JP2007089396A - 調節可能な永久磁石連結器 - Google Patents

Abstract

【課題】空気間隙から独立して、そして「ソフトスタート」を達成するために使用され得るような、トルク変化のための構成を備えた永久磁石連結器を提供すること。
【解決手段】磁石ユニットと、この磁石ユニットから間隙によって間隔を置かれた電気伝導性ユニットとを有する調節可能な連結器であって、このユニットのうちの１方が他のユニットに対して回転され得るようにこのユニットが回転軸に配置され、この磁石ユニットが、この電気伝導性ユニットに面する極性の反対な２個の磁石極を各々与える複数の磁石モジュールを有し、このモジュールが、トルク調節のために、この磁石ユニット内で回転可能である、調節可能な連結器を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁石ローターが、電気伝導性ローターから間隔を置かれた永久磁石を有するタイプの磁石駆動に関する。より詳細には、本発明は、永久磁石連結器のトルク伝達能力を変化させることに関する。

本発明者らが参照した同時継続出願において、永久磁石駆動が示され、ここで、磁石ローター上の永久磁石が磁石ローターの反対側に配置された電気伝導性ローター上の電気伝導性素子から空気間隙によって間隔を置かれている。この磁石は、１群あたり２つの磁石を有する複数の群に配列され、そして各群が各電気伝導性素子に面した反対の極性の極を有するように、各群が各群の磁石の逆の極を有する。トルクの変化は、極表面と電気伝導性素子との間の空気間隙を変化させることによって達成される。

本発明は、空気間隙から独立して、そして「ソフトスタート」を達成するために使用され得るような、トルク変化のための別の構成を提供する。

本発明によれば、各群における２つの並行する永久磁石が、それぞれの円形ホルダー（これは、磁石ローターのディスク状本体における回転ポケット内で回転可能である）において磁石モジュールとして配置される。この構成により、２つの並行する磁石の隣接側面間の中間平面（ｎｅｕｔｒａｌ ｐｌａｎｅ）が、最大トルク位置（該中間平面がローターの回転軸から放射状に向く位置）から最小トルク位置（中間平面が最大トルク位置に対して直交する位置）に、ホルダーを回転させることにより、磁石ローターの回転軸まわりに動かされ得る。

本発明の最も簡潔な形態において、磁石モジュールは、個々に調節され、そして調節される位置に止めねじで固定される。より複雑な構成においては、モジュールは調節される位置に同時に回転され得る。１つのホルダーが回転されるか、またはサンギアが回転される時に同時に回転するように、サンギアと噛み合うホルダーに歯が設けられ得る。

上記目的を達成するために、本発明は、具体的に以下の手段を提供する。
（項目１）
その中に複数の開口部を有する磁石ローターと、
この磁石ローターから間隙によって間隔を置かれた電気伝導性ローターとを有する調節可能な連結器であって、
この磁石ローターおよびこの電気伝導性ローターのうちの１方がこの磁石ローターおよびこの電気伝導性ローターの他方に対して回転され得るようにこの磁石ローターおよびこの電気伝導性ローターが回転軸に配置され、
この磁石ローターが、各々がこの磁石ローターの複数の開口部の１つに位置決めされ、かつ各々がこの電気伝導性ローターに面する反対の極性の２個の磁石極を含む複数の磁石モジュールを有し、
この磁石モジュールの各々が、トルク調節のために、この磁石ローターの複数の開口部の各々内で回転可能である、調節可能な連結器。
（項目２）
各々のモジュールにおける上記２個の磁石極が、２個の互いに並行する永久磁石によって設けられる、項目１に記載の調節可能な連結器。
（項目３）
各々のモジュールにおける上記磁石が、上記磁石ローター内で回転可能な各ホルダー上に設置される、項目２に記載の調節可能な連結器。
（項目４）
各々の上記ホルダーがプラネタリギアを有し、そして上記磁石ローターがさらに、サンギアの回転に応じて各々のこのホルダーが同程度回転され得るように、このプラネタリギアセクションと噛み合うサンギアとを有する、項目３に記載の調節可能な連結器。
（項目５）
上記ホルダーが、上記磁石ローターによって送られるモーターに連結され、このモーターの操作に応じてこのホルダーが同程度回転される、項目３に記載の調節可能な連結器。
（項目６）
上記電気伝導性ローターが、上記磁石ローターの各々の端部に面し、そして上記磁石極の近位から間隙によって間隔を置かれた電気伝導性ディスクを含む、項目１に記載の調節可能な連結器。
（項目７）
各々の磁石モジュールが、上記回転軸に平行な中間平面と反対側に２個の並行する磁石を有し、この２個の磁石が各々、この２個の磁石の他方と逆の極を有する、項目６に記載の調節可能な連結器。
（項目８）
モーターが、このモーターの操作が各々の上記モジュールを同程度回転するように、上記磁石ローター上に配置され、そして各々のこのモジュールとの駆動連結部を有する、項目１に記載の調節可能な連結器。
（項目９）
上記磁石ローターおよび上記電気伝導性ローターが同軸の回転軸まわりに回転するように軸受け配置されて、そしてこのモーターを選択的に作動させる制御手段が設けられる、項目８に記載の調節可能な連結器。
（項目１０）
上記モーターが電気装置であり、そしてこのモーターまで上記磁石ローター中の開口部を通過する電力リード線を介して作動される、項目９に記載の調節可能な連結器。
（項目１１）
上記モジュールを互いに調節された位置に維持する手段が、上記磁石ローターに設けられる、項目１に記載の調節可能な連結器。
（項目１２）
上記ユニットが互いに回転軸まわりに回転するように独立して配置され、そして上記磁石モジュールが、この回転軸に平行し、かつこの回転軸から等しく間隔を置かれたそれぞれのモジュール軸まわりに回転するように配置される、項目１に記載の調節可能な連結器。
（項目１３）
上記磁石ローターが、この磁石ローターに対して上記回転軸まわりに回転させるように配置されたサンギアと、このサンギアと上記モジュールを結合し、このモジュールをこのサンギアの回転に応じて同程度回転するためのギアとを有する、項目１２に記載の調節可能な連結器。
（項目１４）
回転軸まわりに回転するように配置され、そしてその中に開口部を有する磁石ローターと、この磁石ローターを回転軸まわりに独立して回転するように配置された電気伝導性ローターとを備える調節可能な連結器であって、
この磁石ローターが、この電気伝導性ローターから間隙によって間隔を置かれ、そしてこの磁石ローターの開口部の内部でトルク調節のために、この磁石ローターの開口部中に位置決めされる磁石モジュール含む、調節可能な連結器。
（項目１５）
上記磁石モジュールが、２個の並行する永久磁石を有し、この磁石が、上記電気伝導性ローターから間隙によって間隔を置かれた反対の極性の極を含み、この２個の永久磁石の一方の側面がこの２つの永久磁石の他方の側面と接触し、この２つの永久磁石の側面が上記磁石ローターの回転軸から間隔を置かれ、そしてそれに平行な中間平面を規定して互いと接触する、項目１４に記載の調節可能な連結器。
（項目１６）
上記磁石ローターが、磁石ローターの回転軸から等しく間隔を置かれ、そして互いに等しく間隔をおかれた複数のこの磁石モジュールを有する、項目１４に記載の調節可能な連結器。
（項目１７）
上記磁ローターが、モーターの動作時に上記モジュールを回転させるように、上記モジュールとの駆動連結部を有するモーターを有する、項目１４に記載の調節可能な連結器。

本発明により、空気間隙から独立して、そして「ソフトスタート」を達成するために使用され得るような、トルク変化のための構成を備えた永久磁石連結器が提供される。

図１〜４を参照して、電気伝導性ローター９と磁石ローター１０とを有する連結器に適用された、本発明の第１の実施態様が示される。この磁石ローターは、２個の電気伝導性ディスク１１、１２（これは、電気伝導性ローターによって設けられ、そして好ましくは鉄の裏打ちディスク１３、１４を有する）の中間に配設される。ディスク１１、１２は、ディスクの外周に等しく間隔を置かれた３個以上のスペーサースリーブ１６によって離され、ディスク１１、１２と磁石ローター１０との間の空気間隙１７、１８を規定する。裏打ちディスク１４から、電気伝導性ディスク１２、スリーブ１６、電気伝導性ディスク１１を通って伸び、そして裏打ちディスク１３の中に貫かれるものは、それぞれを連結するボルト２０である。このディスク１１、１３は、ボルト２２でハブ２４に固定され、そして磁石ローター１０は、ボルト２６でハブ２８に固定されている。次に、ハブ２４、２８は、テーパー軸受け留具３０、３１でキー３２、３３を介して独立シャフト３４、３５に固定されている。これらのシャフトの一方は、動力入力シャフトであり、もう一方は負荷に結合した出力シャフトである。適切なベアリングがシャフト３４、３５を互いに独立して支持する。

磁石ローター１０は、主要ディスク１０ａとカバーディスク１０ｂとを有し、これらはボルト２６で一緒に固定され、その外周に隣接する複数の位置決めされた円形開口部３７、３８を有する。磁石ホルダー４０を有する磁石モジュール３９が、開口部３７、３８を占める。カバーディスク１０ｂとそれぞれの開口部３８を取り囲む保持リップ３８ａとの間に保持された環状外側領域４１を与えるために、各ホルダー４０は凹んだ外側端部を有する。１対の矩形の永久磁石４２、４３を受けるために、各ホルダーに矩形の切削部が設けられる。これらの永久磁石は、その間に中間平面４４を有するそれらの反対の側面で並行に配置され、そして電気伝導性ディスク１１、１２に面するそれらの反対の極を有する。磁石４２、４３の極は、互いに逆にされる。すなわち、磁石４２のＮ極と磁石４３のＳ極とは、同一の方向で面している。磁石４２、４３の隣接する側面間の中間平面４４は、シャフト３５の回転軸に平行で、そしてこの面は、最大トルク性能（図４Ａ）においてこの回転軸を含む。最小トルク性能（図４Ｃ）については、磁石モジュール３９は最大トルク性能位置から１／４回転され、従って、最大トルク性能の位置に対して垂直な位置に中間平面４４を配置する。ホルダーの領域４１が磁石モジュール３９を、それらの最大性能位置と最小性能位置の間の選択されたトルク性能位置（例えば、図４Ｂ）に固定させるために、止めねじ４５は、主要ディスク１０ａの外周から放射状に伸びるねじ穴４６に止められる。第１の実施態様のトルク伝達能力は、全ての磁石モジュール３９を同程度回転させることのみによって変化され得ず、磁石モジュール３９を異なる程度回転させることによってもまた変化され得る。ホルダー４０は、しるし（ｉｎｄｉｃｌａ）によって主要ディスク１０ａまたはカバーディスク１０ｂ上に記録して磁石モジュール３９の方向を示し得る放射状のしるしの露出したセットを有し得る。

磁石モジュールは速度調整のために、中心のサンギアと噛み合うプラネタリギアを各磁石ホルダーに設けることにより同時に回転され得、従って、サンギアが回転されるか、または１個のプラネタリギアが回転される時に、全てのプラネタリギアが同程度回転される。

第２の実施態様を示す図５〜７を参照して、改変された磁石ローター１０’は、前方に面する環状溝部６４を有して形成された裏打ちディスク６２を有し、このディスクはその外側外周で、等しく間隔を置かれた複数の円形ポケット６５（それぞれが直径の減少した環状背面保持リップ６６を有する）と交差する。環状溝部６４は、センターポスト７２を取り囲むセンター溝部７０から放射状に広がる扇形の凹部６８と交差する。裏打ちディスク６２は、その外側端部に前方に突出した外周リップ７４を有する。

円形磁石ホルダー７６を有する磁石モジュール７５はポケット６５に適合する。歯７７’（これは、サンギアリング７８と噛み合う）を有して形成され、円形溝部６４に配設された、幅の減少したプラネタリギアリング７７を形成するために、各磁石ホルダーは、その前面および背面の外側端部で凹まされている。サンギア７８は、凹部６８内でボールベアリングユニット８２でセンターポスト７２に軸受けされるハブ８０に対して内側に向かって放射状のスポークアーム７９を有する。

各磁石ホルダー７６は、１対の並行する永久磁石４２’、４３’を収容するために、矩形の切削部８４を有する。各磁石モジュールが、各軸方向において面するＮ極とＳ極とを有し、そして各磁石の極が、対応する他の磁石の極に対して逆にされるような位置に、これらの永久磁石は固定され、配置される。上述のように、各磁石モジュールにおける２個の磁石は、中間平面４４の反対の面に隣接側面を有し、各中間平面は磁石ローターの回転軸に平行で、磁石ローターが所定の負荷に対して最大トルク性能位置に磁石モジュールを有する時（図７に図示）に、回転軸を通って伸びる。

裏打ちディスク６２は、キードシャフト３５’上に配置されたハブアッセンブリ９０にボルト８８で連結され、次いで（ｉｎ ｔｕｒｎ）、ハブプレート８７にボルト８６で固定される。環状カバープレート９２は、外側リップ７４とハブプレート８７のリムとの間の、裏打ちプレート６２の露出した前面を覆って適合される。カバープレート９２は、磁石モジュール７５の対応する端部を受け、かつ露出するために、間隔を置かれた円形切削部９３を外周部に有する。これらの切削部は、背面部で向かい合って中ぐりされて（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅｄ）、環状背面保持ホルダー９４を設ける。ベアリングボール９０、９１は好ましくはそれぞれ、プラネタリギアリング７６およびサンリング７８の前面と背面とに設けられる。

スポークアーム７９は、弓形切削部９７を介してハブプレート８７内に背面に向かって突き出る固定化ボルト９６を受けるねじ穴９５を有し、よって固定化ボルト９６が締められた時にサンギア７８は磁石ローター１０’の台に対する位置に固定される。弓形切削部９７は、図７に想像線で示す。裏打ちプレート６２の扇形凹部６８は好ましくは、プラネタリギア７７の９０度の回転に対応する角度範囲にわたってスポークアーム７９が動き得るサイズである。固定化ボルト９６の手動操作でサンギア７８を回転して、磁石モジュールの中間平面４４を磁石ローター１０’の回転軸に対して所望のトルク性能位置に位置させ得ることが理解され得る。

第３の実施態様において、磁石モジュール７５の角度調節のためのサンギア７８のの回転は、凹部６８をスポークアーム７９との駆動連結部を有する可逆直流モーター１００を適合させるのに適したサイズ６８’に拡大することによってモーター化され得る。モーターの厚みを受け入れるのに必要であれば、凹部６８’の深さはモーター１００の位置に応じて増加され得、そしてハブプレート８７もまたモーターの位置に応じて凹まされる。モーター１００の駆動シャフトは、伸長され外側にねじ切りされたイクステンション１０２（内側にねじ切りされたリンク１０４で受けられる）を備え得る。このリンクは１０５においてスポークアーム７９に回転可能に（ｐｉｖｏｔａｌｌｙ）連結され、そしてモーター１００は１０６において裏打ちプレート６２に回転可能に連結される。モーターの正転および逆転の動作のための電力リード線は、裏打ちプレート６２およびハブプレート８７の開口部を介して通され得、ハブ９０の通常のスリップリングに連結され得る。これらは、正方向または逆方向に選択的にモーター１００を作動させるための、制御モジュールからの定置リード線上のターミナルに標準的仕様で連結された交替（ｉｎ ｔｕｒｎ）スリップである。この配置により、負荷のトルク調節のために磁石モジュールは、連結器から遠隔の制御場所から意のままに選択的に調節され得る。

本発明の、記載のモーター化されない（ｎｏｎ−ｍｏｔｏｒｌｚｅｄ）第１および第２の実施例は、連結器のトルク伝達能力を駆動モーターからの既知の一定の負荷を駆動するために調節し得、よって駆動モーターのスタートアップの間に、負荷がそれによってソフトスタートを達成する前に、駆動モーターを最高速度に達し得るに十分なスリップが連結器ローター間にある。このようなソフトスタートは、全時間にわたって負荷が直接に駆動モーターに連結される場合よりも、より少ないエネルギー消費と、より少ない馬力の駆動モーターとを必要とする。

記載のモーター作動された第３の実施態様の構成は、「ソフトスタート」の様々な遠隔制御を設けるが、これは、磁石モジュール７５が最初に設置され得（例えば、その最小性能位置（図９）に）、次いで駆動モーターが最高速度に達している時に、磁石モジュールが遠隔制御によって、その最大性能位置（図８）に回転され得るためである。
本発明はまた、駆動モーターが一定の高い速度で作動する一方で、負荷（例えば、ポンプ）の速度が最大効率速度レベルに設定され得るように、連結器を調節し得る。

前述の記載から、本発明の特定の実施態様が例示の目的により本明細書中で記載されているが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改変がなされ得ることが理解される。従って本発明は、添付の請求の範囲によるものを除いて、制限されない。

図１は、本発明による調節可能な連結器の、第１の実施態様による垂直断面図である。 図２は、図１に示した磁石ローターの部分拡大垂直断面図である。 図３は、図２において３−３線で示すようにカバープレートが取り除かれた断片正面図である。 図４Ａ〜４Ｃは、第１の実施態様の磁石モジュールの最大トルク位置、中間トルク位置、および最小トルク位置をそれぞれ示す、カバープレートを取り除いた磁石ローターの正面図である。 図５は、調節可能な連結器の第２の実施態様を示す、図１と同様の垂直断面図である。 図６は、図５に示したローターの部分拡大垂直断面図である。 図７は、第２の実施態様の磁石ローターの、図５において７−７線で示すようにカバープレートおよびハブプレートが取り除かれた正面図であり、磁石モジュールは最大トルク位置にある。 図８は、調節可能な連結器の第３の実施態様の磁石ローターの、図７と同様の正面図であり、磁石モジュールは同じく最大トルク位置にある。 図９は、図８と同様の正面図であり、磁石モジュールは最小トルク位置にある。

符号の説明

電気伝導性ローター ９
磁石ローター １０
電気伝導性ディスク １１、１２
独立シャフト ３４、３５
開口部 ３７、３８
磁石モジュール ３９
永久磁石 ４２、４３
中間平面 ４４
プラネタリギア ７７

Claims (1)

1. 磁石ローターと、該磁石ローターから間隙によって間隔を置かれた電気伝導性ローターとを有する調節可能な連結器であって、該ローターのうちの１方が他のローターに対して回転され得るように該ローターが回転軸に配置され、該磁石ローターが、該電気伝導性ローターに面する極性の反対な２個の磁石極を各々与える複数の磁石モジュールを有し、該モジュールが、トルク調節のために、該磁石ローター内で回転可能である、調節可能な連結器。

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