别地，第一耦合器部件和/或第二耦合器部件能够优选地由具有磁导率>1、优选地>80的材料来制造。在本申请中，“轴向”旨在被理解为意指沿旋转轴线的方向，且“径向”旨在被理解为意指垂直于旋转轴线的方向。非接触式传递旨在被理解为意指尤其在不接触情况下的传递。也就是说，第一耦合器部件和第二耦合器部件彼此不接触。特别地，第一耦合器部件和第二耦合器部件能够借助于轴向气隙而彼此分离。也能够通过一种材料（特别地，通过不可磁化材料）来进行在第一耦合器部件与第二耦合器部件之间进行转矩的非接触式传递。在第一耦合器部件与第二耦合器部件之间进行转矩的非接触式传递具有能够减少机械摩擦损失的优点。结果，能够更有效地传递转矩。此外，能够避免或减少在转矩传递耦合器部件上的机械磨损。这使得转矩传递耦合器部件的磨损较小。因此，能够提供其中转矩传递耦合器部件需要较少维修的耦合器。至少一个线圈或相应线圈（在本申请中称为线圈）能够具有电导体的N个绕组，该电导体来设计成承载电流。所述至少一个线圈或相应线圈（在本申请中称为线圈）能够特别地被设计来产生轴向的和/或径向的磁场。通过举例说明，所述至少一个线圈能够产生磁场，所述磁场的场线沿旋转轴线从第一耦合器部件延伸到第二耦合器部件，且反之亦然。例如，能够借助于圆筒状线圈来产生这种磁场，该圆筒状线圈的纵向轴线平行于旋转轴线。作为可替代方案，线圈也能够由线圈对形成，例如，以Helmholtz构型的线圈对。线圈所产生的磁场强度与流经线圈的电流成比例。特别地，能够借助于电流来控制线圈所产生的磁场强度。特别地，磁耦合器沿磁场轴线具有负刚度。术语“负刚度”旨在被理解为特别地意指，将两个本体（例如）以吸引的方式彼此联接的力越大，所述两个本体相对于彼此越接近。因此，负刚度不容许稳定状态。特别地，这是由于以下事实：例如，使两个本体更接近一起的力越大，所述两个本体越接近。因此，例如借助于轴承来补偿负刚度是有利的。具有沿旋转轴线的磁场（也就是说，轴向磁场）的磁耦合器能够特别地具有以下优点：仅沿旋转轴线出现磁耦合器的负刚度。也就是说，仅沿一条轴线（旋转轴线）出现由于磁耦合器的负刚度而作用于耦合器部件上的力。也就是说，能够减小在径向方向上作用于耦合器部件上的力。特别地，能够减小必定由径向轴承所吸收的力。具有由线圈所产生的磁场的磁耦合器的另外一个优点是：通过简单地切断流经线圈的电流，能够中断在第一耦合器部件与第二耦合器部件之间的转矩传递。此外，能够借助于电流来调节耦合器所传递的转矩，或能够将所传递的转矩实现成电流量的函数。因此，能够借助于合适的控制件来设定高达设计耦合器所针对的最大转矩的任何期望的转矩值。优选地，磁耦合器被用在机械能量存储器中或形成能量存储器的一部分。这种机械能量存储器能够用在（例如）应急发电机中。在这种情况下，能量存储器能够在供电系统中出现故障的情况下将机械能供应到发电机，所述发电机将所述机械能转换为电能，以便以此方式提供应急电力。能量存储器能够被设计成仅在短时间内提供能量，直到应急柴油发电机启动。通过举例说明，机械能量存储器能够提供100kW持续高达15秒。在混合动力车辆（例如，混合动力客车或混合动力汽车）中使用磁耦合器也是可行的。根据一个实施例，磁耦合器进一步具有第一辅助线圈，其被设计成产生沿旋转轴线的磁场，其中，所述第一辅助线圈沿旋转轴线布置于距所述至少一个线圈一距离处。特别地，借助于对第一辅助线圈和至少一个线圈的适当的控制，能够在轴向方向上提供磁轴承。特别地，这能够具有以下优点：能够免除轴向方向上的额外轴承，特别地，额外的磁轴承。此外，磁耦合器中会出现杂散磁场（例如，在径向方向上），所述杂散磁场导致（例如）轴向方向上的磁通量密度变弱。这会导致两个耦合器部件移向彼此或移离彼此。特别地，第一辅助线圈能够被设计成以此方式改变磁场的磁通量密度，使得抵消不良的杂散磁场。通过举例说明，第一辅助线圈所产生的磁场能够防止第一耦合器部件和第二耦合器部件移向彼此或移离彼此。此外，第一辅助线圈能够具有低于所述至少一个线圈的电感。通常，线圈中电流增加的时间常数与所述线圈的电感成比例。由于线圈所产生的磁场强度与流经线圈的电流成比例，所以能够更快地改变具有较低电感的线圈的磁场。这具有以下优点：特别地，能够更快地对两个耦合器部件之间的距离变化作出反应。根据另外的实施例，磁耦合器进一步具有第二辅助线圈，所述第二辅助线圈被设计成产生沿旋转轴线的磁场，其中，所述第二辅助线圈布置于线圈的位于与第一辅助线圈相对的一侧上，且沿旋转轴线布置于距线圈一距离处。特别地，在物理上第二辅助线圈能够与第一辅助线圈相同。此外，第二辅助线圈同样能够具有低于所述线圈的电感。第二辅助线圈优选地能够具有与第一辅助线圈相同的电感。第二辅助线圈能够进一步具有以下优点：能够甚至更有效地补偿所出现的杂散磁场。通过举例说明，借助于第一和第二辅助线圈，能够专门补偿由于杂散磁场所造成的对第一耦合器部件和第二耦合器部件的不良影响。因此，能够使所述至少一个线圈的激励（也就是说，流经线圈的电流）保持恒定。特别地，这在由线圈所产生的磁场仅相对缓慢地改变时能够是有利的。根据另外的实施例，磁耦合器进一步具有至少三个径向辅助线圈，所述至少三个径向辅助线圈被设计成相对于旋转轴线径向地产生磁场，其中，所述至少三个径向辅助线圈布置成相对于旋转轴线周向地分布在第一耦合器部件和/或第二耦合器部件周围。特别地，所述至少三个径向辅助线圈能够以相对于旋转轴线彼此等距地分布的方式来布置。特别地，借助于所述至少三个径向辅助线圈，能够补偿相对于旋转轴线径向地作用于第一耦合器部件和/或第二耦合器部件上的力。具有至少一个辅助线圈（其产生沿旋转轴线的磁场）和径向辅助线圈两者的磁耦合器能够实现混合动力，其包括用于进行转矩的非接触式传递的磁耦合器且包括主动式磁轴承。通过对线产生沿旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁耦合器（100），其包括：第一耦合器部件（3），其能够绕旋转轴线（2）旋转，第二耦合器部件（5），其能够绕所述旋转轴线（2）旋转，以及至少一个线圈（7、9、10、19），其设计成产生沿所述旋转轴线（2）穿过第一和第二耦合器部件（3、5）的磁场以在所述第一和第二耦合器部件（3、5）之间进行转矩的非接触式传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.02 DE 102014206284.51.一种磁耦合器（100），其包括：第一耦合器部件（3），其能够绕旋转轴线（2）旋转，第二耦合器部件（5），其能够绕所述旋转轴线（2）旋转，以及至少一个线圈（7、9、10、19），其设计成产生沿所述旋转轴线（2）穿过第一和第二耦合器部件（3、5）的磁场以在所述第一和第二耦合器部件（3、5）之间进行转矩的非接触式传递。2.根据权利要求1所述的磁耦合器，其特征在于，所述磁耦合器（100）进一步具有第一辅助线圈（9），将所述第一辅助线圈（9）设计来产生沿所述旋转轴线（2）的磁场，其中，所述第一辅助线圈（9）沿所述旋转轴线（2）布置于距所述至少一个线圈（7）一距离处。3.根据权利要求2所述的磁耦合器，其特征在于，所述磁耦合器（100）进一步具有第二辅助线圈（10），将所述第二辅助线圈（10）设计成产生沿所述旋转轴线（2）的磁场，其中，所述第二辅助线圈（10）布置于所述至少一个线圈（7）的位于与所述第一辅助线圈（9）相对的一侧上且沿所述旋转轴线（2）布置于距所述至少一个线圈（7）一距离处。4.根据权利要求1到3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，所述磁耦合器（100）进一步具有至少三个径向辅助线圈（19），将所述至少三个径向辅助线圈（19）设计成相对于所述旋转轴线（2）径向地产生磁场，其中，所述至少三个径向辅助线圈（19）布置成相对于所述旋转轴线（2）周向地分布在所述第一耦合器部件（3）和/或所述第二耦合器部件（5）周围。5.根据权利要求1到4中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，轭（6），其设计来引导由所述至少一个线圈（7）所产生的磁场。6.根据权利要求5所述的磁耦合器，其特征在于，所述轭（6）至少分段地具有U形设计。7.根据权利要求5或6所述的磁耦合器，其特征在于，所述轭（6）进一步具有至少一个突起部（20），所述至少一个突起部设计来相对于所述旋转轴线（2）径向地引导由所述至少三个径向辅助线圈（19）中的一个所产生的磁场。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：G巴赫迈尔，C巴赫曼，M格利希，A格德克，I维托里亚斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE