Modulator für ein Magnetgetriebe und Magnetgetriebe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Modulator für ein Magnetgetriebe, insbesondere als Bestandteil eines Magnetgetriebemotors. Ferner betrifft die Erfindung ein Magnetgetriebe mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Modulator.

Stand der Technik

Magnetgetriebe weisen bauartbedingt einen relativ geringen Verschleiß sowie eine geringe Geräuschentwicklung auf. Die aus dem Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannten Magnetgetriebe weisen einen Modulator auf, der der Kraftübertragung sowie der Realisierung einer gewünschten (Getriebe-) Übersetzung dient. Bei den bekannten Modulatoren sind dessen einzelne Modulatorsegmente bei einer ersten Bauform aus streifenförmigen, miteinander verbundenen und gegeneinander elektrisch isolierten Metallstreifen ausgebildet, was der Reduktion von Wirbelstromverlusten dient (DE 102014 119266 A1). Wesentlich dabei ist, dass die Ebenen der einzelnen Blechstreifen senkrecht zur Längsachse des Modulators orientiert sind. Als Alternative zu derartigen, aus Blechstreifen zusammengesetzten Modulatorsegmenten ist es darüber hinaus aus der WO 2020/025131 A1 bekannt, den Modulator bzw. dessen Modulatorsegmente aus Kompositmaterialen auszubilden, die weichmagnetische bzw. ferromagnetische Partikel enthalten.

Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Modulator für ein Magnetgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Modulatoren den Vorteil einer besonders hohen mechanischen Stabilität in radialer Richtung. Dies ermöglicht es, Magnetgetriebe auszubilden, die besonders hohe Drehzahlen des Modulators und somit auch eines Magnetgetriebemotors ermöglichen. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, durch eine gegenüber dem Stand der Technik zumindest andersartige Anordnung der Blechzuschnitte zur Ausbildung der Modulatorsegmente beim Betrieb des Modulators vorteilhafte Festigkeitseigenschaften zu erzielen.

Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen sieht es daher der erfindungsgemäße Modulator für ein Magnetgetriebe vor, dass sich die Ebenen der Bleche, die zur Ausbildung der einzelnen Modulatorsegmente dienen, d.h. beispielsweise die Unter- und Oberseiten der Bleche, parallel zur Längsachse des Modulators erstrecken und zumindest näherungsweise in Richtung der Längsachse ausgerichtet sind. Mit anderen Worten stehen Flächennormalen der Unter- und Oberseiten der Bleche näherungsweise senkrecht zu der Längsachse. Eine derartige Anordnung der Blechzuschnitte bzw. Bleche bewirkt eine besonders hohe Festigkeit der miteinander verbundenen Blechzuschnitte eines Modulatorsegments in radialer Richtung und somit die Realisierung hoher Drehzahlen des Modulators. Die Festigkeit in tangentialer Richtung ist in der Praxis hinreichend groß und kann darüber hinaus, falls erforderlich, durch Materialien bzw. Zwischenelemente zwischen den einzelnen Modulatorsegmenten aus nicht magnetisch leitendem Material erhöht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Modulators für ein Magnetgetriebe sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

In einer ersten bevorzugten Ausrichtung der Bleche eines Modulatorsegments ist es vorgesehen, dass die die jeweils in der Mitte eines Modulatorsegments angeordneten Bleche mit ihren Ebenen zur Längsachse ausgerichtet sind. Da ein derartiges Modulatorsegment typischerweise aus mehreren bzw. einer Vielzahl von Blechen besteht, die parallel zueinander angeordnet sind, ist typischerweise lediglich das mittlere der Bleche exakt zur Längsachse des Modulators ausgerichtet, während die Ebenen der beidseitig des mittleren Blechs angeordneten weiteren Bleche zwar zur Längsachse hin ausgerichtet, diese geometrisch betrachtet jedoch im Gegensatz zum mittleren Blech nicht exakt schneiden. Um ein Modulatorsegment fertigungstechnisch besonders einfach hersteilen zu können, kann es vorgesehen sein, dass die Höhe der Bleche eines Modulatorsegments gleich groß ist, und dass die Bleche in vollständiger Überdeckung zueinander angeordnet sind, sodass der Querschnitt eines Modulatorsegments in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene rechteckförmig ist.

In einer alternativen Ausgestaltung der Anordnung der Bleche, die bei einfacher Fertigung der einzelnen Bleche durch Bauteilgleichheit der Bleche den ringsegmentförmig vorgesehenen Bauraum für ein Modulatorsegment am Modulator optimal ausnutzt, kann es vorgesehen sein, dass die Höhe der Bleche eines Modulatorsegments gleich groß ist, und dass die Bleche in teilweiser Überdeckung mit einem Versatz zueinander angeordnet sind, sodass der Querschnitt eines Modulatorsegments in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene ringsegmentförmig ist.

Eine nochmals bessere Optimierung des zur Verfügung stehenden Bauraums für ein Modulatorsegment mit der Möglichkeit der Anpassung an eine unterschiedliche Anzahl der Magnetelemente des inneren und äußeren Magnetjochs wird erzielt, wenn die Höhe der Bleche eines Modulatorsegments in Umfangsrichtung des Teilkreisdurchmessers betrachtet zu den Randbereichen des Modulatorsegments hin abnimmt.

In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es vorgesehen sein, dass die Höhe der Bleche in einem mittleren Bereich eines Modulatorsegments gleich groß ist.

Um den Modulator insgesamt als Baueinheit herzustellen bzw. besonders gute Festigkeitseigenschaften zu ermöglichen, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass der Querschnitt des Modulators senkrecht zu der Längsachse ringförmig ist, und dass zwischen den vorzugsweise in gleich großen Winkelabständen um die Längsachse angeordneten Modulatorsegmenten nicht magnetisch leitendes Material aufweisende, insbesondere aus nicht magnetisch leitendem Material bestehende, Zwischensegmente angeordnet sind, die vorzugsweise unmittelbar mit den Modulatorsegmenten verbunden sind. Eine derartige Ausbildung lässt sich beispielsweise durch Umspritzen der einzelnen Modulatorsegmente mit einem Kunststoff, wie einem Duroplast, erzielen.

Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Magnetgetriebe unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Modulators, wobei der Modulator ein Abtriebselement des Magnetgetriebes ausbildet. In einer Weiterbildung eines derartigen Magnetgetriebes ist es vorgesehen, dass dieses als Bestandteil eines E-Bikes, eines Pedelecs, eines Elektrowerkzeugs oder einer Waschmaschine dient.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Magnetgetriebe,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Modulatorsegments, wie es bei dem Magnetgetriebe gemäß der Fig. 1 verwendet wird und

Fig. 3 bis 5 unterschiedlich angeordnete Bleche von Modulatorsegmenten als Bestandteil eines Magnetgetriebes gemäß Fig. 1.

Ausführungsformen der Erfindung

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein Magnetgetriebe 10 dargestellt, wie es insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur Kraftübertragung als Bestandteil eines E-Bikes, eines Pedelecs, eines Elektrowerkzeugs oder einer Waschmaschine dienen kann. Das Magnetgetriebe 10 umfasst in an sich bekannter Art und Weise ein beispielhaft im Querschnitt rund bzw. ringförmig ausgebildetes Gehäuse 12 in Form eines ersten Magnetjochs, an dessen Innenwand eine Vielzahl von ersten Magnetelementen 14 angeordnet sind, die sich längs zu einer Längsachse 16 des Magnetgetriebes 10 erstrecken. In Umfangsrichtung gesehen weisen die unmittelbar nebeneinander angeordneten ersten Magnetelemente 14 eine abwechselnde Polarität auf.

Radial innerhalb der ersten Magnetelemente 14 ist ein Modulator 20 angeordnet, der um die Längsachse 16 drehbar ist, und der als Abtriebselement zur Kraftübertragung dient. Hierzu ist der Modulator 20, in an sich bekannter und daher nicht dargestellter Art und Weise einerseits mit entsprechenden Lagerelementen gelagert, um eine Drehung um die Längsachse 16 zu ermöglichen, und andererseits stirnseitig mit einem entsprechenden Abtriebselement, insbesondere eines Magnetgetriebemotors, gekoppelt.

Der ringförmig ausgebildete Modulator 20 besteht aus einer Vielzahl, in Umfangsrichtung vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse 16 auf einem Teilkreisdurchmesser TK angeordneter, stabförmiger Modulatorsegmente 22, die jeweils gleich bzw. identisch ausgebildet sind. Zwischen den Modulatorsegmenten 22 sind aus nicht magnetisch leitendem Material angeordnete, insbesondere aus nicht magnetisch leitendem Material bestehende, stabförmige Zwischensegmente 24 angeordnet. Die Zwischensegmente 24 können beispielsweise aus Kunststoffmaterial wie einem Duroplast bestehen, das das Material der Modulatorsegmente 22 bereichsweise umgibt bzw. in Umfangsrichtung eine Verbindung zwischen den Modulatorsegmenten 22 herstellt.

Radial innerhalb des Modulators 20 sind auf einem zweiten Magnetjoch in Form eines Trägerrings 25 zweite Magnetelemente 26 angeordnet. Beispielhaft sind zwei, jeweils einen Drehwinkelbereich von etwa 180° aufweisende zweite Magnetelemente 26 vorgesehen, die sich ebenfalls in Richtung der Längsachse 16 des Magnetgetriebes 10 erstrecken, wobei die zweiten Magnetelemente 26 so angeordnet sind, dass sich deren Polarität in Umfangsrichtung betrachtet abwechselt. Der Trägerring 25 ist vorzugsweise auf der dem Abtriebselement des Magnetgetriebes 10 gegenüberliegenden Stirnseite beispielsweise mit der Abtriebswelle eines Elektromotors des Magnetgetriebemotors gekoppelt. Weiterhin ist der Trägerring 25 zusammen mit den zweiten Magnetelementen 26 ebenfalls durch entsprechende, nicht dargestellte Lagerelemente um die Längsachse 16 drehbar gelagert.

Die Funktionsweise des Magnetgetriebes 10 ist derart, dass bei einer Drehung der zweiten Magnetelemente 26 um die Längsachse 16 der Modulator 20, der mit einer Abtriebswelle oder ähnlichem Element gekoppelt ist, in Drehrichtung des Trägerrings 25 gedreht wird, wobei das Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit der unterschiedlichen Anzahl der zweiten Magnetelemente 26, der ersten Magnetelemente 14 sowie der Modulatorsegmente 22 erfolgt.

Ein Modulatorsegment 22 des Modulators 20 weist eine Vielzahl von gestapelten, gegeneinander isolierten, streifenförmigen und miteinander verbundenen, eben ausgebildeten Blechen 30 auf. Die Anzahl der Bleche 30 hängt von dem jeweiligen Anwendungsfall ab. Wesentlich dabei ist, dass die Ebenen der Bleche 30 sich in Längsrichtung parallel zur Längsachse 16 erstrecken.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Bleche 30 jeweils dieselbe Länge L und Höhe H auf. Ferner sind die Bleche 30 in vollständiger Überdeckung zueinander angeordnet, derart, dass ein Modulatorsegment 22 in einer senkrecht zur Längsachse 16 verlaufenden Ebene eine rechteckförmige Stirnfläche bzw. einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Wie besonders deutlich anhand der Fig. 3 erkennbar ist, verläuft die Richtung der Flächennormalen 32 der Bleche 30 in tangentialer Richtung zum Teilkreisdurchmesser TK bzw. die Ebenen der Bleche 30 sind in etwa in Richtung zur Längsachse 16 ausgerichtet.

In der Fig. 4 ist der Fall dargestellt, bei dem die Bleche 30a zwar jeweils für sich genommen die gleiche Länge L und Höhe H (wie die Bleche 30) aufweisen. Jedoch sind die Bleche 30a in Umfangsrichtung betrachtet nicht in vollständiger Überdeckung zueinander angeordnet, sondern jeweils vorzugsweise um einen geringen Versatz V zueinander, sodass ein aus den Blechen 30a ausgebildetes Modulatorsegment 22a in einer senkrecht zur Längsachse 16 verlaufenden Ebene im Querschnitt ringsegmentförmig ausgebildet ist. Auch bei dem Modulatorsegment 22a erstrecken sich die Ebenen der Bleche 30a parallel zur Längsachse 16, d.h. senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4.

Zuletzt ist in der Fig. 5 ein im Querschnitt in einer senkrecht zur Längsachse 16 verlaufenden Ebene etwa trapezförmiges Modulatorsegment 22b dargestellt, bei dem in einem in Umfangsrichtung betrachtet mittleren Bereich die Bleche 30b entsprechend der Ausführungen zur Fig. 3 oder der Fig. 4 ausgebildet sind. In Umfangsrichtung betrachtet an den Randbereichen nimmt die Höhe H der Bleche 30b ab. Die Umfangslänge der in Bezug zur Längsachse 16 radial innen angeordneten Basis bzw. Grundseite des (im Querschnitt trapezförmigen) Modulatorsegments 22b ist dabei länger als die radial außen angeordnete andere Grundseite. Dadurch wird eine Anpassung des Modulators 20 an die unterschiedliche Anzahl der ersten und zweiten Magnetelemente 14 und 26 bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ermöglicht.

Den Modulatorsegmenten 22, 22a und 22b ist gemeinsam, dass die Ebenen der jeweils mittleren Bleche 30, 30a und 30b zur Längsachse 16 hin ausgerichtet sind bzw. diese zumindest nahezu schneiden, während die Ebenen der beidseitig der mittleren Bleche 30, 30a und 30b angeordneten Bleche 30, 30a und 30b geometrisch gesehen die Längsachse 16 nicht schneiden.

Das soweit beschriebene Magnetgetriebe 10 bzw. deren Modulator 20 kann vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.