专利名称：自卸式磁联轴节的制作方法
技术领域：
本发明涉及永磁联轴节，这种联轴节具有在一根轴上的永久磁铁转动体组件，与另一根轴上的传导转动体组件由气隙间隔开来。
背景技术：
可调的永磁联轴节是公知的，其中一对传导转动体跨装一对磁铁转动体。传导转动体被连接起来，作为一个整体在一根轴上转动，而磁铁转动体被安装成随第二根轴转动，并可相对于第二根轴轴向移动。每个磁铁转动体具有一组永久磁铁由气隙与安装在相关一个传导转动体上的铁类衬底(ferrous-backed)的导电环间隔开来。两根轴之一的转动借助作用在磁铁转动体和传导转动体之间的磁力导致另一根轴的转动，两根轴之间没有任何直接的机械连接。
通过相对于第二根轴轴向移动磁铁转动体，可以改变磁铁转动体和传导转动体之间的气隙。增大气隙则减小联结磁铁转动体和传导转动体的转矩。了解气隙和所导致的转矩之间的关系，工程师就能够设计一种可调的磁铁联轴节，通过形成适当的气隙而将一个特定的输入转速和/或转矩转变成需要的输出转速和/或转矩。已经设计出致动器，以便可控地使磁铁转动体相对于传导转动体移动，从而调节在可调的磁铁联轴节中的气隙。
在一定的工作条件下，例如，在启动过程中或在负荷轴显著减慢时，磁铁转动体和传导转动体的相对转速可显著地不同。已有报告，在高滑动条件下，在磁铁转动体和传导转动体之间产生斥力。这种斥力是相对运动滑动的函数，因此，当转动体趋近于相同的转速时斥力减小。在相对静止条件下，没有斥力。
发明内容
本发明涉及一种磁联轴节，其构制成在启动期间可有限地脱开，但是，当紧急停止时可有效地脱开。在本发明的一个实施例中，一对磁铁转动体可滑动地安装在两个端板之间延伸的转矩杆上。在传导转动体上的铁类材料被磁力吸向磁铁转动体内的永久磁铁。在静止或相对静止的条件下，吸力使磁铁转动体趋向传导转动体。止动器使磁铁转动体与传导转动体隔开一个为需要的工作条件而选择的最小气隙。在某些实施例中，止动器可以调节以改变最小气隙。
但是，在启动或紧急停止期间，磁铁转动体和传导转动体之间的相对速度引起磁铁转动体和传导转动体之间的斥力增加。磁性引力设计成在启动和紧急停止期间小得足以被克服。因此，在这种条件下，斥力使磁铁转动体从传导转动体移开。在启动期间，磁铁转动体压在设置在其间的闩锁臂(latch arm)上，使磁铁转动体和传导转动体之间的气隙从最小气隙增加至一个“软启动”气隙。软启动气隙使负载能够在一个降低的转矩水平上，升至工作速度，从而减小对与启动相关的设备的冲击。闩锁臂或其间其它结构的尺寸可以被改变，以便调节软启动气隙。
当负载侧的轴趋近于连接于马达的轴的转速时，斥力减小至一个点，在该点上，斥力又被磁铁转动体和传导转动体之间的磁性引力克服。在这种条件下，磁铁转动体移回工作结构，与传导转动体间隔最小气隙。
在预选的转速上，离心力使闩锁臂从软启动结构移至“运转速度”或完全脱开结构。当闩锁臂处于运转速度结构时，如果负载轴迅速地减速，磁铁转动体和传导转动体之间的差转速就导致上述斥力。但是，由于闩锁臂正处于运转速度结构，因而磁铁转动体能够压过软启动气隙。磁铁转动体并不是进一步回缩，从而在磁铁转动体和传导转动体之间形成最大气隙，这能够显著减小其间的转动扭力。这种完全脱开结构能够使马达在负载已显著减速或停止时可继续运转，因而能够防止对设备的损坏。
最后，当马达和负载两者已停止时，斥力再次减小，使磁性引力能够将磁铁转动体拉回到最初的静态结构。
下面将更详细地讲述，本发明涉及多种使磁联轴节能够在上述结构之间自由移动的结构，从而使系统能够自动地占据启动、标准工作状态、紧急停止和静止状态等不同的结构。本发明也涉及进行上述操作的方法。
图1是按照本发明的一个实施例的磁联轴节的立体图。
图2是沿转动轴线的图1所示磁联轴节的端视图。
图3是在静止结构中沿剖面3-3的图2的磁联轴节的径向剖面图。
图4是在静止结构中沿剖面4-4的图2的磁联轴节的径向剖面图。
图5是在软启动结构中沿剖面5-5的图2的磁联轴节的径向剖面图。
图6是在工作结构中沿剖面6-6的图2的磁联轴节的径向剖面图。
图7是在完全脱开的结构中沿剖面7-7的图2的磁联轴节的径向剖面图。
图8是按照本发明另一实施例的磁联轴节的一部分的剖视图，图中处于静止结构。
图9是图8的磁联轴节部分的剖面图，图中处于软启动结构。
图10是图8的磁联轴节部分的剖面图，图中处于工作结构。
图11是图8的磁联轴节部分的剖面图，图中处于脱开结构。
具体实施例方式
在本发明一般涉及的磁联轴节中，一对传导转动体固定地安装在第一轴上，一对磁铁转动体设置在两个传导转动体之间，轴向可滑动地连接于第二轴。磁铁转动体可自由地在一段有限的距离上滑动，并且构制成在静止状态、启动状态、工作状态或紧急状态中保持在多个预选的结构中。在下面的说明和图1至11中描述本发明某些实施例的具体细节，以便透彻理解这些实施例。然而本专业技术人员懂得，本发明也可以有附加实施例，或者也可以实施而没有下面说明中描述的若干细部结构。
图1和2一般性表示按照本发明的一个具体实施例的磁联轴节8。图示磁联轴节8基本包括一对磁铁转动体23、24，设置在一对传导转动体48之间。
如图3所示，第一毂部10连接于一个磁铁转动体组件，第二毂部12连接于一个传导转动体组件。磁铁转动体组件包括两个基本圆形的端板13、14，这两个端板由一个间距套筒16轴向间隔开来，该间距套筒可以焊接或借助其它方式刚性地连接于端板。每个端板13、14设有4个孔20，所述孔中分别装配四个平行的转矩杆22的有关端部。一对磁铁转动体23、24可滑动地安装在转矩杆22上。
每个磁铁转动体23、24具有一个主转动体25，主转动体内形成有矩形凹部26的圆形阵列，以便共同接纳一组磁铁28，所述磁铁可布置成使相邻磁铁的磁极相反。每个磁铁组可以用一个铁类材料的环30作为背衬，该环拧紧在各自的主转动体25上。主转动体25具有中心孔31，与间距套筒16形成间隙，以及具有在主转动体表面上的圆形凹部32。第一对孔33从每个主转动体25上的凹部32延伸至其相对表面以接纳“衬套支柱”34，衬套支柱具有设置在主转动体上并借助例如圆柱头内六角螺钉固定在其上的凸缘或环套35。在一个磁铁转动体23上的两个衬套支柱34相对于另一磁铁转动体24上的相应一对转动一个偏置角α(见图2)，因而四个衬套支柱分别套在四个转矩杆22上。第二对孔36与安装在另一个磁铁转动体上的衬套支柱34对准，每个孔的尺寸使衬套支柱可以从中穿过。
接下来描述传导转动体组件，如图所示，它具有安装在毂部12上的一个端环40和一个具有内径45的第二端环41，该第二端环与毂部12和端板14间隔开一个间隙42。端环40、41借助由螺栓46固定在位的分隔件44彼此分开。一对传导环48安装在端环40、41的朝内的侧面上，与磁铁转动体23、24间隔开最小气隙50。在图示实施例中，传导环48是铜的，端环40、41是软钢的。本发明人认识到其它材料也可以替代上述材料。
如图4所示，当磁铁转动体23、24和传导转动体48处于静止状态时，磁铁转动体与传导转动体间隔开最小气隙50。最小气隙50是通过调节多个缓冲器或定位螺钉54而选择的，所述定位螺钉穿过主转动体25内的螺孔并接触端板13、14。定位螺钉的头部可以从磁联轴节8的外侧够到。某些实施例未装有定位螺钉或缓冲器。
磁铁转动体23、24具有装在其上的闩锁臂58，闩锁臂可摆动地安装在销60上，以便在一个伸向相对的磁铁转动体的有效位置(如图4所示)和一个相对于磁铁转动体径向延伸的无效位置之间(如图6所示)摆动。闩锁臂58被弹簧62推入有效位置，而被磁铁转动体23、24转动引起的离心力推入无效位置。
图4所示的磁铁联轴节8处于静止结构中磁铁转动体23、24和传导转动体48都不转动。在这种状态下，没有离心力作用在闩锁臂58上。因此，弹簧62将闩锁臂58推入有效位置。然而磁铁转动体23、24并不接触闩锁臂58。这是由于永久磁铁28和端环40、41中的铁类材料彼此磁性吸引，使磁铁转动体23、24彼此分开的缘故。定位螺钉54接触端板13、14，使磁铁转动体23、24保持与传导转动体48隔开最小气隙50。
图5表示在启动状态中的磁铁转动体8。在图示实施例中，在启动状态下，传导转动体48连接于一个运转马达，正在快速转动，而磁铁转动体23、24则连接于一负载，并正在取得转速。因此，磁铁转动体23、24和传导转动体48之间的相对转速很大，在磁铁转动体和传导转动体之间形成大的斥力。由于这种斥力，磁铁转动体23、24彼此相向移动，直至在一个磁铁转动体上的背板30接触从另一磁铁转动体伸出的闩锁臂58为止。在这种结构中的磁铁转动体和传导转动体之间的空间相对于最小气隙50增加至启动(软启动)间隙64。由于软启动间隙64大于最大间隙50(如下面所述，最小间隙也是全工作速度下的间隙)，因而作用在负载上的转矩力与工作状态相比稍许减小。因此，负载可被加速，但是在负载上的冲击或其它震动被减小，这可减小对马达、负载及其设备的损伤。
图6表示在工作状态中的磁联轴节8。在这种结构中，磁铁转动体23、24和传导转动体48都以全工作速度转动。因此，离心力已使闩锁臂从有效位置移至无效位置。尽管如此，由于磁铁转动体23、24和传导转动体48之间相对转速最小，因而两者间极少或没有斥力。因此，上述磁性吸力相对于静止状态来说同样使磁铁转动体23、24移向传导转动体48，直至定位螺钉54接触端板13、14。磁铁转动体23、24则与传导转动体48分开最小气隙50，该气隙也可称为工作气隙。由于最小气隙50小于在启动结构中的气隙，因而在该结构中，磁联轴节8可在较高的转矩下工作，有较高的效率。
图7表示处于最大脱开结构中的磁联轴节8。当负载承受意外的转速下降时，如在输出轴停止期间，就可引起这种结构。当负载轴转速迅速下降时，磁铁转动体23、24和传导转动体48之间的转速大得足以形成与上面针对启动结构所述斥力类似的斥力。但是，在这个例子中，闩锁臂58由于磁铁转动体23、24的转速而处于无效位置。当斥力克服了磁铁转动体23、24和端环40、41之间的磁性吸力时，闩锁臂58就不象在启动结构中那样限制磁铁转动体的运动了。磁铁转动体23、24进一步退至一个点位，在该点位磁铁转动体23、24和传导转动体48之间的气隙是最大气隙66。该最大气隙66显著减小或消除了磁铁转动体23、24和传导转动体48之间的转动力，从而减小或消除了负载上的转矩。因此，可以减小或消除对设备的损伤。
图8-11表示本发明的另一实施例。图8表示在静止结构中的一对磁铁转动体123、124。在这种结构中，磁铁转动体123、124及传导转动体148均不转动。因此，磁铁转动体123、124被吸至连接于传导转动体148的衬背材料140、141，并移向传导转动体以形成最小气隙150。
在图示实施例中，磁铁转动体124之一具有安装在其上的一个臂170，该臂从磁铁转动体伸出。在相对的磁铁转动体123上一个孔176与臂170对准。在静止结构中，一个闸板172可防止臂170进入孔176。臂170的长度和闸板172的位置被选择成在形成需要的软启动气隙164的位置上挡住磁铁转动体123、124。
图10表示在工作结构中的磁铁转动体123、124。当磁铁转动体123、124和传导转动体148以相同或接近相同的速度移动时，磁铁转动体向外移动以形成工作或最小气隙150。另外，在磁铁转动体以工作速度转动时，闸板172向外移动，在离心力作用下压缩弹簧174。因此，孔176就不再被阻塞。
图11表示完全脱开结构，例如，当磁铁转动体123、124已经响应于负载轴引起的速度急剧下降而彼此压迫时。由于在速度减小时闸板172已在打开位置上，因而臂170进入孔176。因此，磁铁转动体123、124可退至一种结构，该结构在磁铁转动体123、124和传导转动体148之间形成脱开气隙166。
从上面的描述可以看出，虽然在说明书中已经为了说明的目的而描述了本发明的具体实施例，但是，可以进行各种变化而不超出本发明的精神和范围。因此，除了权利要求书外，本发明并不受到限制。
权利要求
1.一种联轴节，它包括第一和第二旋转毂部，每个毂部具有一根转动轴线；两个共轴的磁铁转动体，每个磁铁转动体含有各自的永久磁铁组；两个共轴的传导转动体，每个传导转动体具有非铁类的导电环，与各自的一个磁铁组间隔一个间隙；所述转动体的前两个间隔开一个固定的轴向距离，并作为一个单元安装在所述第一毂部上随其一起转动；两个端板，由多根杆连接，并被安装成随所述第二毂部一起转动，其余两个转动体可在所述杆上相对于所述前两个转动体轴向移动；以及与传导转动体相关的磁铁吸引材料，所述磁铁吸引材料的尺寸和形状使其与有关的永久磁铁组相互作用，将转动体磁性偏压至联结关系，其中，由磁铁转动体和传导转动体之间的足够的滑动引起的联轴节的过载导致与上述偏压相反且超过上述偏压的轴向推力，以便使所述磁铁转动体和传导转动体至少部分地移出所述联结关系。
2.如权利要求1所述的联轴节，其特征在于还包括设置在所述端板和所述其余两个转动体之间的可调止动器，以便调节间隙。
3.如权利要求1所述的联轴节，其特征在于在所述单元中的两个转动体是传导转动体；以及所述其余转动体是位于传导转动体之间的磁铁转动体。
4.如权利要求1所述的联轴节，其特征在于所述止动器包括穿过端板且布置成接触所述其余两个转动体的定位螺钉。
5.一种联轴节，它包括第一和第二旋转轴，每个旋转轴具有一根转动轴线；两个共轴的磁铁转动体，每个磁铁转动体含有各自的永久磁铁组；两个共轴的传导转动体，每个传导转动体具有一个非铁类导电环，与有关一个磁铁组间隔开一个间隙；所述转动体的前两个间隔开一个固定的轴向距离，且作为一个单元安装在第一轴上，以便随其一起转动；其余两个转动体被安装成随第二轴一起转动，并可相对于第二轴以相反的方向轴向地移入和移出与所述前两个转动体的磁性联结关系；磁性吸引材料与所述传导转动体相关，以便与相关的永久磁铁组相互作用，并将转动体磁性偏压入所述的联结关系，其中磁铁转动体和传导转动体之间的滑动形式的相对转动导致与上述偏压相反的轴向力，使转动体移出联结关系；以及闩锁构件，它由所述其余的转动体承载，并布置成当处于有效位置时由于联轴节启动过程中的斥力而限制所述其余转动体的轴向运动，所述闩锁构件可响应于离心力移至一个无效位置，从而使联轴节能够由于启动后的斥力而完全脱开。
6.如权利要求5所述的联轴节，其特征在于设有一个限制所述间隙的最小尺寸的、与转动体相关的止动器。
7.如权利要求6所述的联轴节，其特征在于通过调节止动器，所述最小气隙是可调的，从而在启动后所述轴之间由于过载状态的滑动使轴向推力超过所述偏压，从而使联轴节脱开。
8.如权利要求5所述的联轴节，其特征在于每个闩锁构件被布置成在一摆动轴线上从一个平行于所述转动轴线的有效位置摆动至一个从所述摆动轴线径向向外方向的无效位置。
9.如权利要求8所述的联轴节，其特征在于每个闩锁构件具有一个弹簧，该弹簧被布置成在低转速时柔顺地阻抗闩锁构件从其有效位置摆开。
10.一种用于在启动期间防止脱开并在启动后能够脱开的磁联轴节，它包括第一和第二旋转轴，每个旋转轴具有一根转动轴线；两个共轴的磁铁转动体，每个磁铁转动体具有一个永久磁铁组；两个邻近于各自的磁铁转动体设置的共轴的传导转动体，每个传导转动体具有一个非铁类的导电环，与各自的磁铁转动体间隔开一个第一间隙；所述转动体的前两个彼此间隔开一个固定的轴向距离，并作为一个单元安装在所述第一轴上随其一起转动；其余两个转动体被安装成随第二轴一起转动，并可相对于第二轴轴向地移入和移出与所述前两个转动体的磁性联结关系；磁性吸引材料，连接于每个传导转动体，以便将所述磁铁转动体磁性偏压向所述传导转动体，并将转动体推入联结关系，所述磁性吸引材料的尺寸、形状和定位使得由磁铁转动体和传导转动体之间显著的相对转动引起的斥力足以抵消所述偏压，并将转动体推出所述联结关系；以及至少一个由所述第二轴承载的闩锁构件，所述至少一个闩锁构件可在一个有效位置和一个无效位置之间运动，在所述有效位置上，所述至少一个闩锁构件限制所述其余两个转动体移至联结关系外的第一距离，在所述无效位置上，所述至少一个闩锁构件限制所述其余两个转动体移至联结关系外的第二距离。
11.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述至少一个闩锁构件可被离心力从联轴节启动时的有效位置移至启动后的无效位置。
12.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述第二距离大于所述第一距离。
13.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述第一距离是预定的，以便使联轴节具有软启动特性。
14.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述第二距离是预定的，以便使联轴节具有无定限的运转特性。
15.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述磁性吸引材料是围绕传导转动体周边分布的铁类材料形式。
16.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述磁性吸引材料是围绕传导转动体同心地设置的铁类材料环的形式。
17.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述磁性吸引材料是围绕传导转动体同心地设置的铁类材料环形式，并位于传导转动体与有关磁铁转动体相对的表面上。
18.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述至少一个闩锁构件包括一个可在所述有效和无效位置之间摆动的闩锁臂。
19.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述至少一个闩锁构件包括一个从所述其余两个转动体中的一个向内伸出的固定臂和在所述其余两个转动体中的另一个上的闸板，所述闸板与所述固定臂对准，并可在闸板阻挡固定臂通过的有效位置和闸板允许固定臂至少部分地进入所述其余两个转动体中的所述另一个上的孔的无效位置之间移动。
20.如权利要求10所述的磁联轴节，其特征在于所述至少一个闩锁构件是可调节的，以便改变所述第一距离。
21.一种用于防止在启动期间完全脱开并在启动后能够完全脱开的磁联轴节，它包括第一和第二旋转轴，每个旋转轴具有一根转动轴线；一个磁铁转动体，该磁铁转动体具有一个永久磁铁组；一个邻近于磁铁转动体设置的传导转动体，所述传导转动体具有一个与磁铁转动体间隔开第一间隙的非铁类导电环；所述转动体中的第一个安装在所述第一轴上随其一起转动，所述第一转动体相对于所述第一轴轴向固定；所述转动体中的其余一个被安装成随所述第二轴一起转动，并可相对于所述第二轴轴向移入和移出与所述第一转动体的磁联结关系；磁性吸引材料，连接于所述传导转动体，以便将所述磁铁转动体磁性偏压向所述传导转动体，并将转动体推入联结关系，所述磁性吸引材料的尺寸、形状和定位使得由磁铁转动体和传导转动体之间的显著的相对转动引起的斥力足以抵消所述偏压，并将转动体推出所述联结关系；以及至少一个闩锁构件，所述至少一个闩锁构件可被离心力在一个有效位置和一个无效位置之间移动，在所述有效位置上，所述至少一个闩锁构件限制所述其余转动体移至联结关系外的第一距离，在所述无效位置上，所述至少一个闩锁构件限制所述其余转动体移至联结关系外的第二距离，所述第二距离大于所述第一距离。
22.一种防止在启动过程中磁联轴节中完全脱开，且在工作中允许完全脱开的方法，所述方法包括提供在第一轴上的一对磁铁转动体，与在第二轴上的一对传导转动体成联结关系；将成对的转动体中的一对在轴向布置中固定；使成对的转动体中的另一对可相对于所述一对转动体轴向滑入及滑出联结关系；将所述另一对转动体偏压入所述联结关系；提供至少一个闩锁机构，该闩锁机构可在有效和无效位置之间运动，所述有效位置被构制成将所述另一对转动体保持在联结关系中，所述无效位置被构制成使所述另一转动体可至少基本地移出所述联结关系。
全文摘要
在磁联轴节中，一对磁铁转动体可滑动地安装在杆上。在传导转动体上的铁类材料吸引磁铁转动体中的永久磁铁。在静止或相对静止状态下，吸引力将磁铁转动体推向传导转动体，在其间形成一个最小工作气隙。当磁铁转动体和传导转动体间存在显著相对转动时，斥力迫使转动体分开。在启动期间，闩锁臂保持使磁铁转动体与传导转动体分开一个较大的软启动气隙。在工作期间，离心力使闩锁臂移出其有效位置。如果在工作期间负载轴的转速快速下降，则磁铁转动体与传导转动体分开一个更大的完全脱开气隙。
文档编号H02K49/02GK1543700SQ02816158
公开日2004年11月3日 申请日期2002年5月30日 优先权日2001年7月3日
发明者理查德·基伦, 布鲁斯·D·登斯莫尔, 约翰·L·布罗克曼, 卡尔·J·拉姆, 托比·梅里尔, D 登斯莫尔, J 拉姆, L 布罗克曼, 梅里尔, 理查德 基伦 申请人:麦格纳驱动公司