NO325988B1 - Permanentmagnet-kopler med justerbare luftgap - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører magnetkoblere med samvirkende permanentmagnet-rotorer og elektroleder-rotorer atskilt med luftgap.

Permanentmagnet-koblere av den generelle type som er beskrevet i US-patent nr. 5.477.094 har en magnetrotor og en lederrotor som vekselvirker for å overføre kraft mellom inngående og utgående aksler. Magnetrotoren har et antall omkretsmessig adskilte permanentmagneter som har sine motsatte poler adskilt av luftgap fra elektrisk ledende lederelementer som utgjøres av lederrotoren på den motsatte aksiale side av magnetrotoren. For mange anvendelser blir det foretrukket at luftgapene er lett justerbare etter installasjon av kobleren for å oppnå eller variere "myk start" ved oppstart, noe som betyr at under start er det innled-ningsvis en merkbar rotasjonsmessig glidning mellom rotorene, som gradvis redu-seres til et minimum på noen få sekunder etterhvert som den utgående aksel byg-ger opp hastighet fra null til et maksimum. Mindre starttorsjon er nødvendig for å drive en gitt belastning hvis kobleren er tilpasset belastningen slik at det skjer en myk start under oppstartingen. Det er også mindre sjokk for kraftoverføringssys-temet når myk start blir utført.

Den japanske patentsøknaden JP 5179984 A viser en justerbar magnetisk kobler bestående av første og andre roterende aksler, et bur som er montert på akselen, en magnetrotor som strekker seg radielt inne i buret, to elektroledende enheter som er atskilt med et luftgap fra magnetene ved motstående ender av magnetrotoren, og gapjusteringsanordninger for å regulere den aksielle posisjon av nevnte elektroledende enheter og JP7111773 A viser en magnetisk kobling som virker bremsende på en aksling. JP 5118345 A presenterer en trykkbegren-ser hvor en retarderende kraft tilføres til en roterende aksel ved et par hysterese-plater montert på hver side av en magnet, som igjen er montert på en roterende aksel.

EPC-søknaden EP 855515 A1 viser en justerbar kjølepumpe for kjøretøy hvor rotoren drives ved en magnetisk kobling med en roterende aksel.

En justerbar permanentmagnetkobler fremlegges i US-patentet 5739627 hvor den overførte kraften kan justeres ved å rotere magnetmodulene som er plassert på en magnetisk rotor som drives av en magnetisk kobling på en aksel og US 5473209 angir et bremsesystem for en drivaksel. Legges ved for angivelse av teknikkens stand.

Den internasjonale patentsøknaden WO 98/47215 A1 angir en magnetisk kobler som har en første plate med en rekke permanentmagneter som er oppstilt for å rotere om en første aksel, og en andre plate som har en leder og er arrangert for å rotere om en andre aksel.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en justerbar magnetisk kobler, som omfatter første og andre roterende aksler som har en koaksial rotasjonsakse, et bur som er montert på den første aksel og omgir aksen, en magnetrotor som er montert på den annen aksel og strekker seg radialt inne i buret fra den annen aksel, idet magnetrotoren inneholder permanentmagneter. Oppfinnelsen kjenneteg-nes ved to elektrisk ledende enheter som bæres bevegelig av buret og er atskilt med luftgap fra magnetene ved motstående ender av magnetrotoren. Ytterlig et kjennetegn er gapjusteringsanordninger for å regulere den aksiale posisjon av de elektrisk ledende enheter aksialt i forhold til buret og magnetrotoren for selektivt å variere hver av luftgapene.

Mulighet for justering av luftgapene gjør det mulig for en gitt magnetkobler å være egnet for maksimal ytelse for en rekke belastningsanvendelser uten nødven-dighet å endre magnetantallet i magnetrotoren. Ved å muliggjøre slik justering etter installasjon av kobleren, blir det mulig å feltjustere myk start av en kobler uten å fjerne eller frakoble kobleren hvis belastningen ved installasjonen blir endret.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også et system for luftgapjustering som er enkelt å benytte i felten etter installasjon av koblingen. I henhold til foreliggende oppfinnelse er en magnetrotor montert på en aksel og et bur som omgir magnetrotoren, er montert på en annen koaksial aksel. I den foretrukne utførel-sesform er et par elektrisk ledende enheter, adskilt med luftgap fra motstående ender av magnetrotoren, glidende montert på buret for å variere luftgapene. Juste-ringsbolter eller andre justeringsanordninger strekker seg aksialt mellom buret og de elektrisk ledende enheter for aksial variasjon av luftgapene som reaksjon på dreining av justeringsanordningene, og derved aksial bevegelse av de elektrisk ledende enheter i forhold til buret.

For øvrig defineres oppfinnelsen av de vedføyde patentkrav.

Det vises til de vedføyde tegninger, hvor:

fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom en kobler ifølge en første utførelsesform av oppfinnelsen, tatt langs koblerens rotasjonsakse;

fig. 2 er et lignende tverrsnitt av en annen utførelsesform;

fig. 3 er et detaljert tverrsnitt tatt som antydet ved linje 3-3 på fig. 2;

fig. 4 er et tverrsnitt gjennom en kobler som viser en tredje utførelsesform av oppfinnelsen; og

fig. 5 er et detaljert transversalt tverrsnitt tatt som antydet ved linjen 5-5 på fig. 4.

Det vises til tegningene hvor et bur 10 og en magnetrotor 12 er montert ved hjelp av bosser 14,15 på henholdsvis koaksiale inngående og utgående aksler 16,17. Buret 10 har en monteringsskive 18 festet ved hjelp av bolter 19 til bossen 14 og har en ringformet monteringsplate 20 som blir holdt parallell med og i av-stand fra skiven 18 ved et omkretsmessig adskilt sett med avstandsbolter 22. Hver av disse avstandsboltene har en sentral stamme 22a og gjengede endepartier 22b, 22c som smelter sammen ved ringformede skuldre 22d. Disse skuldrene er i kontakt med ringformede seter 23 ved forbindelsen mellom gjengede boringer 24 og glatte forsenkerboringer 25 ved de ytre omkretser av monteringsorganene 18, 20. Muttere 26 er skrudd på de gjengede endepartier 22b, 22c av boltene 22 for å holde boltene og monteringsorganene 18, 20 sammen som en stiv enhet.

Et respektivt par med avtrappede bøssinger 27a, 27b mottar boltstammene 22a for å virke som glidere for et par lederenheter 28, 29, omfattende et par elektroledende ringer 30a, 30b, fortrinnsvis av kobber, og et par støtteringer 31a, 31b, fortrinnsvis av bløtt stål. De elektrisk ledende ringer er festet til støtteringene ved hjelp av skruer 32 som har stammer gjenget inn i støtteorganene 31a, 31b og har avskrådde hoder innført i ringene 30a, 30b i flukt med de ringflater som befinner seg ved magnetrotoren 12. Komplementære boringer 33a, 34a i ringene 30a-30b og 31a-31b inneholder bøssingene 27a, 27b.

Støtteringene 31a, 31b har avskrådde hull 36 innrettet for å være på linje med gjengede boringer 37 gjennom monteringsorganene 18, 20 for buret 10. Jus-teringsbolter 38 er gjenget inn i boringene 37 og har avskrådde hoder 38a som fritt kan rotere i de avskrådde hull 36 i støtteringene 31a, 31b som reaksjon på å bli dreiet ved anvendelse av et verktøy, til de ytre endene av boltene. For å motta verktøyet kan endene av boltene 38 være slisset, ha en fordypning, eller på utsiden være utformet med flater. Boltene 38 har låsemutterpar 39.

Man vil forstå at siden hodene 38a til justeringsboltene 38 blir holdt i de avskrådde hull 36 av de overliggende, elektrisk ledende ringer 30a, 30b, resulterer dreining av boltene 38 i aksial bevegelse av lederenhetene 28, 29, for derved å justere bredden av luftgap 40, 41 mellom de elektrisk ledende ringer 30a, 30b og et sett med permanentmagneter 42 på magnetrotoren 12. Disse magnetene er montert i et sett med tilsvarende hull 43 anordnet i et sirkulært mønster som strekker seg gjennom en magnetrotorskive 44 av ikke-magnetisk materiale. Skiven 44 er montert ved hjelp av bolter 46 på bossen 15.

Den beskrevne kobler har sine bosser 14,15 festet på akslene 16,17 som ved kompresjonskoblinger 46, 46' strammet på stedet ved hjelp av skruer 46a. Før sammenstilling av kobleren på akslene 16,17, blir støtteringene 31, 31b vanligvis montert ved hjelp av justeringsboltene 38 på monteringsskiven 18 og monteringsringen 20 etter innsetting av bøssingene 27a, 27b, og så blir de elektrisk ledende ringer 30a, 30b montert ved hjelp av skruene 32 på støtteringene for å danne de-lenheter. Deretter blir bossen 14 og den delenhet som omfatter skiven 18 og lederenheten 28 påsatt akselen 16, og den annen delenhet som omfatter ringen 20 og lederenheten 29 blir innsatt over den åpne ende av akselen 17 slik at den løst omslutter denne akselen. Det neste trinn er å installere magnetrotorenheten 12 med sin boss 15 montert på akselen 17. Så blir boltene 22 installert ved endevis innføring gjennom monteringsorganene 18, 20 og bøssingene 27a, 27b, slik at når mutterne 26 blir påsatt, blir buret 10 montert sammen med lederenhetene 28, 29 understøttet av buret, og adskilt av luftgap 40, 41 fra magnetene 42.

Når akselen 16 drives av en hoveddrivanordning, blir virvelstrømmer indu-sert i de elektroledende organer 30a, 30b av den magnetfluks som kommer fra magnetene og er innesluttet av de jernholdige støtteorganer 31a, 31b. Den resul-terende magnetiske effekt som skapes i de elektroledende organer 30a, 30b for-årsaker frastøtning av lederenhetene 28,29 fra magnetrotoren 12 og resulterer i rotasjon av lederenhetene 28,29 og buret 10, for derved å drive akselen 17 som reaksjon på rotasjon av akselen 16, men med en mindre rotasjonshastighet, defi-nert som sluring eller glidning. Glidningen ved start og den endelige glidning etter start blir bestemt av bredden av luftgapene 40, 41. Justeringsskruene 38 gjør det mulig å justere luftgapene etter at kobleren er blitt installert og drevet under spesielle belastningsforhold på bruksstedet. Luftgapene blir justert ved prøving og fei-ling for å finavstemme mykstarten og å fastsette glidningene til de som er mest fordelaktige for de aktuelle driftsforhold.

For å bidra til å frembringe lik justering av skruene 38, kan indekserings-merker være innrisset på bæreorganene 18, 20 som stråler ut fra omkretsen av munningene av boringene 37 for innretting med et langsgående indikatorspor i skruene. Strekklappstrimler kan også være innsatt i luftgapene, og boltene 38 kan strammes inntil like trykk blir avfølt på strekklappstrimlene. Selv om det vanligvis foretrekkes å ha luftgapene 40, 41 med samme bredde, er dette ikke avgjørende for effektiv drift av kobleren.

Fig. 2 og 3 illustrerer en annen utførelsesform av oppfinnelsen hvor den

spesielle justeringsmekanisme er variert. Ellers vil de deler som er de samme som i den første utførelsesform, bli gitt de samme henvisningstall. I den annen utførel-sesform er et sett med justeringsboltenheter 50 anordnet mellom avstandsboltene 22 og strekker seg parallelt med disse. Hver justeringsboltenhet 50 omfatter boltkomponenter 51-52, forbundet med en hylsekobler 53. Boltkomponenten 51 har

en rund hodeseksjon 51a, en mellomliggende gjenget seksjon 51b og en stammeseksjon 51c, fortrinnsvis med en eller flere flate sider 51 d, slik at den får et kvadratisk tverrsnitt, f.eks. som vist på fig. 3. Likeledes har boltkomponenten 52 en rund hodeseksjon 52a, en mellomliggende gjenget seksjon 52b og en stammeseksjon 52c som fortrinnsvis har en eller flere flate sider som er komplementære med stammeseksjonen 51c. Gjengene på de gjengede seksjoner 51b-52b har samme stigning, men har motsatt retning. Hylsekobleren 53 har en langsgående, gjen-nomgående boring 53a utformet for å motta og passe sammen med stammeseksjonene 51c, 52c, slik at når boltkomponentene 51-52 er koblet sammen ved hjelp av hylsekobleren 53, vil boltkomponentene dreie seg som en enhet. Setts kru er 54, 54' er gjenget inn i radiale hull ved motstående ender av hylsen 53 for inngrep med en flat side av stammeseksjonene 51c, 52c for å holde hylsen mot endebe-vegelse i forhold til den tilknyttede boltenhet 50. Hodeseksjonene 51, 52a til boltkomponentene er utformet med omkretsmessige spor for å motta C-bøyler 56, og deres ytre ender er slisset eller formet på annen måte for å motta en skrutrekker eller et annet verktøy for selektivt å dreie justeringsboltenhetene 50.

For å motta justeringsboltkomponentene 51-52 har monteringsskiven 18, lederenhetene 28-29 og monteringsplaten 20 sett med innrettede hull. Hullene gjennom lederenhetene 28-29 er gjenget motsatt for å passe med de gjengede seksjoner, henholdsvis 51b, 52b av de tilstøtende boltkomponenter, og hullene gjennom monteringsorganene 18, 20 er fortrinnsvis dimensjonert for glidbart å motta boltkomponentene 51-52.

Når justeringsboltenhetene 50 er i operativ stilling, er de gjenget gjennom lederenhetene 28, 29, rager ut gjennom monteringskomponentene 18, 20 for buret 10, og blir fastholdt mot endevis bevegelse i forhold til buret ved hjelp av C-bøylene 56. Det vil være opplagt at når justeringsboltenhetene 50 blir dreiet, vil resultatet være lik aksial bevegelse av lederenhetene 28, 29 langs avstandsstyk-kene 22 mot magnetrotoren 12 eller bort fra magnetrotoren, avhengig av den dreieretning som er valgt for justeringsboltenhetene. Lik justering av luftgapene 40, 41 blir dermed oppnådd ved progressiv dreining av boltenhetene 50.

Sammenstilling av den annen utførelsesform blir utført i likhet med den

første utførelsesform, bortsett fra at trinnet med påsetting av justeringsboltene 38 blir utelatt, og justeringsboltenhetene 50 med C-bøylene 56 fortrinnsvis på plass, blir montert som slutt-trinnet under fullføringen av sammenstillingen av buret ved anvendelse av avstandsboltene 22. Installasjon av boltenhetene 50 kan gjøres ved å skru boltkomponentene 51 gjennom lederenheten 28 med lederenhetene ved en maksimal gap-posisjon i anslag mot monteringsskiven 18, og likeledes å skru den andre boltkomponenten 52 gjennom den andre lederenheten 29 med

sistnevnte ved en maksimal gap-posisjon i anslag mot monteringsplaten 20 etter at koblingshylsen 53 er fullstendig påført stammen 51c. Under den beskrevne installasjon av boltkomponentene 51, 52, blir de skrudd inn i lederenhetene 28, 29 inntil C-bøylene 56 kommer i lett kontakt med den ytre flate av monteringsskiven 18 og monteringsplaten 20. Deretter blir hylsen 53 forskjøvet endevist delvis bort mot den tilstøtende stamme 52c, og settskruene 54, 54' blir strammet mot stam-mene 51c, 52c. Med det beskrevne arrangement får hylsen 53 boltkomponentene 51, 52 til å dreie seg som en enhet, idet settskruene 54, 54' hindrer dem fra å komme fra hverandre, og C-bøylene 56 hindrer den sammenstilte justeringsboltenhet 50 fra å bevege seg endevis i forhold til buret 10. Det vil være klart at en

ringformet skulder i denne utførelsesformen kan være anordnet på boltkomponentene 51, 52 istedenfor C-bøylene 56.

Fig. 4-5 illustrerer en tredje utførelsesform hvor gapjusteringsmekanismen omfatter spennskruer 70 som strekker seg mellom lederenhetene mellom avstandsboltene 22. Hver spennskrue 70 har to ikke-roterende boltskaft 71-72 formet med gjengede motstående endeseksjoner 71a-72a skrudd inn i en sentral koblingshylse 73. Gjengene på endeseksjonene 71a-72a har motsatte retninger og er komplementert med gjengene i boringen i hylsen 73, slik at når hylsen blir dreiet, beveges skaftene 71-72 seg som en enhet mot hverandre eller i motsatt retning, avhengig av dreieretningen for hylsen. Spennskrueskaftene 71-72 kan

holdes i fast inngrep med lederrotorene 28, 29 på enhver egnet måte. For eksem-pel kan U-bøyler 74 passe sammen med skaftene 71-72 og passe over kanten av lederrotorene. I et slikt tilfelle kan U-bøylene 74 ha todelte ben 74a, 74b som pas-ser inn i sporene 75 i skaftene 71-72. Som vist på fig. 5 kan sporpartiene på skaftene ha et kvadratisk tverrsnitt for å tilveiebringe flater i kontakt med flate indre

kanter 74c av de todelte bøylebenene 74a, 74b. Skruer 76 strekker seg gjennom det midtre steget 74d til U-bøylene og er gjenget inn i kanten av lederrotorene for å holde bøylene 74 og spennskruene 70 på plass. Hylsene 73 er fortrinnsvis hek-sagonale på utsiden for å motta en skrunøkkel for justering, eller er forsynt med radiale hull for å motta et verktøy for å dreie hylsene for å justere fremføringen eller tilbakeføringen av spennskruene for som reaksjon å forstørre eller minske luftgapene 40-41.

Selv om det blir foretrukket å ha magnetrotoren anbrakt mellom to lederelementer 30a-30b, kan buret 10 ha to magnetrotorer istedenfor lederelementene, og en enkel lederrotor istedenfor magnetrotoren 12.1 dette tilfelle vil lederrotoren fortrinnsvis omfatte to lederringer montert på motsatte sider av en jernholdig skive festet med boltene 46 til bossen 15.

Fra det foregående vil man forstå at selv om spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen er blitt beskrevet her for illustrasjonsformål, kan forskjellige modifika-sjoner gjøres uten å avvike fra oppfinnelsens ånd og ramme. Oppfinnelsen er føl-gelig ikke begrenset av annet enn de vedføyde patentkrav.

Claims (9)

1. Justerbar magnetisk kobler, som omfatter første (16) og andre (17) roterende aksler med en koaksial rotasjonsakse; et bur (10) som er montert på den første aksel (16) og omgir aksen; en magnetrotor (12) som er montert på den annen aksel (17) og strekker seg radialt inne i buret (10) fra den annen aksel, idet magnetrotoren inneholder permanentmagneter (42), karakterisert ved to elektrisk ledende enheter (30a, 30b) som bæres bevegelig av buret (10) og er atskilt med luftgap (40,41) fra magnetene (42) ved motstående ender av magnetrotoren (12); og gapjusteringsanordninger for å regulere den aksiale posisjon av de elektrisk ledende enheter (30a, 30b) aksialt i forhold til buret (10) og magnetrotoren (12) for selektivt å variere hver av luftgapene (40,41).

2. Kobler ifølge krav 1, karakterisert ved at gapjusteringsanordningen er koblet til buret (10) og er rotasjonsmessig justerbar for selektivt å flytte de elektrisk ledende en-hetene (30a, 30b) relativ i forhold til magnetene.

3. Kobler ifølge krav 1, karakterisert ved at buret (10) omfatter langstrakte organer som strekker seg parallelt med aksen, og at lederenhetene er glidbart montert på organene.

4. Kobler ifølge krav 3, karakterisert ved at gapjusteringsanordningene innbefatter juste-ringsbolter (38,50) som strekker seg mellom buret (10) og lederenhetene (30a, 30b), slik at dreining av justeringsboltene varierer luftgapene (40,41) ved å posi-sjonere lederenhetene langs organene.

5. Kobler ifølge krav 3, karakterisert ved at gapjusteringsanordningene innbefatter strekk-fisker (70) som strekker seg mellom lederenhetene (30a, 30b) for selektivt å bevege lederenhetene sammen i motsatte retninger mot eller bort fra magnetrotoren for å variere luftgapene (40,41).

6. Kobler ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at gapjusteringsanordningene innbefatter en justeringsboltenhet (50) med gjengede seksjoner (51b, 52b) som har sine gjenger i motsatte retninger, idet de gjengede seksjonene vekselvirker med lederenhetene (30a, 30b) slik at dreining av en slik boltenhet som reaksjon beveger lederenhetene sammen i motsatte retninger.

7. Kobler ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at buret (10) omfatter en monteringsskive (18) som er montert på den første aksel (16), en monteringsring (20) som er aksialt atskilt fra monteringsskiven, og avstandsorganer (22) som strekker seg mellom skiven og ringen radialt ut fra magnetrotoren (12), og hvor de elektrisk ledende enheter (30a, 30b) er glidbart montert på avstandsorganene (22).

8. Kobler ifølge krav 7, karakterisert ved at gapjusteringsanordningene omfatter et første sett med gapjusteringsbolter (38) som strekker seg mellom monteringsskiven (18) og en av de elektrisk ledende enheter (30a), og et annet sett med gapjusteringsbolter som strekker seg mellom monteringsringen (20) og den annen av de elektrisk ledende enheter (30b).

9. Kobler ifølge krav 8, karakterisert ved at det første sett med gapjusteringsbolter har et gjenget inngrep ved monteringsskiven (18), og at det annet sett med justeringsbol-ter har et gjenget inngrep med monteringsringen (20).