專利名稱：用于磁性傳送扭矩的改進設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用鄰近旋轉(zhuǎn)圓盤的旋轉(zhuǎn)磁矩傳送裝置，所述鄰近圓盤在其上具有磁鐵與不具有磁鐵之間交替。其上無磁鐵的圓盤具有導(dǎo)電材料。
發(fā)明背景
需設(shè)計一種用于在驅(qū)動應(yīng)用中傳送可變扭矩的永磁激發(fā)機構(gòu)。具體地，存在需要將定速裝置(諸如電機或發(fā)動機)耦合至可變輸出速度及扭矩裝置(諸如泵推動器、風(fēng)扇、 螺旋槳、輪子等)。
包括不同渦流離合器的傳動裝置已經(jīng)以各種形式使用一段時間?，F(xiàn)有技術(shù)之檢驗顯示這些渦流裝置不限于三種普通類型。
當(dāng)前固定間隔永磁圓盤離合器的能力限于傳送大量扭矩并且以在較高速度下導(dǎo)致不穩(wěn)定的方式構(gòu)造。這些限制將這些裝置的實際應(yīng)用局限于低速、低馬力應(yīng)用。
渦流離合器使用DC電流產(chǎn)生及改變固定間隔機構(gòu)中的通量密度。這些裝置可以一系列馬力獲得，但是昂貴、復(fù)雜且需要DC電流及控制以產(chǎn)生扭矩。存在其中DC電流非期望或其中用于控制扭矩產(chǎn)生電流的設(shè)備不可靠的應(yīng)用。
當(dāng)前可變間隔永磁圓盤離合器的能力限于傳送大量扭矩并且以在較高速度下導(dǎo)致不穩(wěn)定的方式構(gòu)造。這些限制使這些裝置的實際應(yīng)用局限于低速、低馬力應(yīng)用。
所述設(shè)備使用磁性材料技術(shù)的最新發(fā)展，結(jié)合為機械穩(wěn)定操作而設(shè)計的架構(gòu)。這將允許所述設(shè)備用于一系列動力傳送應(yīng)用中，包括高馬力應(yīng)用。裝置的構(gòu)造還使其穩(wěn)定并且能夠在較高輸入速度下運行，其可固有地存在于一些電機和發(fā)動機中。
所述設(shè)備是使用以最優(yōu)方式配置以在動力傳送驅(qū)動中產(chǎn)生磁通量的永久磁鐵和導(dǎo)體的裝置。
本發(fā)明的目的是提出使用導(dǎo)電轉(zhuǎn)子設(shè)計的替代定向?qū)Ω袘?yīng)磁路進行修改，所述設(shè)計將具有圓盤狀(片狀)構(gòu)造，其具有由鋼圍繞的導(dǎo)電材料的外環(huán)和內(nèi)環(huán)，用徑向(即，從內(nèi)環(huán)至外環(huán))連接內(nèi)環(huán)和外環(huán)(端環(huán))的轉(zhuǎn)子條裝配。所述條根據(jù)需要可由連接它們的不同形狀構(gòu)成(即，圓形，方形等)以調(diào)整由所述裝置形成的扭矩分布。
磁鐵轉(zhuǎn)子總成還可具有形成從轉(zhuǎn)子圓盤內(nèi)部定向至外部的磁鐵陣列的相同徑向圓盤形狀且具有在相鄰磁鐵上相反并且穿透轉(zhuǎn)子片的厚度磁化的磁極。注意一個(I)磁鐵轉(zhuǎn)子可被兩個(2)感應(yīng)轉(zhuǎn)子總成圍繞(即，磁鐵轉(zhuǎn)子兩側(cè)上各一個)；從而允許在運行期間傳送更大通量/動力。
我們的測試已經(jīng)揭示與轉(zhuǎn)子條構(gòu)造的感應(yīng)耦合在啟動期間具有內(nèi)在的‘軟啟動’ 能力。這允許高慣性荷載由電機(或其它扭矩/電源)在不超過耦合額定扭矩的150%的情況下從靜止加速到全扭矩。這個性能好處還用于將任何荷載條件下的扭矩限制為不超過 150%扭矩并且還通過相同限制阻尼扭矩脈動(即，扭轉(zhuǎn)振動)。這將有益于具有可能導(dǎo)致?lián)p壞的高啟動扭矩或高峰值荷載的可能性的所有類型的動力傳送系統(tǒng)。
本發(fā)明的感應(yīng)磁路幾何形狀還可用作制動和張緊測力計。這可通過鎖定感應(yīng)轉(zhuǎn)子以及在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝附加冷卻管路以消散制動或張緊/滑移熱而完成。制動系統(tǒng)和張緊系統(tǒng)都可受益于不存會磨損的組件(即，制動襯墊等)的事實。
附加的張緊能力可在閥門或其它這類裝置旋轉(zhuǎn)期間限制扭矩。這個好處將免除閥桿/軸會在閉合過程期間破裂的可能性(即，如果碎片在閉合期間卡在閥體中)。這可以被稱作‘感應(yīng)限制扭矩’。發(fā)明概要
本發(fā)明利用永久磁鐵來在兩個旋轉(zhuǎn)元件之間傳送可變或固定扭矩。本發(fā)明是對申請人的首個專利發(fā)明US 7，294，947及其它技術(shù)所要求內(nèi)容的幾何配置和磁路的改進。本發(fā)明將原始圓柱形設(shè)計修改為替代圓盤-片狀設(shè)計，其使用克服現(xiàn)有技術(shù)的一些缺陷/問題的相同磁路，因為現(xiàn)有技術(shù)要求導(dǎo)電轉(zhuǎn)子在磁性同心圓柱體陣列內(nèi)的更精確對準(zhǔn)且要求機械裝置底座中的額外強度以維持磁鐵盒與所述轉(zhuǎn)子總成之間的氣隙。這個改進通過在兩個(2)外部導(dǎo)電轉(zhuǎn)子片之間重新構(gòu)造內(nèi)部磁性轉(zhuǎn)子總成而克服這些上述缺陷；從而平衡裝配期間所生成的磁性吸引力。
所提議的發(fā)明通過利用磁鐵材料的新技術(shù)和新的最佳幾何形狀而克服上述限制并且提供在無需大的外部電流控制裝置的情況下機械傳送大量傳送扭矩的穩(wěn)定構(gòu)件。
本文更具體地描述的改進處包括(I)圓盤_片狀轉(zhuǎn)子總成內(nèi)所含的感應(yīng)磁路，導(dǎo)電轉(zhuǎn)子條的定向包括導(dǎo)電材料的外環(huán)和內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)子條徑向(即，從內(nèi)環(huán)至外環(huán))連接內(nèi)環(huán)與外環(huán)(端環(huán))。所述導(dǎo)電材料被含鐵材料鋼圍繞以形成轉(zhuǎn)子總成。所述條根據(jù)需要可由不同幾何形狀(即，圓形、方形等)構(gòu)成以調(diào)整裝置所生成的扭矩分布。(2)磁鐵轉(zhuǎn)子總成具有相同的徑向圓盤形狀及從所述轉(zhuǎn)子圓盤內(nèi)部定向至外部的磁鐵陣列且具有在相鄰磁鐵上相反并且穿透轉(zhuǎn)子片的厚度磁化的磁極。注意一個(I)磁鐵轉(zhuǎn)子可被兩個(2)感應(yīng)轉(zhuǎn)子總成圍繞(即，磁鐵轉(zhuǎn)子的兩側(cè)上各一個)；從而允許在運行期間傳送平衡的通量/動力。 在包括導(dǎo)電元件和透磁材料的旋轉(zhuǎn)部件中，所述旋轉(zhuǎn)部件的透磁材料可以不是鐵磁性的并且可能無永久磁鐵。
附圖
簡述
附圖構(gòu)成本說明書的一部分并且包括可體現(xiàn)為不同形式的本發(fā)明的示例性實施方案。應(yīng)了解在一些情況下，本發(fā)明的不同方面可夸大或放大示出以利于本發(fā)明的理解。
所選本文所包括的本發(fā)明的實施方案的描述列示如下
圖I是使用兩個(2)平坦導(dǎo)電磁路轉(zhuǎn)子片和磁性轉(zhuǎn)子片總成的本發(fā)明的替代圓盤-片實施方案的透視圖。
圖2是導(dǎo)電啞鈴狀轉(zhuǎn)子條形狀構(gòu)造的替代形式的截面圖。
圖3是展示替代啞鈴狀轉(zhuǎn)子條形狀構(gòu)造的扭矩對轉(zhuǎn)差曲線的曲線圖。
圖4是導(dǎo)電梯形轉(zhuǎn)子條形狀構(gòu)造的替代形式的截面圖。
圖5是展示梯形轉(zhuǎn)子條形狀構(gòu)造的扭矩對轉(zhuǎn)差曲線的曲線圖。
圖6是展示本發(fā)明的導(dǎo)電磁路的‘軟啟動’能力(在啟動高慣性荷載期間提供)的曲線圖。所述曲線圖是‘通量驅(qū)動’和標(biāo)準(zhǔn)‘剛性’可撓耦合的電流對時間的比較。
圖7是展示在啟動本發(fā)明的導(dǎo)電磁路的高慣性荷載期間提供的‘軟啟動’能力的曲線圖。所述曲線圖是‘通量驅(qū)動’和標(biāo)準(zhǔn)‘剛性’可撓耦合的動力對時間的比較。
圖8是測力計的替代實施方案的透視圖。
圖9是張緊裝置的替代實施方案的透視圖。
具體實施方式
本文提供優(yōu)選實施方案的詳細(xì)描述。但是，應(yīng)了解本發(fā)明可體現(xiàn)為不同形式。所以，本文公開的具體細(xì)節(jié)不得解釋為限制，而是作為權(quán)利要求的依據(jù)以及以實際上任意適當(dāng)詳細(xì)的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)或方式教導(dǎo)技術(shù)人員利用本發(fā)明的代表性依據(jù)。
在圖I至圖8所示的改進發(fā)明的實施方案中，存在總共三個圓形旋轉(zhuǎn)圓盤，其中中心圓盤‘夾’在外部兩個圓盤之間。所述兩個外部圍繞圓盤機械連接到一個轉(zhuǎn)子，且所述中心旋轉(zhuǎn)圓盤機械連接到另一個機械獨立轉(zhuǎn)子。一個轉(zhuǎn)子包括由透磁材料制成的磁鐵攜載轉(zhuǎn)子以降低磁路的磁阻。存在兩個(2)在其中支撐導(dǎo)電轉(zhuǎn)子條的透磁轉(zhuǎn)子片，其用透磁材料制成，所述透磁轉(zhuǎn)子片完成從其中的旋轉(zhuǎn)磁環(huán)穿過氣隙延伸到導(dǎo)電環(huán)片的磁場回路。在本實施方案中，所述透磁轉(zhuǎn)子的透磁材料向上延伸穿過其中的導(dǎo)電轉(zhuǎn)子片環(huán)中的開口。這減小其中的磁鐵轉(zhuǎn)子片環(huán)與導(dǎo)電片環(huán)之間的氣隙，且從而增大磁通量，同時允許導(dǎo)電轉(zhuǎn)子片條中的感應(yīng)電流圍繞透磁材料。這個改進的幾何形狀對于在所述轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生強感應(yīng)鐵磁場來說是最佳的，從而使傳送的扭矩最大化并且使所述裝置在傳送能量方面更高效。
雖然本發(fā)明已結(jié)合優(yōu)選實施方案以及兩個替代實施方案描述，但是不旨在將本發(fā)明的范圍限制為所說明的特定形式，而是相反，旨在覆蓋可能包括在由隨附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的這些替代、修改和等效物。
權(quán)利要求
1.一種用于磁性傳送扭矩的設(shè)備，其包括 兩個(2)圓盤狀主扭矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子部件和圓盤狀副驅(qū)動旋轉(zhuǎn)部件， 所述兩個(2)主旋轉(zhuǎn)部件位于所述副旋轉(zhuǎn)部件的兩側(cè)上， 所述副旋轉(zhuǎn)部件位于兩個(2)所述主部件之間，所述兩個(2)主旋轉(zhuǎn)部件具有導(dǎo)電元件和透磁材料， 所述副旋轉(zhuǎn)部件具有安裝于其上的永久磁鐵， 所述主旋轉(zhuǎn)部件連接至扭矩產(chǎn)生裝置并且由其驅(qū)動，且所述副部件連接至扭矩利用裝置，借此主旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)通過源自安裝在所述副旋轉(zhuǎn)部件上的所述永久磁鐵、切過所述主旋轉(zhuǎn)部件上的所述導(dǎo)電材料從而在所述主旋轉(zhuǎn)部件中產(chǎn)生扭矩和旋轉(zhuǎn)的一些或所有磁通量線而導(dǎo)致所述副旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中可存在放置為彼此鄰近的多個主旋轉(zhuǎn)圓盤和放置在其等中間的多個副旋轉(zhuǎn)圓盤，且所述主旋轉(zhuǎn)圓盤機械連接以一起旋轉(zhuǎn)，且所述副旋轉(zhuǎn)圓盤機械連接以一起旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中具有導(dǎo)電元件的所述旋轉(zhuǎn)元件還具有導(dǎo)電啞鈴狀轉(zhuǎn)子條形狀構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中具有導(dǎo)電元件的所述旋轉(zhuǎn)元件還具有導(dǎo)電梯形轉(zhuǎn)子條形狀構(gòu)造。
全文摘要
一種用于用主旋轉(zhuǎn)部件和副旋轉(zhuǎn)部件磁性傳送扭矩的設(shè)備，其中所述旋轉(zhuǎn)部件為圓盤狀且夾在彼此之間。所述主旋轉(zhuǎn)部件具有徑向安裝在圓盤上的永久磁鐵，所述副旋轉(zhuǎn)部件具有圓盤幾何形狀，其上配置有導(dǎo)電材料。所述副旋轉(zhuǎn)部件還具有透磁材料。本文中的新改進已將較早的圓柱形設(shè)計修改為替代圓盤-片狀設(shè)計，其使用克服現(xiàn)有技術(shù)的一些缺陷/問題的類似磁路，因為現(xiàn)有技術(shù)要求導(dǎo)電轉(zhuǎn)子在磁性盒陣列內(nèi)的更精確對準(zhǔn)且要求機械裝置底座中的額外強度以維持所述磁鐵盒與所述轉(zhuǎn)子總成之間的氣隙。
文檔編號H02K49/00GK102934338SQ201180027780
公開日2013年2月13日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者菲利普·科爾賓三世, 理查德·彼得·布朗 申請人:磁驅(qū)動股份有限公司