NO314918B1

NO314918B1 - Justerbar permanentmagnet-kopling

Info

Publication number: NO314918B1
Application number: NO19981739A
Authority: NO
Inventors: Karl J Lamb
Original assignee: Magna Force Inc
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2003-06-10
Also published as: EP0856208B1; AU7454296A; DK0856208T3; JP4067059B2; WO1997015109A1; NO981739D0; BR9611058A; JPH11513877A; BR9611058B1; EP0856208A1; AU710537B2; CA2235472A1; CA2235472C; JP4205746B2; DE69618655T2; KR100467880B1; ATE211593T1; US5739627A; KR19990066941A; ES2170883T3

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse gjelder magnetiske drivkoplinger av den type hvor en magnetrotor oppviser permanentmagneter i avstand fra en elektrisk ledende rotor. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen variasjon av evnen til dreiemomentoverføring ved permanentmagnetkoplere.

Oppfinnelsens bakgrunn

Fra U.S. Patent No. 3,864,587 er kjent en magnet-turbin med et anker som er montert for rotasjon om en rotasjonsakse. Hver av et antall permanentmagneter som bæres av ankeret, er magnetisk orientert, slik at hver tilstøtende magnet har motsatt rettede magnetiske polariteten En drivrotor har et antall permanentmagneter, og hver av disse er roterbart montert i en fast radial posisjon i forhold til anke-rets rotasjonsakse, og er anbrakt i magnetisk nærhet til permanentmagnetene som ankeret bærer. Det er tilveiebrakt en anordning for å drive alle drivrotor-permanentmagnetene med samme fart og i samme retning. Hver av drivrotor-permanentmagnetene er magnetisk orientert for å rotere ankeret med en hastighet som er proporsjonal med drivrotor-permanentmagnetenes rotasjonshastighet. Drivrotor-magnetenes rotasjon trekker anker-magnetene i motsatt retning etter at en innledende, magnetisk låst tilstand overvinnes ved hjelp av en inngangs-drivanordning.

Fra JP 4207957 er videre kjent en anordning med permanentmagneter montert på indre og ytre ringer og som omfatter magnetiske legemer montert roterbart i åtte sylindriske hull som er laget i rørformede, permeable legemer som er anbrakt henholdsvis på de innvendige og utvendige overflatene på rørformede, magnetiske legemer som utgjør de nevnte indre og ytre ringene. En arm for å dreie retningen for de magnetiske legemenes magnetpoler koples så gjennom et balansepunkt, og de indre og ytre ringenes rørformede, magnetiske legemer er utstyrt henholdsvis med anordninger for å styre armens bevegelse. Permanentmagnetenes N- og S-poler er rettet i omkretsvis retning for å bevirke magnetisk funksjon mellom tilstøtende permanentmagneter, og kansellerer derved magnet-krefter som virker mellom de indre og ytre ringene.

Videre er det fra tysk bruksmønster DE 8905214 U1 kjent en lodde-anordning med en pumpeanordning som besørger bevegelse av smeltet lodde-tinn. Pumpeanordningen har en drivaksel med en magnetkopling. Magnetkopling-en er basert på et antall permanentmagneter på begge sider.

I en angitt samtidig løpende patentsøknad er det vist en permanentmagnet-drivinnretning hvor permanentmagnetene på en magnetrotor er atskilt ved luftgap fra elektrisk ledende elementer på en elektrisk ledende rotor som er anordnet på motsatte sider av magnetrotoren. Magnetene er anordnet i grupper på to magneter pr. gruppe, og hver gruppe har polene på sine magneter reversert slik at hver gruppe har poler med motsatt polaritet vendt mot hvert av de elektriske ledende elementer. Dreiemomentforandringer oppnås ved å variere luftgapene mellom polflatene og de elektrisk ledende elementer. Foreliggende oppfinnelse angir et alternativt arrangement for dreiemomentforandringer som er uavhengig av luftgapene og kan anvendes for å oppnå en «myk start».

Sammenfatning av oppfinnelsen

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en justerbar kopling som omfatter en magnetenhet og en elektrisk ledende enhet adskilt ved et gap fra magnetenheten, idet de nevnte enheter er montert slik at en av dem kan roteres i forhold til den andre enheten om en rotasjonsakse. Den justerbare koplingen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes særskilt ved at magnetenheten inneholder flere magnetmoduler som hver omfatter to magnetpoler med innbyrdes motsatt polaritet vendt mot den elektrisk ledende enheten, og at modulene kan dreies inne i magnetenheten for dreiemoment-innstilling.

Fordelaktige utførelsesformer av den justerbare koplingen ifølge oppfinnelsen, fremgår av de vedføyde uselvstendige patentkravene 2-16.

Grupper med to permanentmagneter side ved side slik som nevnt ovenfor, kan således være montert i hver gruppe som en. magnetmodul i hver sin sirkulære holder som er dreibar i en rund lomme i det skiveliknende legeme som utgjør magnetrotoren. Ved dette arrangement kan nøytralplanet mellom de nærliggende sideflater av de to magneter side ved side beveges i forhold til magnetrotorens rotasjonsakse ved å dreie holderen fra en stilling med maksimalt dreiemoment, hvor nøytralplanet stråler ut fra rotorens rotasjonsakse, til en stilling med minimalt dreiemoment, hvor nøytralplanet er rettet vinkelrett på sin stilling ved maksimalt dreiemoment.

I den enkleste utførelsesform av oppfinnelsen blir magnetmodulene justert hver for seg og låst i den innstilte stilling ved hjelp av en settskrue. Ved et mer komplisert arrangement kan modulene dreies samtidig til en innstilt stilling. Denne kan være anordnet på holderne i tann inngrep med et soltannhjul, slik at alle dreies samtidig når en av holderne dreies eller soltannhjulet dreies.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser et vertikalt snitt gjennom en første utførelse av en justerbar kopling i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et forstørret vertikalt snitt gjennom en del av den magnetrotor som er vist i fig. 1, Fig. 3 viser et deloppriss tatt med dekkplaten fjernet, slik som angitt ved linjen 3-3 i fig. 2, Fig. 4a-4c viser forskjellige oppriss av magnetrotoren med dekkplaten fjernet, og som henholdsvis angir innstillingen ved maksimalt dreiemoment, innstillingen ved midlere dreiemoment, og innstillingen ved minste dreiemoment for magnetmodulene i den første utførelse, Fig. 5 viser et vertikalt snitt tatt som i fig. 1 og som viser en annen utførelse av den justerbare kopling, Fig. 6 viser et forstørret vertikalt snitt gjennom en del av den rotor som er vist i fig. 5, Fig. 7 er et oppriss av magnetrotoren i den annen utførelse og tatt som angitt ved linjen 7-7 i fig. 5, men med dekkplaten og navplaten fjernet, samt med magnetmodulene i den stilling som gir maksimalt dreiemoment, Fig. 8 er et oppriss av en magnetrotor i en tredje utførelse av den justerbare kopling og tatt slik som i fig. 7, idet magnetmodulene også her befinner seg i den stilling som gir maksimalt dreiemoment, og Fig. 9 er et oppriss av samme art som fig. 8, men med magnetmodulene i en stilling som gir minimalt dreiemoment.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

I fig. 1-4 er det vist en første utførelse av oppfinnelsen ved en kopling som har en elektrisk ledende rotor 9 samt en magnetrotor 10 som befinner seg midjt-veis mellom to elektrisk ledende skiver 11-12 som er påført den elektrisk ledende rotor og fortrinnsvis har skiver 13-14 av jernmateriale på baksiden. Skivene 11-12 er atskilt ved et tre eller flere avstandsmuffer 16 som er jevnt fordelt langs skivenes omkrets for å danne luftgap 17-18 mellom skivene 11 -12 og magnetrotoren 10. Gjennom de bakre skiver 14, de elektrisk ledende skiver 12, muffene 16, de elektriske ledende skiver 11, samt gjenget inn i de bakre skiver 13 er det anordnet forskjellige festebolter 20. Skivene 11,13 er festet ved hjelp av bolter 22 til et nav 24 og den magnetiske rotor 10 er ved hjelp av bolter 26 festet til et nav 28. Nave-ne 24, 28 er i sin tur festet ved hjelp av avsmalnende bøssingsbeslag 30, 31 over nøkkelstykker 32, 33 til hver sin aksel 34-35, hvorav den ene er en drevet inn-gangsaksel og den andre er en utgangsaksel koplet til en belastning. Passende lagre understøtter akslene 34-35 uavhengig av hverandre.

Den magnetiske rotor 10 omfatter en primærskive 10a og en dekkskive 10b, som holdes sammen ved hjelp av bolter 26 og har flere innrettede sirkulære åpninger 37-38 nær skivenes omkrets. Magnetmoduler 39 med magnetholdere 40 opptar åpningene 37-38. Hver holder 40 har forsenkede ytterkanter for å danne en ringformet ytre kam 41 som fastholdes mellom dekkskiven 10b og en holdeleppe 38a som omgir vedkommende åpning 38. En rektangulær utskjæring er anordnet i hver holder for å kunne et par rektangelformede permanentmagneter 42-43 som er plassert i stilling side ved side, idet deres tilvendte sideflater danner et nøytralplan 44 mellom magnetene, som har motsatte poler vendt mot de elektrisk ledende skiver 11-12. Polene på magnetene 42-43 er vendt motsatt i forhold til hverandre, hvilket vil si at nordpolen på magnet 42 og sydpolen på magnet 43 er vendt i samme retning. Nøytralplanet 44 mellom de tilstøtende sideflater av magnetene 42-43 forløper parallelt med rotasjonsaksen for akselen 35, og innstilt for maksimalt dreiemoment (fig. 4A) omfatter det denne rotasjonsakse. Ved innstilling for minimalt dreiemoment (fig. 4C) er magnetmodulene 39 dreiet en kvart omdreining fra den stilling som gir maksimalt dreiemoment, slik at nøytralplanet 44 forskyves til en stilling hvor det forløper vinkelrett på planets stilling ved maksimalt dreiemoment. Settskruer 45 er skrudd inn i gjengede utboringer 46 som forløper radialt fra den ytre omkrets av primærskiven 10a for inngrep i det kammene 41 og holderne for å låse magnetmodulene 39 i valgt stilling for det tilsiktede dreiemoment (som f.eks. i fig. 4B) mellom modulstillingene for henholdsvis maksimalt og minimalt dreiemoment. Evnen til dreiemomentoverføring i denne første utførelse kan ikke bare varieres ved å dreie samtlige magnetmoduler 39 i samme grad, men kan også varieres ved å dreie magnetmodulene 39 i forskjellig grad. Holderne 40 kan ha synlige sett av radiale innstillingsmerker som kan bringes på linje med av-merkninger på primærskiven 10a eller dekkskive-n 10b for å angi orienteringen av magnetmodulene 39.

Magnetmodulene kan dreies samtidig for hastighetsinnstilling ved å forsyne hver magnetholder med et planettanndrev i inngrep med et sentralt soltannhjul, slik at når soltannhjulet dreies, eller også når et av planettanndrevene dreies, vil dette føre til at alle planettanndrev dreies i like stor grad.

Det skal nå henvises til figurene 5-7 som viser en annen utførelse, hvor en modifisert magnetrotor 10' har en bakplate 62 som er utformet med et forover-vendt ringformet spor 64, som ved sin ytre omkrets skjæres av flere jevnt fordelte sirkulære lommer 65, som hver har en bakre ringformet holdeleppe 66 med ned-satt diameter. Det ringformede spor 64 skjæres av en sektorformet forsenkning 68 som stråler ut fra et senterspor 70 omkring en senterstamme 72. Ved sin ytterkant har bakdisken 62 en fremoverragende omkretsleppe 74.

Magnetmodulene 75 med runde magnetholdere 76 passer inn i lommene 65. Hver magnetholder er forsenket ved sin fremre og bakre ytterkant for å danne en planettær tannring 77 med redusert bredde og utformet med tenner 77' i inngrep med en sol-tannring 78 som er anordnet i det sirkelformede spor 64. Soltannhjulet 78 har en eikearm 79 som stråler innover i uttakingen 68 til et nav 80 som er opplagret på senterstammen 72 ved hjelp av en kulelagerenhet 82.

Hver av magnetholderne 76 har en rektangulær utskjæring 84 for å motta et par permantmagneter 42', 43' anordnet side ved side og festet i stilling samt ar-rangert slik at hver magnetmodul har en nordpol og en sydpol som er vendt i hver aksialretning, samt slik at polene i hver magnet er vendt motsatt i forhold til tilsvarende poler på den andre magneten. Som beskrevet tidligere, har de to magneter i hver magnetmodul sine tilvendte sideflater på motsatte sider av et nøytralplan 44, idet hvert nøytralplan forløper parallelt med magnetrotorens rotasjonsakse og strekker seg gjennom denne rotasjonsakse når magnetrotoren har sine magnetmoduler innstilt i stilling for maksimal dreiemomentoverføring til en gitt belastning, slik som vist i fig. 7.

Bakskiven 62 er festet ved hjelp av bolter 86 til en navplate 87, som i sin tur er forbundet ved bolter 88 til en navsammenstilling 90 montert på en fastkilt aksel 35'. En ringformet dekkplate 92 er tilpasset anordnet over den frilagte forside av bakplaten 62, mellom den ytre leppe 74 og kanten av navplaten 87. Dekkplaten 92 har langs sin omkrets atskilte sirkelformede utskjæringer 93 for å motta og fri-legge den tilsvarende ytterende av magnetmodulene 75. Disse utskjæringer er forsenket på baksiden for å danne ringformede bakre holdeskuldre 94. Lagerkuler 90-91 er fortrinnsvis anordnet på forsiden og baksiden av de planetære tannringer 76, henholdsvis av solringen 78.

Eikearmen 79 har en gjenget utboring 95 som mottar en låsebolt 96, og denne rager ut bakover gjennom en krum utskjæring 97 i navplaten 87, slik at når låsebolten 96 er trukket til, så vil soltannhjulet 78 bli låst i stilling i forholdt til resten av magnetrotoren 10'. Den krumme utskjæring 97 er angitt med stiplede linjer i fig. 7. Den sektorformede forsenkning 68 i bakplaten 62 har fortrinnsvis et omfang som tillater eikearmen 79 å bevege seg over et vinkelområde som tilsva-rer en 90 graders regning av planettannhjulene 77. Det vil da innses at manuell påvirkning av låsebolten 96 gjør det mulig for soltannhjulet 78 å bli dreiet til en stilling hvor nøytralplanene 44 for magnetmodulene befinner seg i den ønskede dreiemomentoverførings-posisjon i forhold til rotasjonsaksen for magnetroto-

ren 10'.

I en tredje utførelse kan dreiningen av soltannhjulet 78 for vinkelinnstilling av magnetmodulene 75 være motorisert ved å forstørre forsenkningen 68 til en størrelse 68' som er tilstrekkelig for å romme en reverserbar likestrømmotor 100 med en drivkopling til eikearmen 79. Dybden av forsenkningen 68' kan økes på monteringsstedet for motoren 100, og navplaten 87 kan også være forsenket på motorens monteringssted, hvis dette er nødvendig for tilpasning til motorens tyk-kelse. Drivakselen for motoren 100 kan være utstyrt med en langstrakt, utvendig gjenget forlengelse 102 som mottas i et innvendig gjenget forbindelsesledd 104. Dette forbindelsesledd er svingbart koplet ved 105 ti eikearmen 79, og motoren 100 er svingbart forbundet med bakplaten 62 ved 106. Krafttilførselsledninger for drift av motoren i retning fremover og bakover kan være ført gjennom åpninger i bakplaten 62 samt navplaten 87 og kan være koplet til vanlige sleperinger på navet 90. Disse er i sin tur slepende forbundet på vanlig måte til endestykker på stasjonære ledninger fra en reguleringsmodul for effekttilførsel til motoren for drei-ning i retning fremover eller bakover. Ved dette arrangement kan magnetmodulene bli innstilt etter ønske fra et styringssted fjernt fra kopleren for dreie-momentjustering av belastningen.

De beskrevne ikke-motoriserte første og andre utførelser av oppfinnelses-gjenstanden gjør det mulig å justere koplerens evne til dreiemomentoverføring med henblikk på å drive en kjent konstant belastning fra en drivmotor på en slik måte at det under oppstarting av drivmotoren vil foreligge tilstrekkelig ettersleping mellom koplingens rotorer for å tillate drivmotoren å nå full hastighet før belastningen kommer opp i denne hastighet, slik at det oppnås en myk start. En slik myk start vil medføre mindre energiforbruk og en drivmotor med færre hestekrefter enn om belastningen var direkte koplet til drivmotoren til enhver tid.

Det beskrevne motordrevne tredje utførelsesarrangement gir mulighet for en variabel fjernstyrt regulering av en «myk start», da magnetmodulene 75 innled-ningsvis f.eks. kan innstilles for minimum dreiemomentoverføring (fig. 9), og når drivmotoren har oppnådd full hastighet, kan magnetmodulene dreies ved fjernsty-ring til sin stilling for maksmal dreiemomentoverføring (fig. 8).

I henhold til oppfinnelsen er det også mulig å justere koplingen slik at belastningens hastighet (f.eks. en pumpe) kan innstilles til et hastighetsnivå med maksimal virkningsgrad, mens drivmotoren arbeider ved en konstant høyere hastighet.

Ut i fra det som er angitt ovenfor, vil det erkjennes at skjønt spesielle ut-førelser av oppfinnelsen er blitt beskrevet herfor anskuelighetens skyld, kan forskjellige modifikasjoner utføres uten at det avvikes fra oppfinnelsens idéomfang og ramme. Oppfinnelsens omfang vil således ikke være begrenset av noe annet enn de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Justerbar kopling som omfatter: en magnetenhet (10), en elektrisk ledende enhet (9) atskilt ved et gap fra magnetenheten (10), idet nevnte enheter (9,10) er montert slik at en av enhetene kan roteres i forhold til den andre enheten om en rotasjonsakse (34, 35), karakterisert ved at magnetenheten (10) inneholder flere magnetmoduler (39) som hver omfatter to magnetpoler med innbyrdes motsatt polaritet vendt mot den elektrisk ledende enheten (9), og at modulene (39) kan dreies inne i magnetenheten (10) for dreiemomentinnstilling.

2. Justerbar kopling som angitt i krav 1, karakterisert ved at de to magnetpolene i hver modul (39) er tilveiebrakt med to respektive . permanentmagneter (42, 43) montert ved siden av hverandre.

3. Justerbar kopling som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at de to magnetpolene med motsatt polaritet er adskilt fra den elektrisk ledende enheten (9) med et gap.

4. Justerbar kopling som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at permanentmagnetene i hver modul (39) er plassert på hver sin side av et nøytralplan (44) som innbefatter en akse for modulen, idet hver av de to permanentmagnetene (42, 43) har sine poler motsatt rettet i forhold til polene på den annen av de to magnetene.

5. Justerbar kopling som angitt i krav 4, karakterisert ved at magnetmodulene (39) er montert for å dreie seg om de respektive modul-akser som er parallelle med nevnte rotasjonsakse (34, 35) og ligger i samme avstand fra denne.

6. Justerbar kopling som angitt i ett av kravene 2-5, karakterisert ved at permanentmagnetene (42,43) i hver modul (39) er montert i en holder (40) som er dreibar inne i magnetenheten (10).

7. Justerbar kopling som angitt i krav 6, karakterisert ved at hver holder (40) har en tilordnet fortannet enhet (77) som er anordnet for å dreie holderen når den beveges, og utstyr for etter valg å bevege nevnte fortannede enheter (77) i samme grad, idet nevnte utstyr omfatter et fortannet drev som bæres av magnetenheten (10) og befinner seg i inngrep med minst en av de fortannede enheter (77).

8. Justerbar kopling som angitt i krav 7, karakterisert ved at de fortannede enhetene (77) dreies samtidig.

9. Justerbar kopling som angitt i krav 6 karakterisert ved at hver av holderne (40) har et fortannet planetavsnitt (77), og et fortannet soldrev (78) er i inngrep med de fortannede planetavsnitt (77), således at hver av holderne (40) dreies i like stor grad som følge av dreiningen av det fortannede soldrev (78).

10. Justerbar kopling som angitt i et av kravene 1-10, karakterisert ved at holderne (40) er koplet til en motor (100) som bæres av magnetenheten (10) og er anordnet for å dreie holderne (40) i like stor grad som følge av at motoren går.

11. Justerbar kopling som angitt i et av kravene 1 -10, karakterisert ved at den elektrisk ledende enheten (9) omfatter en tilordnet elektrisk ledende ring vendt mot hver ende av magnetenheten (10).

12. Justerbar kopling som angitt i krav 10 eller 11, karakterisert ved at nevnte enheter (9,10) er akselmontert for å rotere på koaksiale rotasjons-akser (34, 35), og at reguleringsutstyr er anordnet for fjernstyrt drift av motoren (100).

13. Justerbar kopling som angitt i et av kravene 10-12, karakterisert ved at motoren (100) er elektrisk og effektforsynes fra en elektrisk kraftkilde fjernt fra magnetenheten (10).

14. Justerbar kopling som angitt i et av kravene 10-12, karakterisert ved at motoren (100) er elektrisk og effektforsynes fra et batteri som bæres av magnetenheten (10).

15. Justerbar kopling som angitt i et av kravene 1-14 karakterisertvedat det er anordnet utstyr (45) på magnetenheten (10) for å holde nevnte mo-duler (39) i justert posisjonsinnstilling i forhold til hverandre.

16. Justerbar kopling som angitt i et av kravene 1-15, karakterisert ved at magnetenheten (10) har flere av magnetmodulene (39) anordnet i samme avstand fra hverandre.