ES2287026T3 - Acoplador de iman permanente con espacios libres ajustables. - Google Patents

Abstract

Un acoplador magnético ajustable, que comprende: un primero (16) y un segundo (17) árboles giratorios, con ejes de rotación coaxiales; una jaula (10) montada en dicho primer árbol (16) y que rodea a dicho eje; y un rotor (12) de imanes montado en dicho segundo árbol (17) y que se extiende radialmente dentro de dicha jaula (10) desde dicho segundo árbol (16), conteniendo dicho rotor imanes permanentes (42). caracterizado porque el acoplador magnético ajustable, además, comprende; dos unidades electroconductoras (30a, 30b) montadas de modo movible en dicha jaula (10) y separadas mediante espacios libres (40, 41) de dichos imanes (42) en extremos opuestos del rotor (12) de imanes; y medios de ajuste de espacio libre para controlar la posición axial de dichas unidades electroconductoras (30a, 30b) en relación con dicha jaula (10) y dicho rotor (12) de imanes, susceptibles de variar, selectiva e independientemente, cada uno de dichos espacios libres.

Description

Acoplador de imán permanente con espacios libres ajustables.

Campo técnico

La presente invención se refiere a acopladores magnéticos con rotores de imanes permanentes y rotores de electroconductores, cooperantes, separados mediante espacios libres.

Antecedentes de la invención

Los acopladores de imanes permanentes del tipo general descrito en la patente norteamericana nº 5.477.094 presentan un rotor de imanes y un rotor de conductores que interactúan, con el fin de transmitir potencia entre árboles de entrada y salida. El rotor de imanes presenta una pluralidad de imanes permanentes separados circunferencialmente, con sus polos opuestos separados, mediante espacios libres, de elementos electroconductores previstos en el rotor de conductores en lados axiales opuestos del rotor de imanes. En muchas aplicaciones se prefiere que los espacios libres puedan ajustarse fácilmente una vez instalado el acoplador, para conseguir un "arranque suave" a la puesta en marcha, lo que significa que, inicialmente, durante la puesta en marcha, se produce un deslizamiento en rotación notable entre los rotores, que, gradualmente, se reduce a un mínimo en pocos segundos a medida que el árbol de salida aumente su velocidad desde cero hasta un valor máximo. Se requiere menos par de arranque para accionar una carga determinada si el acoplador se adapta a la carga de modo que se experimente un arranque suave a la puesta en marcha. Por otro lado, el impacto en el sistema de transmisión de potencia es menor cuando se produce un arranque suave.

Prever el ajuste de los espacios libres permite a un acoplador magnético determinado ofrecer prestaciones máximas en una pluralidad de aplicaciones de carga sin necesidad de cambiar el número de imanes en el rotor de imanes. Permitir tal ajuste, una vez instalado el acoplador, hace posible, en la práctica, arrancar suavemente un acoplador sin tener que desmontarlo o desconectarlo, en caso de modificarse la carga en la instalación.

El volumen 017, nº 604 (M-1506), de los Resúmenes de patentes de Japón (Patent Abstracts of Japan), de 8 de noviembre de 1993, y que corresponde a la patente japonesa 05 179984 A, describe un dispositivo destinado a transmitir potencia de un motor a una unidad auxiliar a través de un acoplador magnético. En este dispositivo existe una placa de accionamiento que hace girar un imán en la proximidad de una placa conductora, cuya placa conductora está unida con una placa giratoria de la unidad auxiliar, unida con una parte fija de la unidad auxiliar por medio de una unidad de apoyo.

El volumen 1995, nº 07, de los Resúmenes de patentes de Japón, de 31 de agosto de 1995, que corresponde a la patente japonesa 07 111773 A, describe un dispositivo de acoplamiento magnético destinado a aplicar un par de rotura a un árbol giratorio.

La patente europea 0855515 describe una unidad de bomba para vehículos a motor cuyo impulsor es accionado mediante un acoplador magnético con un árbol giratorio.

El volumen 017, nº 490 (M-1474), de los Resúmenes de patentes de Japón, de 6 de septiembre de 1993, que corresponde a la patente japonesa 05 118345 A, describe un limitador de par en el que se aplica un par de retardo a un árbol giratorio mediante un par de placas de histéresis posicionadas a cada lado de un imán, estando montado el imán en los árboles giratorios.

La patente norteamericana 5.739.627 describe un acoplador de imanes permanentes ajustable en el que el par transmitido puede ajustarse haciendo girar módulos magnéticos previstos en un rotor magnético, accionado por acoplamiento magnético con un árbol accionado.

El documento norteamericano 5473209 describe un sistema de freno para un árbol de accionamiento. El sistema de freno comprende un rotor con imanes, montado en el árbol de accionamiento, y un par de placas electroconductoras no giratorias separadas del rotor mediante espacios libres. Las placas están montadas a deslizamiento, con el fin de variar la anchura de los espacios libres y controlar así el par de rotura.

El documento WO 98/47215 describe un acoplador magnético que comprende un primer disco con una agrupación de imanes permanentes y destinado a girar en torno a un primer árbol, y un segundo disco con un conductor de material compuesto y destinado a girar en torno a un segundo árbol. Los imanes y el conductor están separados de modo que la rotación del primer disco haga que el segundo disco rote por acoplamiento electromagnético.

Compendio de la invención

La presente invención tiene por objeto ofrecer un sistema de ajuste de espacio libre sencillo de utilizar en la práctica una vez instalado el acoplamiento.

La presente invención ofrece un acoplador magnético ajustable, que comprende: un primero y un segundo árboles giratorios con un eje de rotación coaxial; una jaula montada en dicho primer árbol y que rodea a dicho eje; un rotor de imanes montado en dicho segundo árbol y que se extiende radialmente dentro de dicha jaula a partir de dicho segundo árbol, conteniendo dicho rotor imanes permanentes; dos unidades electroconductoras montadas de modo movible en dicha jaula y separadas de dichos imanes mediante espacios libres en extremos opuestos del rotor de imanes; medios de ajuste de espacio libre para controlar la posición axial de dichas unidades electroconductoras en relación con dicha jaula y dicho rotor de imanes, destinados a variar, selectiva e independientemente, cada uno de dichos espacios libres; y tuercas enroscadas en las partes de extremo roscadas 22b, 22c, de los pernos 22, para mantener juntos los pernos y los miembros 18, 20 de montaje a modo de unidad rígida.

Un par de manguitos escalonados 27a, 27b respectivos reciben las espigas 22a de los pernos y actúan a modo de correderas para un par de unidades conductoras 28, 29, que comprenden un par de anillos electroconductores 30a, 30b, preferiblemente de cobre, y un par de anillos magnéticos 31a, 31b de apoyo, preferiblemente de hierro dulce. Los anillos electroconductores se aseguran en los anillos de apoyo mediante tornillos 32 con espigas enroscadas en los miembros de apoyo 31a, 31b y con cabezas biseladas asentadas en los anillos 30a, 30b, a ras de las caras de los anillos adyacentes al rotor 12 de imanes. Orificios complementarios 33a, 34a en los anillos 30a-30b y 31a-31b contienen los manguitos 27a, 27b.

Los anillos 31a, 31b de apoyo presentan agujeros biselados 36 previstos en coincidencia con orificios roscados 37 en los miembros 18, 20 de montaje de la jaula 10. Hay pernos 38 de ajuste enroscados en los orificios 37 y presentan cabezas biseladas 38a que pueden girar libremente en los agujeros biselados 36 de los anillos 31a, 31b de apoyo al ser hechos girar por aplicación de una herramienta en los extremos exteriores de los pernos. Para recibir la herramienta, los extremos de los pernos 38 pueden estar ranurados, rebajados o configurados externamente con planos. Los pernos 38 disponen de pares de tuercas 39 de bloqueo.

Se apreciará que puesto que las cabezas 38a de los pernos 38 de ajuste se mantienen en los agujeros biselados 36 junto a los anillos electroconductores 30a, 30b superpuestos, el giro de los pernos 38 dará lugar al movimiento axial de las unidades conductoras 28, 29, ajustando así la anchura de los espacios libres 40, 41 entre los anillos electroconductores 30a, 30b y un grupo de imanes permanentes 42 previstos en el rotor magnético 12. Estos imanes están montados en un grupo de agujeros 43 de acoplamiento previstos con un patrón circular, que se extienden en un disco 44 de material no magnético del rotor de imanes. El disco 44 se monta en el cubo 15 mediante pernos 46.

El acoplador descrito tiene sus cubos 14, 15 fijados en los árboles 16, 17 mediante acoplamientos 46, 46' de compresión, apretados en posición mediante tornillos 46a. Antes de montar el acoplador en los árboles 16-17, normalmente, se montan los anillos 31, 31b de apoyo, mediante los pernos 38 de ajuste, en el disco 18 y el anillo 20 de montaje, una vez insertados los manguitos 27a, 27b, y, luego, se montan los anillos electroconductores 30a, 30b en los anillos de apoyo mediante los tornillos 32, con el fin de formar subconjuntos. A continuación, el cubo 14 y el subconjunto que comprende el disco 18 y la unidad conductora 28 se aplican con el árbol 16, y el otro subconjunto, que comprende al anillo 20 y la unidad conductora 29, se inserta en el extremo abierto del árbol 17 rodeando, sin apriete, este árbol. El paso siguiente consiste en instalar la unidad 12 de rotor de imanes, montando su cubo 15 en el árbol 17. Entonces, se instalan los pernos 22 insertándolos por su extremo a través de los miembros 18, 20 de montaje y los manguitos 27a, 27b, de modo que cuando se apliquen las tuercas 26, la jaula 10 quede unida con las unidades conductoras 28, 29 soportadas por la jaula y separadas de los imanes 42 por espacios libres 40, 41.

Cuando el árbol 16 sea accionado mecánicamente, se inducen corrientes de Foucault en los miembros electroconductores 30a, 30b merced al flujo magnético emitido por los imanes y encerrado por los miembros férreos 31a, 31b de apoyo. El efecto magnético resultante creado en los miembros electroconductores 30a, 30b provoca la repulsión de las unidades conductoras 28, 29 del rotor 12 de imanes y da lugar a la rotación de las unidades conductoras 28, 29 y la jaula 10, accionando así el árbol 17 en respuesta a la rotación del árbol 16, pero con una velocidad de rotación menor, que se conoce como deslizamiento. El deslizamiento a la puesta en marcha y el deslizamiento definitivo, después de la puesta en marcha, se determinan mediante la anchura de los espacios libres 40, 41. Los tornillos 38 de ajuste hacen posible ajustar los espacios libres una vez instalado y hecho funcionar el acoplador en las condiciones de carga particulares experimentadas en el sitio de uso. Los espacios libres se ajustan mediante tanteo, con el fin de regular con precisión el arranque suave y los deslizamientos operativos de manera que sean los más ventajosos en las condiciones operativas existentes en la práctica.

Para ayudar a conseguir un mismo ajuste para los tornillos 38, pueden inscribirse marcas de referencia en los miembros 18, 20 de soporte, radialmente, desde la periferia de las bocas de los orificios 37, de modo que coincidan con una muesca longitudinal de indicación en los tornillos. Además, pueden insertarse bandas de calibre en los espacios libres y apretarse los pernos 38 hasta que se detecte la misma presión en las bandas de calibre. Aunque normalmente se prefiere que los espacios libres 40, 41 tengan la misma anchura, ello no es esencial para un funcionamiento eficaz del acoplador.

Las figuras 2 y 3 muestran una segunda realización de la invención, en la que se varía el mecanismo de ajuste específico. Por otro lado, las partes comunes a la primera realización tendrán las mismas referencias. En la segunda realización un grupo de conjuntos 50 de pernos de ajuste están posicionados entre los pernos separadores 22, extendiéndose paralelamente a ellos. Cada conjunto 50 de pernos de ajuste comprende componentes 51-52 de perno unidos mediante un acoplador 53 de manguito. El componente 51 de perno presenta una sección de cabeza redonda 51a, una sección roscada intermedia 51b y una sección de espiga 51c, preferiblemente, con uno o más lados planos 51d, pudiendo presentar, por ejemplo, una sección transversal cuadrada, como se muestra en la figura 3. Igualmente, el componente 52 de perno presenta una sección de cabeza redonda 52a, una sección roscada intermedia 52b y una sección de espiga 52c, preferiblemente, con uno o más lados planos que complementen la sección 51c de espiga. Las roscas en las secciones roscadas 51b-52b tienen el mismo paso, pero sus direcciones son opuestas. El acoplador 53 de manguito presenta un ánima longitudinal 53a destinada a recibir las secciones 51c, 52c de espiga e interactuar con ellas de modo que cuando los componentes 51-52 de perno estén acoplados entre sí mediante el acoplador 53 de manguito, giren simultáneamente. Hay tornillos 54, 54' de ajuste enroscados en agujeros radiales adyacentes a extremos opuestos del manguito 53 que se aplican con un lado plano de las secciones 51c, 52c de espiga y mantienen el manguito en contra del movimiento hacia los extremos en relación con la unidad 50 de perno asociada. Las secciones 51, 52a de cabeza de los componentes de perno están configuradas con ranuras circunferenciales para recibir pinzas 56 en C, y sus extremos exteriores están ranurados o conformados de otro modo con el fin de recibir un destornillador u otra herramienta que permita hacer girar, selectivamente, los conjuntos 50 de pernos de ajuste.

Para recibir los componentes 51-52 de perno de ajuste el disco 18 de montaje, las unidades conductoras 28-29 y la placa 20 de montaje presentan grupos de agujeros de coincidencia. Los agujeros que atraviesan las unidades conductoras 28-29 están roscados en sentidos opuestos con el fin de casar con las secciones roscadas 51b, 52b, respectivamente, de los componentes de perno de ajuste, y, preferiblemente, los agujeros que atraviesan los miembros 18, 20 de montaje están dimensionados para poder recibir, a deslizamiento, los componentes 51-52 de perno.

Los conjuntos 50 de pernos de ajuste, en posición operativa, están roscados en las unidades conductoras 28, 29, se extienden hacia fuera a través de los componentes 18, 20 de montaje de la jaula 10, y están asegurados contra el movimiento en dirección a los extremos, en relación con la jaula, merced a las pinzas 56 en C. Resultará evidente que cuando las unidades 50 de pernos de ajuste sean hechas girar se dará lugar a movimientos axiales similares de las unidades conductoras 28, 29 a lo largo de los separadores 22, en dirección al rotor 12 de imanes, o en dirección opuesta a él, en función de la dirección de giro seleccionada para los conjuntos de pernos de ajuste. De ese modo, se consigue el mismo ajuste de los espacios libres 40, 41, simplemente, haciendo girar progresivamente los conjuntos 50 de pernos.

El montaje de la segunda realización se realiza como en la primera realización, a excepción de la operación de aplicar los pernos 38 de ajuste, que se elimina, y las unidades 50 de pernos de ajuste, preferiblemente con las pinzas 56 en C en posición, se instalan, como operación final, una vez montada la jaula por aplicación de los pernos separadores 22. La instalación de las unidades 50 de pernos puede hacerse enroscando el componente 51 de perno en la unidad conductora 28, con la unidad conductora en posición de espacio libre máximo, de apoyo a tope contra el disco 18 de montaje, e, igualmente, enroscando el otro componente 52 de perno en la otra unidad conductora 29 cuando ésta se encuentre en posición de espacio libre máximo, de apoyo a tope contra la placa 20 de montaje, después de hacer deslizar, completamente, el manguito 53 de acoplamiento en la espiga 51c. Durante la instalación descrita de los componentes 51, 52 de perno, éstos se enroscan en las unidades conductoras 28, 29 hasta que las pinzas 56 en C se apliquen ligeramente con las caras exteriores del disco 18 y de la placa 20 de montaje. A continuación, el manguito 53 es desplazado en dirección longitudinal, parcialmente, en la espiga 52c contigua, y los tornillos 54, 54' de ajuste se aprietan contra las espigas 51c, 52c. Merced a la disposición descrita, el manguito 53 hace que los componentes 51, 52 de perno giren simultáneamente, el conjunto 54, 54' de tornillos de ajuste impide que se separen, y las pinzas 56 en C evitan que la unidad 50 de pernos de ajuste montada se mueva en dirección a los extremos, en relación con la jaula 10. Resultará evidente que en esta realización puede preverse un resalto anular en los componentes de perno 51, 52 en lugar de las pinzas 56 en C.

Las figuras 4-5 muestran una tercera realización en la que el mecanismo de ajuste de espacio libre comprende tensores 70 que se extienden, entre las unidades conductoras, entre los pernos separadores 22. Cada tensor 70 presenta dos espigas 71-72 de perno, no giratorias, formadas por secciones de extremo opuestas 71a-72a enroscadas en un manguito central 73 de acoplamiento. Las roscas de las secciones 71a-72a de extremo son inversas y actúan conjuntamente con las roscas del ánima del manguito 73, de modo que cuando el manguito sea hecho girar las espigas 71-72 se muevan, simultáneamente, una en dirección a otra, o en dirección opuesta, en función de la dirección en la que el manguito sea hecho girar. Las espigas 71-72 del tensor pueden mantenerse aplicadas, de modo fijo, con los rotores 28, 29 de conductores de cualquier manera adecuada. Por ejemplo, pinzas en U 74 pueden interactuar con las espigas 71-72 y ajustar en torno al reborde de los rotores de conductores. En tal caso, las pinzas 74 en U pueden presentar ramas bifurcadas 74a, 74b que interactúen con ranuras 75 en las espigas 71-72. Como se muestra en la figura 5, las partes ranuradas de las espigas pueden presentar una sección transversal cuadrada para ofrecer planos que se apliquen con bordes interiores planos 74c de las bifurcaciones de las ramas 74a, 74b de la pinza. Hay tornillos 76 que atraviesan la banda central 74d de las pinzas en U y se enroscan en el reborde de los rotores de conductores, con el fin de fijar las pinzas 74 y los tensores 70 en posición. Preferiblemente, los manguitos 73 presentan una configuración exterior hexagonal de manera que puedan recibir una llave inglesa para su ajuste, o están dotados de agujeros radiales para recibir una herramienta que permita hacerlos girar, a fin de extender o retraer los tensores para, correspondientemente, aumentar o reducir los espacios libres 40-41.

Aunque se prefiere posicionar el rotor de imanes entre dos elementos conductores 30a-30b, la jaula 10 puede presentar dos rotores de imanes en lugar de los elementos conductores, y un solo rotor de conductores en lugar del rotor 12 de imanes. En este caso, el rotor de conductores, preferiblemente, comprendería dos anillos conductores montados en lados opuestos de un disco férreo asegurado mediante los pernos 46 en el cubo 15.

A partir de lo que antecede se apreciará que, aunque en este documento se han descrito realizaciones específicas de la invención con fines ilustrativos, pueden hacerse diversas modificaciones sin desviarse del alcance de la invención, definido mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

1. Un acoplador magnético ajustable, que comprende:

un primero (16) y un segundo (17) árboles giratorios, con ejes de rotación coaxiales;

una jaula (10) montada en dicho primer árbol (16) y que rodea a dicho eje; y

un rotor (12) de imanes montado en dicho segundo árbol (17) y que se extiende radialmente dentro de dicha jaula (10) desde dicho segundo árbol (16), conteniendo dicho rotor imanes permanentes (42).

caracterizado porque el acoplador magnético ajustable, además, comprende;

dos unidades electroconductoras (30a, 30b) montadas de modo movible en dicha jaula (10) y separadas mediante espacios libres (40, 41) de dichos imanes (42) en extremos opuestos del rotor (12) de imanes; y

medios de ajuste de espacio libre para controlar la posición axial de dichas unidades electroconductoras (30a, 30b) en relación con dicha jaula (10) y dicho rotor (12) de imanes, susceptibles de variar, selectiva e independientemente, cada uno de dichos espacios libres.

2. Un acoplador según la reivindicación 1, en el que los medios de ajuste de espacio libre están acoplados con la jaula (10) y pueden ajustarse, a rotación, con el fin de mover dichas unidades electroconductoras (30a, 30b), selectivamente, en relación con los imanes (42).

3. Un acoplador según la reivindicación 1, en el que dicha jaula (10) incluye miembros alargados que se extienden paralelamente a dicho eje, y dichas unidades electroconductoras (10) están montadas a deslizamiento en dichos miembros.

4. Un acoplador según la reivindicación 3, en el que dichos medios de ajuste de espacio libre incluyen pernos (38, 50) de ajuste que se extienden entre dicha jaula (10) y dichas unidades electroconductoras (30a, 30b) de modo que el giro de los pernos (38, 50) de ajuste haga variar dichos espacios libres (40, 41) merced al posicionamiento de dichas unidades electroconductoras (30a, 30b) a lo largo de dichos
miembros.

5. Un acoplador según la reivindicación 3, en el que dichos medios de ajuste de espacio libre incluyen tensores (70) que se extienden entre dichas unidades electroconductoras (30a, 30b) para moverlas, simultáneamente, en direcciones opuestas, acercándolas a dicho rotor (12) de imanes, o alejándolas de él, con el fin de variar dichos espacios libres (40, 41).

6. Un acoplador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dichos medios de ajuste de espacio libre incluyen una unidad (50) de pernos de ajuste con secciones roscadas (51b, 52b) en direcciones opuestas, interactuando dichas secciones roscadas (51b, 52b) con dichas unidades electroconductoras (30a, 30b) de modo que, correspondientemente, el giro de tal unidad (50) de pernos de ajuste haga mover las unidades electroconductoras, simultáneamente, en direcciones opuestas.

7. Un acoplador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha jaula (10) comprende un disco (18) de montaje previsto en dicho primer árbol (16), un anillo (20) de montaje separado axialmente de dicho disco (18) de montaje, y miembros separadores (22) que se extienden entre dichos disco (18) y anillo (20), radialmente hacia fuera en relación con dicho rotor (12) de imanes, estando montadas dichas unidades electroconductoras (30a, 30b), a deslizamiento, en dichos miembros separadores (22).

8. Un acoplador según la reivindicación 7, en el que dichos medios de ajuste de espacio libre comprenden un primer grupo de pernos (38) de ajuste de espacio libre, que se extienden entre dicho disco (18) de montaje y una de dichas unidades electroconductoras (30a), y un segundo grupo de pernos (38) de ajuste de espacio libre, que se extienden entre dicho anillo (20) de montaje y la otra de dichas unidades electroconductoras (30b).

9. Un acoplador según la reivindicación 8, en el que dicho primer grupo de pernos de ajuste de espacio libre están aplicados, a rosca, con dicho disco (18) de montaje, y dicho segundo grupo de pernos de ajuste están aplicados, a rosca, con dicho anillo (20) de montaje.