CN102934338B - 用于磁性传送扭矩的改进设备 - Google Patents

Abstract

一种用于用主旋转部件和副旋转部件磁性传送扭矩的设备，其中所述旋转部件为圆盘状且夹在彼此之间。所述主旋转部件具有径向安装在圆盘上的永久磁铁，所述副旋转部件具有圆盘几何形状，其上配置有导电材料。所述副旋转部件还具有透磁材料。本文中的新改进已将较早的圆柱形设计修改为替代圆盘‑片状设计，其使用克服现有技术的一些缺陷/问题的类似磁路，因为现有技术要求导电转子在磁性盒阵列内的更精确对准且要求机械装置底座中的额外强度以维持所述磁铁盒与所述转子总成之间的气隙。

Description

用于磁性传送扭矩的改进设备

相关申请案

本申请案是作为美国国家阶段申请案并且主张2005年2月26日申请的PCT/US2005/06179的优先权的美国申请案第10/591,366号的部分继续申请案，所述PCT申请案还主张2004年3月1日申请的美国专利申请案第10/790,571号的优先权。

有关美国联邦赞助研究或开发的声明

不适用。

附录描述

不适用。

发明的技术领域

本发明涉及使用邻近旋转圆盘的旋转磁矩传送装置，所述邻近圆盘在其上具有磁铁与不具有磁铁之间交替。其上无磁铁的圆盘具有导电材料。

发明背景

需设计一种用于在驱动应用中传送可变扭矩的永磁激发机构。具体地，存在需要将定速装置(诸如电机或发动机)耦合至可变输出速度及扭矩装置(诸如泵推动器、风扇、螺旋桨、轮子等)。

包括不同涡流离合器的传动装置已经以各种形式使用一段时间。现有技术之检验显示这些涡流装置不限于三种普通类型。

当前固定间隔永磁圆盘离合器的能力限于传送大量扭矩并且以在较高速度下导致不稳定的方式构造。这些限制将这些装置的实际应用局限于低速、低马力应用。

涡流离合器使用DC电流产生及改变固定间隔机构中的通量密度。这些装置可以一系列马力获得，但是昂贵、复杂且需要DC电流及控制以产生扭矩。存在其中DC电流非期望或其中用于控制扭矩产生电流的设备不可靠的应用。

当前可变间隔永磁圆盘离合器的能力限于传送大量扭矩并且以在较高速度下导致不稳定的方式构造。这些限制使这些装置的实际应用局限于低速、低马力应用。

所述设备使用磁性材料技术的最新发展，结合为机械稳定操作而设计的架构。这将允许所述设备用于一系列动力传送应用中，包括高马力应用。装置的构造还使其稳定并且能够在较高输入速度下运行，其可固有地存在于一些电机和发动机中。

所述设备是使用以最优方式配置以在动力传送驱动中产生磁通量的永久磁铁和导体的装置。

本发明的目的是提出使用导电转子设计的替代定向对感应磁路进行修改，所述设计将具有圆盘状(片状)构造，其具有由钢围绕的导电材料的外环和内环，用径向(即，从内环至外环)连接内环和外环(端环)的转子条装配。所述条根据需要可由连接它们的不同形状构成(即，圆形，方形等)以调整由所述装置形成的扭矩分布。

磁铁转子总成还可具有形成从转子圆盘内部定向至外部的磁铁阵列的相同径向圆盘形状且具有在相邻磁铁上相反并且穿透转子片的厚度磁化的磁极。注意一个(1)磁铁转子可被两个(2)感应转子总成围绕(即，磁铁转子两侧上各一个)；从而允许在运行期间传送更大通量/动力。

我们的测试已经揭示与转子条构造的感应耦合在启动期间具有内在的‘软启动’能力。这允许高惯性荷载由电机(或其它扭矩/电源)在不超过耦合额定扭矩的150％的情况下从静止加速到全扭矩。这个性能好处还用于将任何荷载条件下的扭矩限制为不超过150％扭矩并且还通过相同限制阻尼扭矩脉动(即，扭转振动)。这将有益于具有可能导致损坏的高启动扭矩或高峰值荷载的可能性的所有类型的动力传送系统。

本发明的感应磁路几何形状还可用作制动和张紧测力计。这可通过锁定感应转子以及在转子内安装附加冷却管路以消散制动或张紧/滑移热而完成。制动系统和张紧系统都可受益于不存会磨损的组件(即，制动衬垫等)的事实。

附加的张紧能力可在阀门或其它这类装置旋转期间限制扭矩。这个好处将免除阀杆/轴会在闭合过程期间破裂的可能性(即，如果碎片在闭合期间卡在阀体中)。这可以被称作：‘感应限制扭矩’。

发明概要

本发明利用永久磁铁来在两个旋转元件之间传送可变或固定扭矩。本发明是对申请人的首个专利发明US 7,294,947及其它技术所要求内容的几何配置和磁路的改进。本发明将原始圆柱形设计修改为替代圆盘-片状设计，其使用克服现有技术的一些缺陷/问题的相同磁路，因为现有技术要求导电转子在磁性同心圆柱体阵列内的更精确对准且要求机械装置底座中的额外强度以维持磁铁盒与所述转子总成之间的气隙。这个改进通过在两个(2)外部导电转子片之间重新构造内部磁性转子总成而克服这些上述缺陷；从而平衡装配期间所生成的磁性吸引力。

所提议的发明通过利用磁铁材料的新技术和新的最佳几何形状而克服上述限制并且提供在无需大的外部电流控制装置的情况下机械传送大量传送扭矩的稳定构件。

本文更具体地描述的改进处包括(1)圆盘-片状转子总成内所含的感应磁路，导电转子条的定向包括导电材料的外环(105)和内环(106)，转子条径向(即，从内环(106)至外环(105))连接内环与外环(端环)。所述导电材料被含铁材料钢围绕以形成转子总成。所述条(104)根据需要可由不同几何形状(即，圆形、方形等)构成以调整装置所生成的扭矩分布。(2)磁铁转子总成具有相同的径向圆盘形状及从所述转子圆盘内部定向至外部的磁铁阵列且具有在相邻磁铁上相反并且穿透转子片的厚度磁化的磁极。注意一个(1)磁铁转子可被两个(2)感应转子总成围绕(即，磁铁转子的两侧上各一个)；从而允许在运行期间传送平衡的通量/动力。在包括导电元件和透磁材料的旋转部件中，所述旋转部件的透磁材料可以不是铁磁性的并且可能无永久磁铁。

附图简述

附图构成本说明书的一部分并且包括可体现为不同形式的本发明的示例性实施方案。应了解在一些情况下，本发明的不同方面可夸大或放大示出以利于本发明的理解。

所选本文所包括的本发明的实施方案的描述列示如下：

图1是使用两个(2)平坦导电磁路转子片和磁性转子片总成的本发明的替代圆盘-片实施方案的透视图。

图2是导电哑铃状转子条形状构造的替代形式的截面图。

图3是展示替代哑铃状转子条形状构造的扭矩对转差曲线的曲线图。

图4是导电梯形转子条形状构造的替代形式的截面图。

图5是展示梯形转子条形状构造的扭矩对转差曲线的曲线图。

图6是展示本发明的导电磁路的‘软启动’能力(在启动高惯性荷载期间提供)的曲线图。所述曲线图是‘通量驱动’和标准‘刚性’可挠耦合的电流对时间的比较。

图7是展示在启动本发明的导电磁路的高惯性荷载期间提供的‘软启动’能力的曲线图。所述曲线图是‘通量驱动’和标准‘刚性’可挠耦合的动力对时间的比较。

图8是测力计的替代实施方案的透视图。

图9是张紧装置的替代实施方案的透视图。

具体实施方式

本文提供优选实施方案的详细描述。但是，应了解本发明可体现为不同形式。所以，本文公开的具体细节不得解释为限制，而是作为权利要求的依据以及以实际上任意适当详细的系统、结构或方式教导技术人员利用本发明的代表性依据。

在图1至图8所示的改进发明的实施方案中，存在总共三个圆形旋转圆盘，其中中心圆盘(100)‘夹’在外部两个圆盘(101)之间。所述两个外部围绕圆盘机械连接到一个转子(102)，且所述中心旋转圆盘机械连接到另一个机械独立转子(103)。一个转子包括由透磁材料制成的磁铁携载转子(100)以降低磁路的磁阻。存在两个(2)在其中支撑导电转子条(104)的透磁转子片(101)，其用透磁材料制成，所述透磁转子片完成从其中的旋转磁环(100)穿过气隙延伸到导电环片的磁场回路。在本实施方案中，所述透磁转子的透磁材料向上延伸穿过其中的导电转子片环(101)中的开口。这减小其中的磁铁转子片环与导电片环之间的气隙，且从而增大磁通量，同时允许导电转子片条中的感应电流围绕透磁材料。这个改进的几何形状对于在所述转子中产生强感应铁磁场来说是最佳的，从而使传送的扭矩最大化并且使所述装置在传送能量方面更高效。

虽然本发明已结合优选实施方案以及两个替代实施方案描述，但是不旨在将本发明的范围限制为所说明的特定形式，而是相反，旨在覆盖可能包括在由随附权利要求所定义的本发明的精神和范围内的这些替代、修改和等效物。

Claims (4)

1.一种用于磁性传送扭矩的设备，其包括：

圆盘状的两个主旋转部件和圆盘状副旋转部件，

所述两个主旋转部件位于所述副旋转部件的两侧上，

所述副旋转部件位于两个所述主旋转部件之间，

所述两个主旋转部件具有导电元件和透磁材料，所述两个主旋转部件的透磁材料具有形成于所述主旋转部件中的多个槽，且所述多个槽中填充有所述导电元件，

所述槽在它们的外边界上由导电材料的外环围绕；

所述槽在它们的内边界上由导电材料的内环围绕；

其中所述槽的导电元件、所述导电材料的外环和所述导电材料的内环均在一个单个的电路中彼此电连接；

所述导电元件包括外环、内环及径向地连接所述内环与所述外环的转子条，其中所述转子条可根据需要由不同几何形状构成以调整所述设备所生成的扭矩分布；

所述副旋转部件具有安装于其上的永久磁铁，

所述两个主旋转部件连接至扭矩产生装置并且由其驱动，且所述副旋转部件连接至扭矩利用装置，借此主旋转部件的旋转通过源自安装在所述副旋转部件上的所述永久磁铁、切过所述两个主旋转部件上的所述导电材料从而在所述副旋转部件中产生扭矩和旋转的一些或所有磁通量线而导致所述副旋转部件的旋转。

2.根据权利要求1所述的设备，包括放置为彼此邻近的多个所述主旋转部件和放置在所述多个主旋转部件之间的多个副旋转部件，且所述主旋转部件机械连接以一起旋转，且所述副旋转部件机械连接以一起旋转。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述主旋转部件还具有导电哑铃状转子条形状构造。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述主旋转部件还具有导电梯形转子条形状构造。