CN1065989C - 磁保护装置 - Google Patents

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Abstract

一种保护装置(70)，保护绕两机械元件(28，44)轴线旋转的磁耦合传动系统(60)不受外部磁场干扰。所述传动系统包括至少两个轴向磁化元件(62a、62b，64a，64b)，各磁化元件与所述机械部件至少之一固定并且相互作用，并沿轴向分开。所述保护装置包括两个包围所述传动系统的磁性材料部件(72、74、92、94、96、98)，每一所述部件的最小径向距离大于所述磁化元件的径向距离。其中磁性材料的两个部件(72、74、92、94、96、98)之间留有一轴向间隙(76)，减小了外部磁场在传动系统上的磁场梯度，并具有一轴向距离使它们在轴向包围所述传动系统。

Description

磁保护装置
本发明涉及一种保护一系统不受外部磁场影响的装置，该系统用于在磁耦合一起的两个机械构件之间传递回绕一个轴的旋转动力。
在磁耦合的两个机械构件之间传递围绕一个轴的旋转驱动力的系统已是周知的。这样的系统包括至少两个磁化元件，分别与所述的一个机械构件固定。磁性元件之一构成系统的主动部分，而另一磁性元件构成该系统的从动部分。磁性元件沿轴向被磁化，它们彼此间相互作用，使被施加到机械构件之一上的旋转力经过上述传动系统传到另一个机械构件上去。
本申请人注意到，这种通过磁耦合提供传动的系统处在一磁场中时，特别是处于存在磁场梯度的情况下，这种传动系统可能受到干扰，例如，在系统的主动部分和从动部分之间可能失去磁同步。
在流体计量方面，例如，如图1所示，巴西实用新型91BR-100684提供了一种磁保护装置1，该装置包围水表中利用磁耦合的一种传动系统2。
该传动系统包括两个轴向磁化环3和5，这两个环沿一几何轴线彼此相对设置，该几何轴线与旋转器7和连接求和计数器的轴7的轴线重合。保护装置包括两个磁性材料部件11和13，这两个部件相对于穿过磁化环3和5之间的水平中间平面P对称。如图2所示，部件11和13是有两个圆筒壁部分11a和11b或13a和13b，这些圆筒壁部分在相同轴向距离或高度上与几何轴线平行延伸，并且圆筒壁通过相应的第三腹板部分11c和13c在它们轴向远边成对地连接在一起，腹板部分是圆环形的，并径向延伸，从而在含有几何轴线的截面上每一部件均呈U型。
两个由磁性材料制造的部件结合在一起构成保护装置1，从而使所述装置具有近似矩形截面的环形形状。
将磁保护装置1安装在水表中围绕两磁化环3和5的位置处，而它的轴向距离或高度与磁传动系统的距离或高度相一致。
这种磁保护装置将水表外的磁场的磁力线进行引导，从而使内部安装有磁化环3和5的、由磁性材料制成的部件11和13之间区域内的外部磁场大为减小。
然而，本申请人注意到存在外磁场时，在环3和5所在的部件11和13之间的区域的轴端部附近形成有一磁场梯度，并且这一梯度会妨碍利用磁耦合的传动系统的工作。
本申请人还注意到，通过增加部件11和13的内径，由于外部磁场所引起的磁场基本是零的上述特定区域减小。因此这种保护装置的效果依赖于接近磁化环的程度。在某些类型的表中，这样的接近会引起磁化环和磁性材料制成的部件之间的磁干扰。
本发明试图提供一种装置来克服现有技术的这些缺点，此装置保护系统免受外部磁场干扰，该系统用于在通过磁耦合在两机械构件之间传输围绕一个轴的旋转动力。此装置实施简单，并能够减小在所述传动系统上的所述磁场梯度。
本发明向一传动系统提供抵抗外部磁场干扰的一种保护装置，该传动系统通过磁耦合在两个机械构件之间传递围绕一个轴的旋转驱动力。所述传动系统包括至少两个轴向磁化元件，每一个固定于至少所述机械构件之一，并相互作用，所述磁化元件沿轴向隔开，所述的保护装置由两个包围所述传动系统的磁性材料部件组成，每一所述部件的最小径向距离大于所述磁化元件的径向距离，该保护装置的特征在于：两个磁性材料的部件之间留有轴向间隙，以便减小传动系统上外磁场的梯度，并有一轴向距离使它们轴向包围所述传动系统。
这一特征不仅能减小在传动系统上外磁场的强度，而且使磁耦合传动系统所在的区域有尽可能均匀的磁场。
这种保护装置也可限制由磁耦合传动系统产生的磁场的漏失。
根据本发明的一特征，由磁性材料制造的部件与传动系统磁化元件之间有一距离，使得磁化元件在所述部件上产生的磁场强度小于10-3特斯拉。
但是，某些类型的表，特别是有关体积数量的表，可以接受磁保护装置与传动系统之间较大的磁相互作用。
在水表中这一特征是特别有利的，这样就可以忽略保护装置与传动系统之间的所有磁相互作用。每一由磁性材料制造的部件是相对于轴圆形对称的。
根据本发明的其他特征有：
磁性材料部件中至少一个包括一轴向延伸的圆筒形的第一部分，和圆环状第二部分，该第二部分由离轴向间隙较远的第一部分的一个轴向的端部向传动系统径向延伸；
磁性材料部件中至少一个包括两个平行的圆筒部分，该两圆筒部分一同沿轴向延伸，以及通过它们相应的距轴向间隙较远的端部将所述两圆筒部分连接的径向圆环第三部分；
由磁性材料制造的两部件彼此不同；
由磁性材料制造的两部件彼此相同；
磁性耦合传动系统是相吸型的；
磁性耦合传动系统是相斥型的；以及
磁耦合传动系统包括构成磁化元件的两对永磁体。
本发明还提供一种流体计量器，该计量器包括：一测量腔和一内装求和计数器的外罩，至少一个由无磁材料制造的壁将它们分开；一轴向旋转器，位于浸泡在所述流体中的测量腔内；一个与所述旋转器同轴对准的轴，并且该轴与所述求和计数器机械连接；一旋转传动系统，将轴向旋转器和计数器轴磁耦合在一起，并包括至少两个轴向磁化元件，该两个磁化元件分别固定在所述轴向旋转器和所述求和计数器的轴上。所述流体计量器包括一保护装置，保护所述传动系统不受外部磁场干扰。安装有这种保护装置的流体计量器是特别可取的，这是因为：第一，它可以在流体流速低时防止外部磁场制动旋转器；第二，在流体流速高时，确保不发生去耦现象。
在本发明第一实施例中，流体计量器还包括一附加的壁，该壁与接触外罩的壁一起构成了一个在外罩和测量腔之间附加的腔，而本发明装置的由磁性材料制造的两个部件就位于此附加的腔中。
在本发明的第二实施例中，流体计量器还包括一附加的壁，该壁与接触外罩的壁一起构成了一位于外罩和测量腔之间的附加腔，而由磁性材料制造的两个部件被与外罩接触的壁分开，从而与保护装置的第一实施例相比可以减小整个尺寸大小。
在本发明的第三实施例中，流体计量器还包括一附加壁，该壁与接触外罩的壁一起构成一个在外罩与测量腔之间的附加腔，而由磁性材料制造的两个部件被附加的壁分开。其优点是，这一结构和第一实施例的结构，可以在安装本发明磁保护装置时，避免与求和计数器各部分相干涉。
在本发明第四实施例中，流体计量器还包括一附加的壁，该壁与接触外罩的壁一起构成一个在外罩和测量腔之间的附加腔，而由磁性材料制造的两个部件被这两个壁彼此分开。它可以很大地减小附加腔的轴向尺寸，以获得小的整体尺寸。
在本发明的第五实施例中，在计量器中安置一个壁，将装有求和计数器的外罩与测量腔分开，由磁性材料制造的保护装置的两个部件被所述壁单独彼此分开。这样由磁性材料制造的部件之一位于流体计量器的测量腔内。
应注意到，本发明的流体保护装置也可应用于一流体传感器不是一旋转器的水表。
参考以下附图和完全通过非限定例子作出的以下介绍，本发明其他特征和优点会显现出来，其中：
图1是安装现有技术磁保护装置的水表的纵向剖面示意图；
图2是图1所示磁保护装置局部示意透视图；
图3是安装有构成本发明第一实施例磁保护装置的计量器的纵向剖面示意图；
图4是安装有图3所示磁保护装置的水表的放大的部分示意图；
图5是安装构成本发明第二实施例的磁保护装置的水表局部示意图；
图6是曲线图，其中的两条曲线分别表示图1和2的磁保护装置(曲线A)和图5的磁保护装置(曲线B)在外磁场存在之下磁耦合传动系统上的磁场梯度；
图7a-7c是图5的磁保护装置的不同形式的局部示意图。
下面介绍一种流体计量器，尤其是图3所示的由标号20整体表示的水表，该表有一利用磁耦合的传动系统，该系统附加有保护这一传动系统不受外磁场影响的本发明磁保护装置。
该水表有一计量腔22和在其上设置的一个外罩24，该外罩中装有一求和计数器，例如一机械式计数器(未示出)。
该水表还有两个沿竖直轴线ZZ′对齐并可以绕该轴旋转的机械构件。其中之一是带有叶片30并位于测量腔22内的轴向旋转器28。轴向旋转器28有固定叶片30的中心毂32，并在其顶端有一轴34，该轴与所述毂和旋转器轴线同轴，并固定在所述毂上。轴向旋转器28安装在枢轴36上，该枢轴的一端(它的底端36a)固定在与所述轴线垂直、并构成测量腔底部38的该腔壁上。一轴向槽40位于旋转器的中心毂32中容纳枢轴36的顶端36b。当旋转器静止时，枢轴顶端36b与轴向槽40的底部接触。
测量腔22具有相对于旋转器轴线径向设置的诸导流片或肋条41，该导流片41固定在与轴线ZZ′垂直并面向底部38的测量腔顶壁42上。顶壁或台42在测量腔与外罩之间设有隔断外界空气的密封，该密封由无磁材料制造。
水经注入口进入并经流出口离开测量腔，这两个口在图3的剖面上见不到。当通过测量腔的水流动引起旋转器28旋转时，旋转器上升，轴向槽40的底部离开枢轴36的顶端36b。
另一机械构件是与旋转器28轴线对准的轴44，它位于求和计数器的外罩24之内。
该水表包括有一个位于装有求和计数器的外罩24和测量腔22之间的附加腔46。附加腔46由两面壁构成，其中之一与测量腔顶壁42重合，另一壁或“底”48在壁42之上。壁48中无磁材料制造，将外罩24与附加腔46分开。壁48有一第一水平外围区48a和一中心第二区48b，该第二区向着测量腔发生变形，在邻近外罩处形成凹槽50，并在相反方向形成突出部52。
顶壁42具有一第一外围区42a，它形成一个与旋转器轴线平行的环状突起，该突起与壁48的第一区48a的第一部分相对，此部分是距第二区48b的最远端。
顶壁42具有一呈环形的水平第二区42b，该环形第二区42b和与之相对的壁48第一区48a的第二部分构成了附加腔48的环形形状。
顶壁42还有一第三区42c，它向外罩24变形，在邻近测量腔形成一槽54，和一在相反方向伸出的突出部56。壁48的第二区48b和上壁42的第三区42c相应的突出部52和56相互接触，并且第三区42c有一围绕壁48第二区48b突出部56的圆套42d。
该水表还有一磁耦合传动系统60，该系统的作用是从轴向旋转器28向轴44传递旋转运动，然后由轴44将所述的运动机械地传给求和计数器。
如图3所示，磁耦合传动系统60包括至少二个可在平行于轴线ZZ′的轴线方向上磁化的元件。其中之一固定在轴44上，另一个固定在轴向旋转器28上。
例如，磁耦合系统60是由两对长方体形永磁体62a和62b，64a和64b构成。这两对永磁体按一定间距排列在以轴线ZZ′为中心的环上，构成每一对的两个磁体位于所述环的直径的两个相对端上。作为一例子，永磁体可以是相同的。
如图3所示，固定在旋转器28中心毂上的轴34的顶部设有与轴线ZZ′垂直的盘形元件66，使旋转器顶部成为T形。盘66有两个安装磁体62a和62b的圆周槽，该两磁体形成磁耦合传动系统60的主动部分。如此构成磁体载体的盘被装在顶壁42形成的槽54中。轴44在其进入壁48的槽50的端部上装有另外两个磁体64a和64b。这两个磁体64a和64b形成磁耦合传动系统60的从动部分。这样这两对永磁体由壁42和48分开。
例如，磁耦合传动系统是相斥型的，即：每对磁体在与旋转器28轴线相平行的相同方向磁化，而两对磁体的磁化是反向的。
也可提供一种相吸型磁耦合传动系统，如，包括每一均由磁化部分形成的相对的环，对每一所述的环来说，并排设置的两个被磁化部分是在相反方向上磁化的。
这种磁耦合转动系统中，主动部分建立一磁场梯度，该梯度进而在从动部分产生力，从而使主动部分能够用一个与自身速度同样的速度来驱动从动部分。
本发明的磁保护装置70尤其适用于减少外部磁场在水表磁耦合传动系统60上的磁场梯度，使上述运动和力的传递不受干扰。
在图3和4所示的第一实施例中，磁保护装置包括由磁性材料制成的部件72和74，这两部件围绕着位于附加腔46的环形间隙中的磁耦合传动系统60。两部件72和74是相同时，相对于旋转轴线是圆形对称的。
每一部件72和74有一比永磁体62a和62b、64a和64b的径向距离大的最小径向距离。如图4所示，每一部件72和74包括两部分：第一部分72a或74a是圆筒形状，与轴线ZZ′平行延伸；第二部分72b或74b是环形，由相应的第一部分的一个轴向端部向轴线ZZ′径向延伸。
圆环形第二部分72b、74b构成一凸缘。在本发明的磁性保护装置中，两部分72和74沿轴向相互隔开，即它们在附加腔46的环形间隙中彼此之间留有一轴向空隙76。在图4中，两个被标出的几何平面P1和P2彼此平行并与轴线ZZ′垂直。平面P1与部件72的凸缘72b的底面相切，而平面P2与部件74的凸缘74b的顶面相切。壁42的顶面被包含在平面P1中，而壁48的底面被包含在平面P2中。
其结果，部件72与壁42的顶面接触，而部件74与壁48的底面接触。
磁性材料的两部件72和74径向延伸使得在轴向方向将两对磁体62a和62b，64a和64b括起来，平面P1和P2，与现有技术保护装置一样，既不与磁体62a和62b的底面相切，也不与磁体64a和64b的顶面相切。为了在两个部件72和74之间保持一轴向间隙76，所做出的措施是，如，在部件72和74的第一部分72a和74a之间设置一个由无磁材料制造的圆筒形隔套78。
为了保持部件72和74对中，如图3所示，可以在壁42(或壁48)的相应顶(底)面径向设置多个支座80。
也可以用粘合剂将部件72和74相应的环形凸缘72b或74b固定到壁42的顶面(或壁48的底面)，使每一部件72和74固定，所以不需要由隔套78和支座80构成的附加件。
构成水表磁耦合传动系统的磁体62a和62b、64a和64b凭借两部件72和74之间的轴向间隙，在外部磁场建立的磁场梯度大为减小的区域定位。另外磁体也被保护不受外部磁场强度的影响。
通过将轴向间隙76的轴向距离，即部件72和74的轴向距离适应于磁耦合传动系统，使得所述磁耦合传动系统所在区域的磁场梯度被消除，可以使本发明磁保护装置的效果得到改善。
磁性材料的两个部件具有一定大小，其尺寸大小是永久磁体建立的磁场强度的函数，以便尽可能减小所述两部件与两磁体之间的任何磁干扰。其结果，所定的尺寸要求两个部件相对于磁体用三维的特殊方法定位，把磁性材料的两部件置于一距离使所述两磁体在所述两部件上产生的磁场具有不大于10-3特斯拉的强度是较合适的。
如果两部件离磁耦合传动系统太远，因而更靠近表的外壁，因为自身相对于外磁场源接近，就存在使构成部件72和74的磁性材料饱合，并因而使磁保护装置失去效果的危险。
应当注意到，当磁耦合装置系统是相斥型的，其磁力线会比该系统是相吸型的在径向和轴向均有进一步延伸。
本发明的第二实施例示于图5。在此图中部分示出的水表包括一附加环形腔47，它由两壁42和48构成。
上面关于第一实施例的介绍仍是适用的，因而在下面不予重复；并且图中对于相同的件仍用同一标号表示。
但在此实施例中，用磁性材料制成的两个部件72和74位于无磁材料制成的壁48的两边。
部件之一72安装在附加腔中，并用如粘合剂固定到图中部分示出的壁42的顶面。
另一部件74安置在求和计数器的外罩24内。并通过第一部分74a的自由边与壁48的顶面接触。
部件74在径向被环82固定，该环82围绕部件74并撑靠在圆筒支座84上。
这样安装的部件72和74在它们之间留有轴向间隙76，并且它们间的轴向距离使得其能轴向包围磁耦合传动系统的永磁体62a和62b、64a和64b。
如图5所示，顶部磁体64a和64b比底部磁体62a和62b大，并部分进入到轴向间隙76中，而磁体62a和62b保持在所述轴向间隙之外。磁体所在的区域相当于一个在外部磁场存在之下不影响所述磁体之间磁的相互作用的被减少的磁场的区域。
与在图1和2中所示的现有技术的磁保护装置相比，磁保护装置的两个部件的布置是特别有利的，假如附加腔47的轴向距离减小，从而可获得更大的紧凑性。
在一个例子中，顶部磁体64a和64b的磁矩是16×10-9Tm-3，而底部磁体62a和62b的磁矩是11×10-9Tm-3。
部件72和74是由软铁制造。
部件72和74的外径是38mm，内径是28mm，厚度是1mm。
每一部件第一部分72a或74b具有8．5mm的轴向距离或者说是“高度”。
每一磁体具有相同直径，并与相应部件环形凸缘72b或74b内径的距离为8．25mm。
每一磁体64a或64b的顶面与环形凸缘74b底面相距5．5mm。
每一磁体62的底面与环形凸缘72b的底面相距2．7mm。
上述的布置中，由磁体64a和64b在部件74上产生的磁场强度为103特斯拉，从而避免任何磁干扰。
图6比较了图5所示本发明磁保护装置与图1和图2所示现有技术磁保护装置的效果。
在此图中，曲线A是在外部磁场存在情况下，装有图1和图2磁保护装置的水表中磁耦合装置系统所占据的区域内的磁场梯度状态，曲线B是在外部磁场存在情况下，装有图5磁保护装置的水表中磁耦合装置系统所占据的区域内的磁场梯度状态。
因此可见，安装图5所示磁保护装置的磁耦合装置系统所处的区域(在平行的两条竖直虚线之间)的磁场梯度(曲线B)比用现有技术磁保护装置(图1和图2)产生的磁场梯度(曲线A)小得多。在图6中仅示出磁传动磁体62b和64b与磁保护装置的部件72和74的一部分。因而被图5那样的磁保护装置所保护的磁耦合传动装置系统对外部磁场干扰是相当不敏感的。
在图7a中示出本发明另一实施例，图中仅示出由磁性材料制造的部件92和94以及磁耦合传动系统，由磁性材料制成的各部件呈半球环形。两个部件92和94是相同的，它们的轴向距离使它们在轴向包围该磁耦合传动系统。
图7b示出本发明磁保护装置另一实施例，在此图中，由磁性材料制造的两部件是相同的，每一部件96(或98)由有一定轴向距离的平行圆筒部分96a和96b组成(或98a和98b)，它们是同轴的，由一环形第三部分96c(或98c)连接在一起，此第三部分在距轴向间隙76最远的边缘处将两圆筒部分连在一起。
包含轴线的任何平面截面中，每一部件96和98均是U形。
在这样的布置中，最好部件96和98远离磁体62a、62b、64a和64b，以避免过强的磁干扰。
图7c示出另一实施例，该实施例利用参考图4所介绍的磁性材料部件72和74，但所述部件具有不同的尺寸。如此图所示，部件72的径向距离比部件74的径向距离小。
外形结构同样可以是相反的：部件74可以具有比部件72较小的径向距离。
当磁体尺寸不同时，特别在相吸型磁耦传动系统中，例如在彼此对面安置在磁化环构成的相吸型磁耦合传动系统中，可以用这种不对称的外形结构。
利用形状差异很大的两个磁性材料部件也是可以的，如，以无限制的方式将参考图4、5、7a到7c所介绍的形状以及相应的尺寸组合。
利用本说明书之外的任何其他形状的磁性材料部件，也可以制成本发明的磁性保护装置。

Claims (16)

1、一种保护装置(70)，它提供了一种在两个机械构件(28、44)之间通过磁耦合传递围绕一个轴的旋转驱动力的传动系统，并能防止外部磁场的干扰，所述的传动系统包括至少两个轴向磁化元件(62a、62b、64a、64b)，各元件固定在至少所述机械构件之一上，彼此间相互作用，所述磁化元件沿轴向分离，所述保护装置包括两个磁性材料部件(72、74；92、94；96、98)，它们包围所述传动系统，每一所述部件的最小径向距离大于所述磁化元件径向距离，该保护装置的特征在于：所述磁性材料的两部件(72、74；92、94；96、98)之间留有一轴向间隙(76)，减小了在传动系统上的外部磁场梯度，并且沿轴向延伸包围所述传动系统。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述磁性材料制造的部件(72、74；92、94；96、98)的位置距所述传动系统(60)的磁化元件(62a、62b、64a、64b)有一距离，该距离使所述磁化元件在所述部件上产生小于10-3特斯拉的磁场强度。
3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述磁性材料部件(72、74；92、94；96、98)相对于该轴线圆形对称。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：至少一个所述的由磁性材料制造的部件(92)呈半球环形。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：至少一个所述磁性材料部件(72)既包括一轴向延伸的圆筒形第一部分(72a)，又包括一环形的第二部分(72b)，该第二部分(72b)由第一部分的距离轴向间隙(76)较远的一个轴向端部向传动系统(60)径向延伸。
6、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：至少一个所述磁性材料部件(96)包括两个沿轴向平行延伸的圆筒部分(96a、96b)及沿径向的环形第三部分(96c)，该第三部分通过两个所述圆筒部分相应的离轴向间隙(76)较远的端部连接所述圆筒部分。
7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述由磁性材料制造的两个部件彼此不同。
8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述由磁性材料制造的两个部件相同。
9、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述磁耦合传动系统(60)是相吸型的。
10、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述磁耦合传动系统(60)是相斥型的。
11、根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于：所述磁耦合传动系统(60)包括两对构成所述磁化元件的永磁体(62a、62b、64a、64b)。
12、一种流体计量器，包括：一测量腔(22)和安有一求和计数器的外罩(24)，测量腔(22)和外罩(20)被至少一面无磁材料制成的壁分开，一轴向旋转器(28)，该轴向旋转器(28)位于浸入到流体中的测量腔(22)中；一轴(44)，与所述旋转器(28)同轴对准，并与所述求和计数器机械连接；一旋转传动系统(60)，该系统将该轴向旋转器(28)和计数器轴(44)磁耦合在一起，并包括至少两个轴向磁化元件(62，64)，该轴向磁化元件分别与所述旋转器(28)和求和计数器的所述轴(44)固定，其特征在于：所述流体计量器包括一根据权利要求1～11中任何一个所述的保护装置(70)，保护所述的传动系统不受外部磁场干扰。
13、根据权利要求12所述的流体计量器，其特征在于：它还包括一附加壁(42)，该壁(42)与接触外罩(24)的壁(48)一起构成一个位于所述外罩(24)和测量腔(22)之间的附加腔(46，47)。
14、根据权利要求12或13所述的流体计量器，其特征在于：所述保护装置(70)的由磁性材料制造的两个部件(72、74；92、94；96、98)位于所述附加腔(46)内。
15、根据权利要求12或13所述的流体计量器，其特征在于：所述保护装置的由磁性材料制造的两部件(72，74；92，94；96，98)被壁(42，48)中之一彼此分开。
16、根据权利要求12或13所述的流体计量器，其特征在于：所述保护装置(70)的由磁性材料制造的两部件(72、74；92、94；96、98)被两面所述的壁(42，48)彼此分开。
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