TW531604B - Self-unloading magnetic coupler - Google Patents

Description

五、發明説明（彳 技術領域 本發明係關於永久磁性聯結器，其1右一 x N ^ 位在《-轴桿 之永久磁鐵轉子總成，且此永久磁鐵轉 ,、 私评卞總成係以空氣間 隙而與位在另一軸桿上之導體轉子總成隔開。 發明背景 匕知一種可調整式永久磁性 丹甲一對導體轉子 ㈣-對磁鐵轉子交錯配置。料體轉子係連接在—起而 形成可在一軸桿上轉動之單元，而磁鐵轉子係安裝成可以 藉由-第：軸桿而轉動，並且可以相對於第二軸桿而轴向 地移動。4一磁鐵轉子係具有—組永久磁冑，其係以一空 氣間隙而與一鐵質襯底之導電環圈隔開，其中該導電環圈 係安裝在各別的導n轉子±。由於在磁鐵轉子與導體轉子 之間的磁力作用’使得兩軸桿之其中—軸桿轉動係會造成 另-軸桿的轉動’而不需要在兩軸桿之間設置直接的機械 連接。 藉由使磁鐵轉子相對於-第二軸桿而軸向地移動，便可改 變在磁鐵轉子與導體轉子之間的空氣間隙。增加空氣間隙 便可以減少聯結磁鐵轉子及導體轉子之力矩。在已知空氣 間隙與淨力矩之間的關係下，工程師便可設計出可調^ 磁性聯結g ’而；i卜特定的輸人轉動速度及/或力矩藉由產 生適§的空氣間隙而轉換成一適當的輸出速度及/或力矩。 已有設計出一種致動器，其可以控制磁鐵轉子相對於導體 轉子的移動，而在一可調整的磁性聯結器中來調整該空氣 間隙。 本紙張尺度適财a a家標準(CNS) M規格(21G><297公爱) t =些操作狀態下，諸如在起動期間或在實質減緩負載 轴才干％’㉟鐵轉子與導體轉子之相對轉動速度係會有相當 的差/、已有研究指出，在高轉差（slip)狀態下，在磁鐵 轉子與導體轉子之間係會產生一推斥力。此推斥力係相對 運動之轉差的函數，因&，隨著兩轉子趨近於相同的轉動 連度，該推斥力便會隨之而減小。在相對靜止狀態下，兩 轉子間便不會產生任何推斥力。 發明摘要 本發明係關於-種磁性聯結器，其係設計成在起動期間 可以避免脫離’但在緊急停止之後，其便可以脫離。在本 毛明之λ %例中，一對磁鐵轉子係可滑動地安裝在一延 伸於兩端板之間的力矩桿上。在導體轉子上之鐵質材料係 會磁性地吸附至磁鐵轉子中之永久磁鐵。在靜止或相對靜 止狀態下，該吸力係會將磁鐵轉子朝向導體轉子來驅動1 擋止件係會將磁鐵轉子保持與該導體轉子隔開一最小空氣 間隙’其巾該最小线㈣係針對適當的操作條件所選^ 。在某些實施例中，該檔止件係可調整以改變該最小空 間隙。 工木 然而，在起動或緊急停止期間，在磁鐵轉子與導體轉子 之間的相對轉動速度係會造成在磁鐵轉子與導體轉子之 之推斥力的增加。該磁吸力係設計成小刭/ Λ ^ S足以在起動期間 以及緊急停止狀態下由推斥力所克服。因此， ^ 社此狀怨下 ，該推斥力係會將磁鐵轉子推離該導體轉子。在起動期間 ，該磁鐵轉子係會縮抵於一定位在其之間的，、 J J口#，進而 531604

使得在磁鐵轉子與導體轉子之間的空氣間隙由最小空氣間 隙增加至軟啟動”空氣間隙。此一軟啟動空氣間隙係會使 負載追上在降減之力矩值的運轉速度，進而減少設備在起 動時所受到的撞擊力。閃扣臂或其間的其他結構之尺寸係 可以改變，以調整軟啟動空氣間隙。 田在負載側的軸桿接近該連接至馬達之軸桿的轉動速度 時，該推斥力便會減少，而使其會再次由磁鐵轉子與導體 轉子之間的磁吸力所克服。在這些狀態下，磁鐵轉子便會 各動回到運轉狀態，而以最小空氣間隙與導體轉子隔開。 在一預定的轉動速度下，離心力係會將閂扣臂由軟啟動 狀L私動至一運轉速度”或完全脫離狀態。當閂扣臂係位 在運轉速度狀悲時，該負載軸桿係會急速地減少，而在磁 鐵轉子與導體轉子之間的不同轉動速度將會造成上述之推 斥力。然而，由於閃扣在此時係處在運轉速度狀態，因此 。磁鐵轉子便會縮退而超過軟啟動空氣間隙。該磁鐵轉 進乂的縮退，係會在磁、鐵轉子與導體轉子之間產生一 大工氣間隙’而使其可以大大地減少在其之間的轉動力 力此几全脫離狀態係可使馬達持續地無限運轉 且4負載係大致減緩或停止，藉此可以避免設備受損。 最後’當馬達及負載皆停止日寺，推斥力便會再次減小 使得磁吸力可將磁鐵轉子拖回到其原始的靜止狀態。 、，如以下將詳細說明者，本發明係關於數種結構，其可 磁性聯結器在上述之各個狀態之間移動，因而使系統可 十對起動、“準運轉狀態、緊急停止及靜止而自動地呈

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五、發明說明（4 ) 不同的狀態。本發 圖式之簡單說明 本發明亦關於實施此一磁性聯結器的方法。 圖1係本發明之^— 圖2係一端視圖， 觀之。 實施例之磁性聯結器的等角視圖。 其係沿著圖1之磁性聯結器的轉動軸來 圖〇係圖2之磁性聯結器在靜止狀態下的斷面圖，其係沿 著剖面3-3來觀之。 圖4係圖2之磁性聯結器在靜止狀態下的斷面圖，其係沿 著剖面4-4來觀之。 圖）仏圖2之磁性聯結器在軟啟動狀態下的斷面圖，其係 沿著剖面5-5來觀之。 圖6係圖2之磁性聯結器在運轉狀態下的斷面圖，其係沿 著剖面6-6來觀之。 圖7係圖2之磁性聯結器在運轉狀態下的斷面圖，其係沿 著剖面7-7來觀之。 圖8係依照本發明之另—實施例之磁性聯結器的剖面圖 其中顯示在一靜止狀態。 回’ 圖9係圖8之磁性聯結器之一部分的剖面圖，其 '、τ择員示一 权啟動狀態。 圖1 〇係圖8之磁性聯結器之一部分的剖面圖，其一 、 、τ頌不^ 運轉狀態。 一 圖Π係圖8之磁性聯結器之一部分的剖面圖，其一 、丁羯不—. 突止狀態。 實施例之詳細說明 • 8 -

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五、發明説明（6 襯底中該環圈30係可螺合至各別的第一轉子25。第一 2子25係具有-中央開口 31，其與捲軸16之間係具有一間 :、，且在其外侧表面上係具有圓形凹口32。第—對開孔33 係由每-第—轉子25之凹口 32延伸至其相對表面’以收納 一，^^撐柱，，34,其中該軸襯支撑柱34係具有—凸緣或 ^衣貼於第—轉子並且藉由插頭帽蓋螺絲而固定於第 ‘子。在-磁鐵轉子23上之兩軸襯支撐柱Μ係可相對於 位在磁鐵轉子24上之對應的兩轴概支撑柱^而轉動一錯位 角“(參照圖2) ’使得四個軸襯支撐柱係可以—起套合在 四個力矩桿22上。第二對開孔36係與安裝在另_磁㈣子 2軸襯支樓柱34對準’每一開孔36之尺寸係可使該軸襯 貝穿。 接著，就導體轉子總成而言，由圖上可以看出，其具有 一安裝在敎部12上之端部環圈4〇及一第二端部環圈…、其 中該第二端部環圈41係具有―内徑45而與轂㈣及端板I* 隔開一間隙4 2。端部環圈4 0、4 i係藉由—分隔件* *而彼此 隔開’其中該分隔件44係藉由一螺栓46而固定在定位上。 -對導體環圈48係安裝在端部環圈4〇、“之面向朝内之表 面上’並且與磁鐵轉子23、24以最小之空氣間隙5〇而隔開 。在圖式之實施例中，該導體環圏48係由銅所製成，而端 部環圈40、4!則係由軟性鋼命製成。本案發明人察知其他 的材料亦可以取代上述之材料。 如圖4所示，當磁鐵轉子23、24及導體轉子48係在—靜止 狀態時’磁鐵轉子係以最小空氣間隙5〇與導體轉子隔開。

本紙银尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公D -10· 531604 五、發明説明（7 ) 該最小空氣間隙5G係藉由調整數個緩衝器或固定螺㈣而 選定，其中該緩衝器或固定螺絲54係貫穿位在第:=子25 中之螺孔且與端板13、14相接冑。固$螺絲之頭部係設置 成可以由磁性聯結器8外面來加以調整之。 每/二 不二戶、她例則未 採用固疋螺絲或緩衝器。 磁鐵轉子23、24係具有問扣臂58安裝於其上，1中气門 扣臂⑽擺動式地安裝在插銷6〇上，以使其可以在一㈣ 相反磁鐵轉子之活動位置（如圖4所示）及一相對於磁鐵轉子 而朝徑向延伸之止動位置（如圖6所示）之間來擺動。閃扣臂 58係可藉由彈簧62而被推進至活動位置，且藉由相應於磁 鐵轉子23、24之轉動而產生的離心力而被推進至止動位置。 在圖4中所示之磁性聯結器8係處在靜止狀態中亦即，該 磁鐵轉子23、24以及導體轉子48皆未轉動。在此狀態下， 沒有任何離心力會作用在閃扣臂58上。因此，彈菁Μ便會 將閃扣臂58推進至活動位置。然而，磁鐵轉子^、24並^ 與閃扣臂58相接觸。這是.因為在磁鐵28與端部環圈w 中之鐵質材料之間的磁性吸力會彼此相吸，而將磁鐵轉子 ”^彼此拖離^^螺絲⑷系與端板心⑷目接觸’而 保持該磁鐵轉子23、24以畀，丨允#日日γμ 付丁 〇 24以取小空乳間隙5〇而與導體轉子Μ 隔開。 圖：>仏顯不在起動狀態期間之磁性聯結器8。在圖式之實 施例中，在起動狀態下，該導體轉子48係連接至-運轉中 的馬達’亚且迅速地轉動，而磁鐵轉子U、Μ係連接至一 負载源，亚且正要開始產生轉動速度。因此，在磁鐵轉子 -11 531604 A7 B7 五 、發明説明（8 ) ~ ^—- 2〇、24及導體轉子48之間的相對轉動速度便會產生，而在 每鐵轉子與導體轉子之間產生一相當大的推斥力。由於此 一推斥力，磁鐵轉子23、24便會朝向彼此來移動，直到在 —磁鐵轉子上之襯底板3〇與由另一磁鐵轉子突伸而出之閂 扣臂58相接觸為止。在此狀態下，在磁鐵轉子與導體轉子 之間的間距係會由最小空氣間隙5〇增加至一起動（軟啟動）間 隙64。由於軟啟動間隙64係大於最小間隙5〇(如以下將說明 ，该最小間隙亦係在全轉速狀態下之間隙），因此作用在負 載源上之轉動力矩作用力相較於轉動狀態係會略減。因此 ，負載源便會開始加速，但在負載源上之撞擊力及其他振 動係會減少，這將可以降低馬達、負載源及其設備的損壞。 圖6係顯示在運轉狀態下之磁性聯結器8。在此狀態中， 磁鐵轉子23、24及導體轉子48係皆以全運轉速度來轉動。 因此，離心力會將閃扣臂58由活動位置移動至止動位置。 儘官如此’由於在磁鐵轉子23、24與導體轉子48之間的相 對轉動速度係極小的，因此，在兩者之間的推斥力係極小 或者根本沒有推斥力。因此，上述針對靜止狀態所說明之 磁性吸力，亦會同樣地造成磁鐵轉子23、24朝向導體轉子 48移動’直到固定螺絲54與端板13、14相接觸為止。在此 時，磁鐵轉子23、24係以最小空氣間隙5〇而與導體轉子48 隔開，其中該最小空氣間隙50亦可稱之為運轉空氣間隙。 由於最小空氣間隙50係小於在起動狀態中之空氣間隙，磁 性聯結器8便能以較高的力矩來操作，且在此狀態中係具有 較高的效率。 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 531604 A7

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，一活m72係定位於該μ 口 176上 172維持於閉合位置。 一彈簧IN將該活門 圖9顯示位於起動位罟 、助位置之磁鐵轉子123、124。有關前面實 施例所論述，在起動時 、 初可之推斥力促使磁鐵轉子123、124互 相移動。在該所示之奮〃 I^例中，活門172係用以防止臂部 17 0進入至開口 17 6 Φ。辟六η 中 I部17〇之長度與活門172的位置係 可力σ以選擇，以將磁供絲7 扣磁鐵轉子123、124保持在可產生一適當 軟啟動空氣間隙1 64的位置上。 圖10ίτ、頦不在運轉狀態中之磁鐵轉子i23、I%。當磁鐵 轉f 123、、124及導體轉子148係以相同或接近的速度轉動時 ’ 5玄磁鐵轉子便會向外移動’以產生運轉的或最小的空氣 間隙150。再者，當磁鐵轉子係以運轉速度轉動時，活門 172係會向外移動，而在離心力作用下來壓縮彈簧丨74。因 此，该開口 17 6在此時便會打開。 圖丨1係顯示完全脫離狀態，諸如當磁鐵轉子123、124由 於負載轴4干之轉動速度急遽減小而彼此退離時所產生的狀 悲。在速度減退時，由於活門i 72係在打開位置，因此臂部 170便會進入至開口 176中。因此，該磁鐵轉子123、124便 會退離至一位置’而在磁鐵轉子與導體轉子148之間產生一 突止空氣間隙1 6 6。 由以上之說明可知，雖然上述已針對闡述目的來說明本 發明之特定實施例，然而在不脫離本發明之精神及範疇下 ’仍可以對上述實施例進行各種不同的修飾及變化。因此 ’本發明並未侷限於上述之實施例，而是由後附之申請專 利範圍所界定。 -14·

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線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐)

Claims (1)

1. 申請專利範圍 •一種聯結器，包含·· 弟—及第二轉動轂部，每—較部係具有—轉動轴· 軸磁鐵轉子，每—磁鐵轉子係包含 :同軸=體轉子，每—導體轉子係具有—非鐵質導電 衣圈，而與各別之磁鐵組隔開一間隙； —前兩轉子係隔開一固定的轴向距離，且係以一 兀方式安裝在第-穀部上’以與該較部—起轉動；虹 兩々而板，其係藉由桿體而連接在一， 以與第：敎部-起轉動，其餘兩轉子則係可：：= 相對於㈤兩轉子而軸向地移動；以及 與該導體轉子相聯結之磁吸材才斗，該磁吸材料之尺寸 及形狀係設計成可以與各別之永久磁鐵組相互作用，以 磁性地偏移兩轉子而形成—聯結關係，其中由於在磁鐵 與導體轉子之間因為夠大的轉差所造成之聯結器的過度 負载係會產生相反於該偏移力且超過該偏移力之轴向 推進力，以使磁鐵及導體轉子至少部分地脫離聯結關係。° 根據申請專利範圍第丨項之聯結器，其尚包含可調整的擋 間 止件，其係定位在端板與其餘兩轉子之間，以調整該β 隙。 Λ 中 根據申請專利範圍第1項之聯結器，其中在一整體單元 之兩轉子係導體轉子；且— 其餘兩轉子則係定位在導體轉子之間的磁鐵轉子。 4. 根據申請專利範圍第1項之聯結器，其中擋止件係包含固 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公爱） 531604 6‘ 圍範 利 專請 中 A B c D π…，其係貫穿該端板且配置成可以與其 接觸。. 」和丁和 —種聯結器，包含： 第一及第二轉動軸桿，每一軸桿係皆具有一轉動軸· 兩同軸磁鐵轉子，每一磁鐵轉子係包含一組之 久磁鐵； 不 η兩同軸導體轉子·，每一導體轉子係具有一非鐵質導電 椒圈，而與各別之磁鐵組隔開一間隙； 一前兩轉子係隔開一固定的軸向距離，且係以一整體單 凡方式安裝在第一轂部上，以與該轂部一起轉動； 其餘兩轉子係安裝成可以與第二車由桿一起轉動，並 I以相對於第二軸桿而在相反方向上軸向地移動，以與 前兩轉子形成磁性聯結關係及脫離磁性聯結關係；/、 、與該導體轉子相聯結之磁吸材料，其係用以與各別之 永久磁鐵組相互作用，以磁性地偏移兩轉子而形：一俨 結關係’其中在磁鐵與導體轉子之間轉差型式的相: 動係會造成相反於該偏移力之軸向力，因而推離： 子而脫離聯結關係；以及 τ 閃扣元件，其係承載於其餘兩轉子上，並且配置成决 在—活動位置時，其可以限制該其餘兩轉子由於在^ 起動期間之推斥力所產生的轴向移動，該⑽元= 可相應於離心力而移動至二止動位置，藉此該聯結器 可由於在起動之後的推斥力而完全地脫離。 根據申請專利範圍第5項之聯、结器，其中具有一與轉子相 16- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公羡)

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   粑；：擋止件’其係用以限制間隙的最小尺寸。 根據申請專利範圍第6項之 口口 可藉由調整該擔止件 “、中农小空氣間隙係 於-過負載狀態而在使得在起動之後，由 超過該偏移力之“推進力之間產生的轉差’係會形成-4p 4^ Φ ^ ^ .. 進力，稭此使該聯結器脫離。 根據申“利乾圍第5項之聯結器 配置成可以在一擺動知以 丫母η扣几件係 俨動f m 平行於轉動轴之活動位置 9. _至一指向由擺動轴徑向朝外之止動位置。 根據申請專利範圍第8項 具有—彈笼…― “吉益’其中每-閃扣元件係 "使件在低轉動速度時，盆可以 件擺動離開其活動位置。 、 閂扣兀 10. —種磁性聯結器，其係 後允許突止，包含：免在起動期間大止且在起動之 第一及第二轉動軸桿，每-轴桿係皆具有-轉動轴· 兩同㈣_子’每—，轉子係具有久磁 —兩同=體轉子，其係與各別的磁鐵轉 母一導體轉子係具有—非鐵質導電環圈，該環圈係盘各 別之磁鐵轉子隔開一第一間隙； ’。 前兩轉子係隔開一固定的轴向距離，且係 元方式安裝在第-軸桿上，以與該轴桿-起轉動. 其餘兩轉子係安裝成可以與第二軸桿-起轉動，並且 可以相對於第二轴桿而在相反方向上軸向地移動，以盘 則兩轉子形成磁性聯結關係及脫離磁性聯結關係. 磁吸材料，其係聯結至每一導體轉子，以將丁磁鐵轉子 -17 531604 圍範 ruy 專請 中

   朝向導體轉子來磁性地偏移，並 聯結關係，該磁吸材料之尺寸一而形成- 得在磁鐵轉子與導體轉子之間 設計成使 之推斥力，係足以抵消該偏移力==轉動編 離聯結的關m 亚且推動該轉子而朋 至少-㈣元件’其係承載於第二軸桿上 中：=可以在一活動位置與一止動位置之間移動，其 韓子浐翻 - ^ '可以限制該其餘择 :二弟一：離而脫離聯結關係，且在止動位置』 至^ -問扣元件係可以限制該其餘兩轉 距離而脫離聯結關係。 弟一 11 根據申請專利範圍第10項之磁性聯結器，其中至，,、一 ^ 扣疋件係可藉由離心力而由聯結器起動時之二_ 動至起動後的止動位置。 ’ 置和 [2.根據申請專利範圍第1〇項之磁性聯結器， 離係大於第一距離。 “中^一® Π.=:=範圍第10項之磁性聯結器，其中該第一距 離係預5又成可以提供聯結器具有軟啟動特性 14.根據申請專利範圍第1〇項之磁性聯結器， -離係預設成可以提供聯結器具有無限運轉特性。“弟一 L根據巾請專利範圍第1G項之磁性聯結器，磁吸材 料係-種分佈於導體轉子之周緣的鐵質材料“ ,6:申=，第1。一 π種轉子同心定位之鐵質材料環圈。 -18- 六、申請專利範圍 17. 18. 19. 20. 21. 么據申$專利圍第丨Q項之磁性聯結器，其中磁吸材料 種14 ‘肢轉子同心定位之鐵質材料環圈，並且定位 在該導體轉子其相反於各別錢轉子之表面上。 根據申請專利範圍第1Q項之磁性聯結器，其中至少-閃 元件k包s Θ扣臂，其係可在活動位置與止動位置 之間樞轉。 根據_請專利範圍第1Q項之磁性聯結器，其中至少—問 扣兀件係包含一由其餘兩轉子之其中一轉子朝内突伸而 出之固定臂’以及一位在其餘兩轉子之另一轉子上之活 門，該活門係與固定臂對齊’並且可以在活動位置與止 動：置之間移動’其中在該活動位置上，活門係會阻止 α 進入’而在止動位置上’該活門係允許固定臂至 刀地進人至-位在該其餘兩轉子之另—轉子之開口 根據申請專利範圍第1G項之磁性聯結器其中至少一閃 扣元件係可調整的，以改變該第一距離。 一種磁性聯結器，苴你游&士 +t ，、仏避免在起動期間完全脫離且在起 動之後允許完全脫離，包含： 第-及第二轉動軸桿，每一軸桿係皆具有一轉動軸； 一磁鐵轉子，其具有一組永久磁鐵； 轉子，其係與磁鐵轉子相鄰配置，料體轉子 係具有一非鐵質導電環圈7 $ ^ ^ & ^ ^ ％圈係與磁鐵轉子隔開一 第一間隙； 以與該軸桿一起轉 一第一轉子係安裝在第一軸桿上 -19- 531604 Αδ Β8 C8 D8 申請專利範圍 動，且該第一轉子係相對於第一 币釉才干而軸向固定； 另一轉子係安裝成可以與第— 弗一軸# 一起轉動，並且可 以相對於第二軸桿而軸向地稃翻、，t ❿移動，以與第一 性聯結關係及脫離磁性聯結關係； 、 〆 磁吸材料’其係聯結至該導騁 人… 版#子’以將磁鐵轉子朝 σ V體轉子來磁性地偏移，並且推進該/々 結關係，該磁吸材料之尺寸、> κ Τ 形、^ 在磁鐵轉子與導體轉子之間相 十成使侍 ^ 0 田八的相對轉動所造成 推斥力，係足以抵消該偏移力， 攻 聯結的關係；以及 推動该轉子而脫 之 :少=扣元件’其係藉由離心力而可以在一活動 置與-止動位置之間移動’其中在活動位置上，至少 閃扣疋件係可以限制該另一轉子移動一 聯結關係，且在止動位置上，、一 肖而脫 制該另-轉子移動一第一距扣元件係可以 -距鮮… 弟-距離而脫離聯結關係，且該 -距離仏大於弟 '距離。 泣=避免-磁性聯結器在起動期間完全脫離 傻允許完全脫離之方法，該方法包含： 動 在一第一軸桿上提供一對磁鐵轉子，且該 與位在一第二軸桿上之一對導 人 對午姐轉子形成聯結關係； 將其中一對轉子固定在軸向位置上； 、允許另：對轉子可以相•於該對轉子而軸向地滑動 以形成及脫離該聯結關係； 偏移另-對轉子以形成聯結關係； 位 離 限 第 之 係 -20- 本紙張尺度適财關家標準(CNS) A4規格(21GX297公⑹ 531604 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 提供至少一閂扣機構，其可以在一活動位置與止動位 置之間移動，該活動位置係設計成可使另一對轉子保持 在聯結的關係，且該止動位置係設計成可使另一對轉子 移動而大致脫離聯結關係。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)