具有兩個轉(zhuǎn)子的磁阻耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有兩個轉(zhuǎn)子的磁阻耦合器。在此提供了一種構(gòu)造簡單的磁力耦合器。為此提出一種用于將第一軸（1）與第二軸（2）進行耦合的磁阻耦合器，該磁阻耦合器具有空心柱形的定子（3），而該定子具有至少一個磁體（10），所述一個或者多個磁體分布在定子的周邊。此外，所述磁阻耦合器還具有第一轉(zhuǎn)子（4），該第一轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)運動地支承在定子（3）的內(nèi)部、與第一軸（1）不可相對旋轉(zhuǎn)地連接并且具有多個分布在其周邊上的相互分開的鐵磁性的第一區(qū)段；所述磁阻耦合器還具有第二轉(zhuǎn)子（5），該第二轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)運動地支承在第一轉(zhuǎn)子（4）的內(nèi)部、與第二軸（2）不可相對旋轉(zhuǎn)地連接并且具有多個分布在其周邊上的鐵磁性的第二區(qū)段。
【專利說明】具有兩個轉(zhuǎn)子的磁阻耦合器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將第一軸與第二軸進行耦合的磁阻耦合器。

【背景技術(shù)】
[0002]存在許多用于磁力耦合器的解決方案。它們幾乎所有都基于由永磁體產(chǎn)生的磁場。磁力耦合器的最簡單的實現(xiàn)形式由兩個相對布置的、轉(zhuǎn)動的磁體構(gòu)成。由此得到無接觸的、卻不可分開的耦合器。如果用旋轉(zhuǎn)磁場繞組取代利用永磁體實現(xiàn)的耦合器的一側(cè)，那么該耦合器也能夠?qū)崿F(xiàn)為可切換的。然而，耗費明顯增高。尤其也就是以感應(yīng)的方式或者借助于滑動觸頭向轉(zhuǎn)動軸傳遞功率。
[0003]然而，兩個轉(zhuǎn)動軸之間的磁力耦合器對于許多應(yīng)用場合來說都是有利的，其中所述磁力耦合器能夠通過接通電流有控制地傳遞轉(zhuǎn)矩。能夠根據(jù)需求無接觸地傳遞力。尤其如果在電操控時切斷磁場，那么就實現(xiàn)了耦合器的斷開。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明任務(wù)在于，能夠更簡單地實現(xiàn)兩個軸的耦合。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過一種用于將第一軸與第二軸進行耦合的磁阻耦合器得以解決，所述磁阻耦合器包括空心柱形的定子，該定子具有一個或者多個分布在定子周邊的磁體；還包括第一轉(zhuǎn)子，該第一轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)運動地支承在定子內(nèi)部、與第一軸不可相對旋轉(zhuǎn)地連接并且具有多個分布在其周邊上的相互分開的鐵磁性的第一區(qū)段；并且還包括第二轉(zhuǎn)子，該第二轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)運動地支承在第一轉(zhuǎn)子內(nèi)部、與第二軸不可相對旋轉(zhuǎn)地連接并且具有多個分布在其周邊上的鐵磁性的第二區(qū)段。
[0006]于是，以有利的方式，磁阻耦合器基本上由三個組件得以實現(xiàn)，也就是定子、第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，其中只有定子必須具有一個或者多個磁體。與兩個軸連接的第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子只需要至少部分地由鐵磁性材料制成。借此能夠輕松地更換軸或轉(zhuǎn)子，而不需要磁體。
[0007]優(yōu)選的是，定子具有兩個鐵磁性的環(huán)，它們同軸地前后布置，并且在所述兩個環(huán)之間布置了所述一個或者多個磁體。由此能夠?qū)⒋艌鲆匀魏谓俏恢脤?dǎo)入到第一轉(zhuǎn)子中或從該第一轉(zhuǎn)子中引導(dǎo)出去。
[0008]此外特別有利的是，所述一個或者多個磁體都是電磁體。這樣一來有可能的是，能夠電控制磁阻耦合器。這樣尤其能夠電氣地影響第一軸與第二軸之間傳遞的轉(zhuǎn)矩。
[0009]每個電磁體都能夠具有鐵磁芯，所述鐵磁芯是兩個鐵磁性的環(huán)之間的連接件，從而使得在兩個鐵磁性的環(huán)之間存在無空隙的鐵磁性的連接。于是在兩個同軸地前后布置的鐵磁性的環(huán)之間形成特別小的磁阻。
[0010]在一種實施方式中，第一轉(zhuǎn)子的每個第一區(qū)段都構(gòu)造成棒狀并且具有三個子區(qū)段，其中第一子區(qū)段和第二子區(qū)段由鐵磁性的材料構(gòu)成并且沿徑向布置在兩個鐵磁性的環(huán)的下方，并且第三子區(qū)段由非磁性的材料構(gòu)成并且沿軸向布置在第一和第二子區(qū)段之間。通過第一轉(zhuǎn)子的第一區(qū)段的第一子區(qū)段和第二子區(qū)段使得磁場從環(huán)出發(fā)徑向向內(nèi)或徑向向外地被導(dǎo)入環(huán)中。
[0011]第一轉(zhuǎn)子能夠具有盤狀的保持元件，在所述保持元件的一側(cè)上固定著第一軸并且在其相對置的另一側(cè)上固定著第一區(qū)段。以這種方式能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩從第一轉(zhuǎn)子的第一區(qū)段傳遞到第一軸上。
[0012]優(yōu)選的是，第二轉(zhuǎn)子具有與第一轉(zhuǎn)子一樣的軸向長度，并且所述軸向長度相當(dāng)于定子的軸向長度。由此形成盡可能緊湊的并且有效的磁阻耦合器。
[0013]第二轉(zhuǎn)子的第二區(qū)段能夠星狀地圍繞第二轉(zhuǎn)子的軸線布置。因此，第二區(qū)段在第二轉(zhuǎn)子的中心、也就是旋轉(zhuǎn)軸線處相互接觸。由此使得沿徑向到達(dá)的磁通量被導(dǎo)入中央并且沿軸向偏轉(zhuǎn)或者沿徑向偏轉(zhuǎn)并且被向外引導(dǎo)。
[0014]優(yōu)選的是，定子的電磁體的繞組串聯(lián)聯(lián)接。由此使得穿過電磁體的全部繞組的電流相同，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對磁阻耦合器的簡單的控制。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，還提供一種具有所述磁阻耦合器和控制裝置的耦合器設(shè)備，利用所述控制裝置能夠如此控制磁阻耦合器，從而在耦合狀態(tài)下使得第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子中的第一磁場朝向第一方向，并且在所述耦合狀態(tài)結(jié)束之后能夠通過電流脈沖立即在第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子中形成朝向與第一方向相反的第二方向的第二磁場以用于退磁。由此能夠確保，在耦合狀態(tài)結(jié)束后，轉(zhuǎn)子中以及有時定子中的剩余磁化消失，從而在脫耦狀態(tài)下使得第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子之間實際上不再傳遞轉(zhuǎn)矩。借此，兩個軸完全脫耦。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]現(xiàn)在借助附圖更詳盡地闡述本發(fā)明，附圖中:
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性的磁阻耦合器的透視圖；
圖2示出圖1中的磁阻耦合器的另一透視圖；
圖3示出磁阻耦合器的外部的第一轉(zhuǎn)子；
圖4示出磁阻耦合器的內(nèi)部的第二轉(zhuǎn)子；
圖5示出磁阻耦合器的帶有繞組的定子；
圖6示出不帶繞組的定子；
圖7示出磁阻耦合器的帶有磁場線的端側(cè)視圖；
圖8示出在具有較大磁阻的轉(zhuǎn)子的位置中圖1和圖2中的磁阻耦合器在端側(cè)的視圖，
并且
圖9示出最小磁阻時轉(zhuǎn)子的位置。

【具體實施方式】
[0017]以下更詳盡地描述的實施方式是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0018]圖1以三維視圖示例性地示出了磁阻耦合器。該磁阻耦合器用于使第一軸I與第二軸2耦合。所述磁阻耦合器具有定子3，該定子具有大致為管狀或者說空心柱狀的造型。在定子3的內(nèi)部可旋轉(zhuǎn)地支承著第一轉(zhuǎn)子4。該轉(zhuǎn)子4與第一軸I不可相對旋轉(zhuǎn)地連接。在第一轉(zhuǎn)子4的內(nèi)部可旋轉(zhuǎn)運動地支承著第二轉(zhuǎn)子5。在該第二轉(zhuǎn)子上不可相對旋轉(zhuǎn)地固定著第二軸2。
[0019]所述兩個軸I和2關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線6同軸地布置。第一軸I遠(yuǎn)離磁阻耦合器的其中一個端側(cè)，并且第二軸2遠(yuǎn)離與之相對置的另一個端側(cè)。于是，旋轉(zhuǎn)軸線6構(gòu)成第一轉(zhuǎn)子4和第二轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)動中心。此外，該旋轉(zhuǎn)軸線還是管狀的定子3的中心軸線。
[0020]圖1更多地從第二軸2這一側(cè)示出磁力耦合器，而圖2則更多地從軸I這一側(cè)示出磁阻耦合器。在該視圖中尤其能夠看出第一轉(zhuǎn)子4的盤狀的保持元件7，該保持元件不可相對旋轉(zhuǎn)地固定在第一軸I上。所述盤狀的保持元件7關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線6是旋轉(zhuǎn)對稱的。
[0021]正如圖1和2所示的那樣，定子3具有兩個鐵磁性的環(huán)8和9，它們優(yōu)選具有相同的幾何形狀。所述這兩個鐵磁性的環(huán)8和9同軸地布置并且具有一條共同的軸線6。它們相互間隔開。在所述兩個環(huán)之間存在均勻分布在周邊上的多個磁體、在該實施例中為帶有繞組10的電磁體。
[0022]所述磁體能夠是產(chǎn)生固定磁場的永磁體，借此在第一軸I和第二軸2之間形成預(yù)先設(shè)定的耦合特性。然而所述磁體優(yōu)選是可電控的電磁體。這種電磁體尤其還能夠斷開，從而使軸I和2相互脫耦。
[0023]在闡述磁阻耦合器的作用方式之前，首先借助圖3至6示出磁阻耦合器的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。于是，圖3示出外部的第一轉(zhuǎn)子4。正如已經(jīng)提及的那樣，第一轉(zhuǎn)子具有盤狀的保持元件7。在保持元件7的一側(cè)上，軸I被不可相對旋轉(zhuǎn)地固定在中心。在該實施例中，軸I在保持元件7處結(jié)束并且不穿過該保持元件伸出。在盤狀的保持元件7的與軸I相對置的一側(cè)上固定了棒狀的第一區(qū)段11。所述第一區(qū)段的縱向軸線平行于旋轉(zhuǎn)軸線或軸I。所述第一區(qū)段沿周向均勻地分布在保持元件7的外邊緣上。
[0024]每個單個的棒狀的第一區(qū)段11沿縱向3分成多個部分。所述第一區(qū)段具有最近的第一子區(qū)段12、遠(yuǎn)的第二子區(qū)段13和位于它們之間的第三子區(qū)段14。第一子區(qū)段12和第二子區(qū)段13由鐵磁性的材料構(gòu)成，而位于它們之間的第三子區(qū)段14由非磁性的材料制成。
[0025]在該情況中，第一轉(zhuǎn)子4具有四個第一區(qū)段11。但是，第一區(qū)段的數(shù)量也能夠選擇更大或更小，例如1、2、3、5、6等等。
[0026]圖2示出了內(nèi)部的第二轉(zhuǎn)子5。該第二轉(zhuǎn)子具有星狀地從軸線6向外伸出的鐵磁性的第二區(qū)段15。所述第二區(qū)段沿縱向、也就是說沿軸線6的方向延伸得與第一轉(zhuǎn)子4的第一區(qū)段11 一樣遠(yuǎn)。第二轉(zhuǎn)子5優(yōu)選單件式地構(gòu)造，從而使得第二區(qū)段15在中央、也就是在軸線6的區(qū)域內(nèi)相互交錯。在第二轉(zhuǎn)子5的其中一個端側(cè)上不可相對旋轉(zhuǎn)地固定了第二軸2。
[0027]圖5示出了非裝配狀態(tài)下的定子3。在兩個環(huán)8和9之間存在多個電磁體，它們中在此只能看出繞組10。所述電磁體均勻地分布在定子3的周邊上。所述電磁體不伸到定子3的由柱形限定的內(nèi)部中，所述柱形由所述兩個環(huán)8和9的內(nèi)表面限定。繞組10的繞組軸線平行于定子3的中心軸線延伸。
[0028]圖6示出了不帶繞組10的定子3。因此能夠看出位于兩個環(huán)8和9之間的鐵磁性的連接件16，所述鐵磁性的連接件是電磁體的芯。所述連接件16中的每個連接件都具有大致為正方形的造型并且沿軸向從環(huán)8延伸至另一個環(huán)9。于是在兩個環(huán)8和9之間存在多個貫通的鐵磁性的橋接件。
[0029]現(xiàn)在借助圖7至9更詳盡地闡述磁阻耦合器的工作原理。圖7示出了耦合器的端側(cè)視圖。能夠看出具有環(huán)8的定子3，外部的第一轉(zhuǎn)子4在其內(nèi)部運轉(zhuǎn)，從中能夠看出子區(qū)段13。從內(nèi)部的第二轉(zhuǎn)子5中能夠看出第二區(qū)段15。此外還繪出了第二軸2。
[0030]通過電磁體(用繞組10代表)分別產(chǎn)生磁場，所述磁場在所選擇的空心方向上從附圖平面指向外。據(jù)此，磁場線根據(jù)符號17從相應(yīng)的電磁體延伸到環(huán)8中。在那里磁場線沿周向繞轉(zhuǎn)。所述磁場線在那里延伸至第一轉(zhuǎn)子的下一個子區(qū)段13。穿過所述相應(yīng)的子區(qū)段
13,所述磁場線徑向向內(nèi)導(dǎo)向。
[0031]在圖4所示的實施例中，內(nèi)部的轉(zhuǎn)子5的第二區(qū)段15正好位于第一轉(zhuǎn)子4的子區(qū)段13或相應(yīng)的第一區(qū)段11的對面。因此，磁場線18沿徑向穿過第二轉(zhuǎn)子在其中央?yún)^(qū)段19內(nèi)延伸，在該中央?yún)^(qū)段內(nèi)所有的第二區(qū)段15交錯延伸。在中央?yún)^(qū)段19中，磁場線朝附圖平面內(nèi)的方向延伸，正如符號20表不的那樣。
[0032]磁場線沿著軸線6進一步延伸到第二轉(zhuǎn)子5的另一端部。在那里，磁場線徑向向外地導(dǎo)向到第二區(qū)段15內(nèi)。然后，這些磁場線沿徑向向外地穿過第一轉(zhuǎn)子4的第一區(qū)段11的第一子區(qū)段12。緊接著，這些磁場線通入到沿徑向相對置的環(huán)9內(nèi)，這些磁場線從所述環(huán)返回到相應(yīng)的鐵磁體中。
[0033]也就是說，磁阻耦合器以恒定場為基礎(chǔ)，該恒定場由一個或者多個在鐵磁回路中具有相應(yīng)的繞組方向的線圈10產(chǎn)生。該回路由定子3以及所述兩個轉(zhuǎn)子4和5構(gòu)成，它們分別與軸1、2的一側(cè)連接。
[0034]如果沒有電流流過線圈10并且因此鐵磁回路在最靠近的地方無磁場，那么在軸
1、2之間也沒有力矩傳遞。然而，如果有合適的直流電流穿流過線圈10，那么就產(chǎn)生恒定場，這經(jīng)由所述兩個轉(zhuǎn)子4、5閉合。
[0035]根據(jù)轉(zhuǎn)子4、5的齒(也就是區(qū)段11和15)相互之間的位置，所述結(jié)構(gòu)的空隙或磁阻發(fā)生變化，正如圖8和9中所強調(diào)的那樣。磁阻原理表明，這種結(jié)構(gòu)力求使所述空隙或磁阻保持得盡可能小，這在技術(shù)上例如用于磁阻馬達(dá)或磁軸承中。這例如在第一轉(zhuǎn)子4相對于第二轉(zhuǎn)子5的圖8所示的位置中導(dǎo)致，在接通磁場時產(chǎn)生力，該力對軸1、2施加轉(zhuǎn)矩，從而將兩個轉(zhuǎn)子4、5的對應(yīng)的轉(zhuǎn)子齒或轉(zhuǎn)子區(qū)段轉(zhuǎn)到相同的角位置中。
[0036]正如已經(jīng)提過的那樣，轉(zhuǎn)子4和5的齒數(shù)也能夠不是四個。優(yōu)選地，外部的轉(zhuǎn)子4和內(nèi)部的轉(zhuǎn)子5具有相同的齒數(shù)。但是這并不是強制性必要的。
[0037]定子3在其中一個環(huán)8和另一個環(huán)9之間通過磁體具有至少一個磁性連接。但是也能夠?qū)崿F(xiàn)多個連接，那么它們分別優(yōu)選由電磁體構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子的齒數(shù)和連接數(shù)量或定子3中磁體的數(shù)量之間不存在任何關(guān)聯(lián)。
[0038]有利的是，所有的繞組都有相同的電流通過并且構(gòu)造有相同的繞組方向，由此這些磁場疊加。但是，原則上也能夠有區(qū)別地操控這些繞組，從而例如補償額外的力。
[0039]以上所示的結(jié)構(gòu)給出一種簡單的、能夠經(jīng)由直流電流操控的磁力耦合器，它能夠在沒有轉(zhuǎn)動的永磁體的情況下工作。這是一個重要的成本優(yōu)勢。
[0040]此外，定子和轉(zhuǎn)子根據(jù)需要的轉(zhuǎn)數(shù)由大量部件構(gòu)成。必要時，一些例如像定子環(huán)這樣的組件為了更高的轉(zhuǎn)數(shù)必須構(gòu)造成疊板形式。
[0041]相對于具有轉(zhuǎn)動的永磁體和可切換的旋轉(zhuǎn)磁場的結(jié)構(gòu)而言，根據(jù)本發(fā)明的解決方案的優(yōu)勢在于，既不需要變流器又不需要滑動觸頭用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的交變場。簡單的有待產(chǎn)生的直流電流就足夠了。
[0042]如果兩個軸要脫耦，那么所述電磁體必須切換為無電流。然而，為了實現(xiàn)完全脫耦還需要確保磁回路實際上沒有磁場。為此有利地通過合適的電流脈沖消除可能的剩磁。對電流脈沖而言，如此確定電流的方向，從而使得鐵中的磁場繞轉(zhuǎn)。
【權(quán)利要求】
1.用于將第一軸(I)與第二軸(2)進行耦合的磁阻耦合器，其特征在于 -空心柱形的定子(3)，所述定子具有一個或者多個磁體(10、16)，所述一個或者多個磁體布置在定子的周邊， -第一轉(zhuǎn)子(4)，所述第一轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)運動地支承在所述定子(3)的內(nèi)部、與所述第一軸(I)不可相對旋轉(zhuǎn)地連接并且具有多個分布在其周邊上的相互分開的鐵磁性的第一區(qū)段(11)，以及 -第二轉(zhuǎn)子(5)，所述第二轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)運動地支承在所述第一轉(zhuǎn)子(4)的內(nèi)部、與所述第二軸(2)不可相對旋轉(zhuǎn)地連接并且具有多個分布在其周邊上的鐵磁性的第二區(qū)段(15)。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁阻耦合器，其中所述定子(3)具有兩個鐵磁性的環(huán)(8、9)，所述環(huán)同軸地前后布置，并且在所述兩個環(huán)之間布置所述一個或者多個磁體(10、16)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的磁阻耦合器，其中所述一個或者多個磁體(10、16)分別是電磁體。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的磁阻耦合器，其中所述電磁體中的每個電磁體都具有鐵磁芯，所述鐵磁芯是所述兩個鐵磁性的環(huán)(8、9)之間的連接件(16)，從而在所述兩個鐵磁性的環(huán)之間存在無間隙的鐵磁性的連接。
5.按照權(quán)利要求2至4中任一項所述的磁阻耦合器，其中所述第一轉(zhuǎn)子(4)的第一區(qū)段(11)中的每個第一區(qū)段都構(gòu)造成棒狀并且具有三個子區(qū)段，其中第一子區(qū)段(12)和第二子區(qū)段(13)由鐵磁性的材料構(gòu)成并且沿徑向布置在所述兩個鐵磁性的環(huán)(8、9)的下方，并且第三子區(qū)段(14)由非磁性的材料構(gòu)成并且沿軸向布置在所述第一子區(qū)段和第二子區(qū)段之間。
6.按照權(quán)利要求5所述的磁阻耦合器，其中所述第一轉(zhuǎn)子(4)具有盤狀的保持元件(7)，在所述保持元件的一側(cè)上固定所述第一軸(I)并且在所述保持元件的相對置的另一側(cè)上固定所述第一區(qū)段(11)。
7.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的磁阻耦合器，其中所述第二轉(zhuǎn)子(5)具有與所述第一轉(zhuǎn)子(4)相同的軸向長度，并且所述軸向長度相當(dāng)于所述定子(3)的軸向長度。
8.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的磁阻耦合器，其中所述第二轉(zhuǎn)子(5)的第二區(qū)段(15)星狀地圍繞所述第二轉(zhuǎn)子(5)的旋轉(zhuǎn)軸線布置。
9.按照權(quán)利要求3至8中任一項所述的磁阻耦合器，其中所述定子(3)的電磁體的繞組(10)串聯(lián)聯(lián)接。
10.耦合器設(shè)備，具有按照權(quán)利要求3至9中任一項所述的磁阻耦合器和控制裝置，利用所述控制裝置能夠如此操控所述磁阻耦合器，從而在耦合狀態(tài)下使得第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子(4、5)中的第一磁場朝向第一方向，并且在所述I禹合狀態(tài)結(jié)束之后能夠通過電流脈沖立即在所述第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子中形成朝向與所述第一方向相反的第二方向的第二磁場以用于其退磁。
【文檔編號】H02K16/02GK104185945SQ201380016927
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】G.巴赫邁爾, C.巴赫曼, D.貝格曼, M.格利希, A.格德克, G.派斯, W.策爾斯 申請人:西門子公司