CN104185945A - 具有两个转子的磁阻耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有两个转子的磁阻耦合器。在此提供了一种构造简单的磁力耦合器。为此提出一种用于将第一轴（1）与第二轴（2）进行耦合的磁阻耦合器，该磁阻耦合器具有空心柱形的定子（3），而该定子具有至少一个磁体（10），所述一个或者多个磁体分布在定子的周边。此外，所述磁阻耦合器还具有第一转子（4），该第一转子可旋转运动地支承在定子（3）的内部、与第一轴（1）不可相对旋转地连接并且具有多个分布在其周边上的相互分开的铁磁性的第一区段；所述磁阻耦合器还具有第二转子（5），该第二转子可旋转运动地支承在第一转子（4）的内部、与第二轴（2）不可相对旋转地连接并且具有多个分布在其周边上的铁磁性的第二区段。

Description

具有两个转子的磁阻耦合器

技术领域

本发明涉及一种用于将第一轴与第二轴进行耦合的磁阻耦合器。

背景技术

存在许多用于磁力耦合器的解决方案。它们几乎所有都基于由永磁体产生的磁场。磁力耦合器的最简单的实现形式由两个相对布置的、转动的磁体构成。由此得到无接触的、却不可分开的耦合器。如果用旋转磁场绕组取代利用永磁体实现的耦合器的一侧，那么该耦合器也能够实现为可切换的。然而，耗费明显增高。尤其也就是以感应的方式或者借助于滑动触头向转动轴传递功率。

然而，两个转动轴之间的磁力耦合器对于许多应用场合来说都是有利的，其中所述磁力耦合器能够通过接通电流有控制地传递转矩。能够根据需求无接触地传递力。尤其如果在电操控时切断磁场，那么就实现了耦合器的断开。

发明内容

因此，本发明任务在于，能够更简单地实现两个轴的耦合。

根据本发明，该任务通过一种用于将第一轴与第二轴进行耦合的磁阻耦合器得以解决，所述磁阻耦合器包括空心柱形的定子，该定子具有一个或者多个分布在定子周边的磁体；还包括第一转子，该第一转子可旋转运动地支承在定子内部、与第一轴不可相对旋转地连接并且具有多个分布在其周边上的相互分开的铁磁性的第一区段；并且还包括第二转子，该第二转子可旋转运动地支承在第一转子内部、与第二轴不可相对旋转地连接并且具有多个分布在其周边上的铁磁性的第二区段。

于是，以有利的方式，磁阻耦合器基本上由三个组件得以实现，也就是定子、第一转子和第二转子，其中只有定子必须具有一个或者多个磁体。与两个轴连接的第一转子和第二转子只需要至少部分地由铁磁性材料制成。借此能够轻松地更换轴或转子，而不需要磁体。

优选的是，定子具有两个铁磁性的环，它们同轴地前后布置，并且在所述两个环之间布置了所述一个或者多个磁体。由此能够将磁场以任何角位置导入到第一转子中或从该第一转子中引导出去。

此外特别有利的是，所述一个或者多个磁体都是电磁体。这样一来有可能的是，能够电控制磁阻耦合器。这样尤其能够电气地影响第一轴与第二轴之间传递的转矩。

每个电磁体都能够具有铁磁芯，所述铁磁芯是两个铁磁性的环之间的连接件，从而使得在两个铁磁性的环之间存在无空隙的铁磁性的连接。于是在两个同轴地前后布置的铁磁性的环之间形成特别小的磁阻。

在一种实施方式中，第一转子的每个第一区段都构造成棒状并且具有三个子区段，其中第一子区段和第二子区段由铁磁性的材料构成并且沿径向布置在两个铁磁性的环的下方，并且第三子区段由非磁性的材料构成并且沿轴向布置在第一和第二子区段之间。通过第一转子的第一区段的第一子区段和第二子区段使得磁场从环出发径向向内或径向向外地被导入环中。

第一转子能够具有盘状的保持元件，在所述保持元件的一侧上固定着第一轴并且在其相对置的另一侧上固定着第一区段。以这种方式能够将转矩从第一转子的第一区段传递到第一轴上。

优选的是，第二转子具有与第一转子一样的轴向长度，并且所述轴向长度相当于定子的轴向长度。由此形成尽可能紧凑的并且有效的磁阻耦合器。

第二转子的第二区段能够星状地围绕第二转子的轴线布置。因此，第二区段在第二转子的中心、也就是旋转轴线处相互接触。由此使得沿径向到达的磁通量被导入中央并且沿轴向偏转或者沿径向偏转并且被向外引导。

优选的是，定子的电磁体的绕组串联联接。由此使得穿过电磁体的全部绕组的电流相同，从而能够实现对磁阻耦合器的简单的控制。

根据本发明，还提供一种具有所述磁阻耦合器和控制装置的耦合器设备，利用所述控制装置能够如此控制磁阻耦合器，从而在耦合状态下使得第一转子和第二转子中的第一磁场朝向第一方向，并且在所述耦合状态结束之后能够通过电流脉冲立即在第一转子和第二转子中形成朝向与第一方向相反的第二方向的第二磁场以用于退磁。由此能够确保，在耦合状态结束后，转子中以及有时定子中的剩余磁化消失，从而在脱耦状态下使得第一转子和第二转子之间实际上不再传递转矩。借此，两个轴完全脱耦。

附图说明

现在借助附图更详尽地阐述本发明，附图中： 

图1示出根据本发明的示例性的磁阻耦合器的透视图；

图2示出图1中的磁阻耦合器的另一透视图；

图3示出磁阻耦合器的外部的第一转子；

图4示出磁阻耦合器的内部的第二转子； 

图5示出磁阻耦合器的带有绕组的定子；

图6示出不带绕组的定子；

图7示出磁阻耦合器的带有磁场线的端侧视图；

图8示出在具有较大磁阻的转子的位置中图1和图2中的磁阻耦合器在端侧的视图，并且

图9示出最小磁阻时转子的位置。

具体实施方式

以下更详尽地描述的实施方式是本发明的优选实施例。

图1以三维视图示例性地示出了磁阻耦合器。该磁阻耦合器用于使第一轴1与第二轴2耦合。所述磁阻耦合器具有定子3，该定子具有大致为管状或者说空心柱状的造型。在定子3的内部可旋转地支承着第一转子4。该转子4与第一轴1不可相对旋转地连接。在第一转子4的内部可旋转运动地支承着第二转子5。在该第二转子上不可相对旋转地固定着第二轴2。

所述两个轴1和2关于旋转轴线6同轴地布置。第一轴1远离磁阻耦合器的其中一个端侧，并且第二轴2远离与之相对置的另一个端侧。于是，旋转轴线6构成第一转子4和第二转子5的转动中心。此外，该旋转轴线还是管状的定子3的中心轴线。

图1更多地从第二轴2这一侧示出磁力耦合器，而图2则更多地从轴1这一侧示出磁阻耦合器。在该视图中尤其能够看出第一转子4的盘状的保持元件7，该保持元件不可相对旋转地固定在第一轴1上。所述盘状的保持元件7关于旋转轴线6是旋转对称的。

正如图1和2所示的那样，定子3具有两个铁磁性的环8和9，它们优选具有相同的几何形状。所述这两个铁磁性的环8和9同轴地布置并且具有一条共同的轴线6。它们相互间隔开。在所述两个环之间存在均匀分布在周边上的多个磁体、在该实施例中为带有绕组10的电磁体。

所述磁体能够是产生固定磁场的永磁体，借此在第一轴1和第二轴2之间形成预先设定的耦合特性。然而所述磁体优选是可电控的电磁体。这种电磁体尤其还能够断开，从而使轴1和2相互脱耦。

在阐述磁阻耦合器的作用方式之前，首先借助图3至6示出磁阻耦合器的结构的细节。于是，图3示出外部的第一转子4。正如已经提及的那样，第一转子具有盘状的保持元件7。在保持元件7的一侧上，轴1被不可相对旋转地固定在中心。在该实施例中，轴1在保持元件7处结束并且不穿过该保持元件伸出。在盘状的保持元件7的与轴1相对置的一侧上固定了棒状的第一区段11。所述第一区段的纵向轴线平行于旋转轴线或轴1。所述第一区段沿周向均匀地分布在保持元件7的外边缘上。

每个单个的棒状的第一区段11沿纵向3分成多个部分。所述第一区段具有最近的第一子区段12、远的第二子区段13和位于它们之间的第三子区段14。第一子区段12和第二子区段13由铁磁性的材料构成，而位于它们之间的第三子区段14由非磁性的材料制成。

在该情况中，第一转子4具有四个第一区段11。但是，第一区段的数量也能够选择更大或更小，例如1、2、3、5、6等等。

图2示出了内部的第二转子5。该第二转子具有星状地从轴线6向外伸出的铁磁性的第二区段15。所述第二区段沿纵向、也就是说沿轴线6的方向延伸得与第一转子4的第一区段11一样远。第二转子5优选单件式地构造，从而使得第二区段15在中央、也就是在轴线6的区域内相互交错。在第二转子5的其中一个端侧上不可相对旋转地固定了第二轴2。

图5示出了非装配状态下的定子3。在两个环8和9之间存在多个电磁体，它们中在此只能看出绕组10。所述电磁体均匀地分布在定子3的周边上。所述电磁体不伸到定子3的由柱形限定的内部中，所述柱形由所述两个环8和9的内表面限定。绕组10的绕组轴线平行于定子3的中心轴线延伸。

图6示出了不带绕组10的定子3。因此能够看出位于两个环8和9之间的铁磁性的连接件16，所述铁磁性的连接件是电磁体的芯。所述连接件16中的每个连接件都具有大致为正方形的造型并且沿轴向从环8延伸至另一个环9。于是在两个环8和9之间存在多个贯通的铁磁性的桥接件。

现在借助图7至9更详尽地阐述磁阻耦合器的工作原理。图7示出了耦合器的端侧视图。能够看出具有环8的定子3，外部的第一转子4在其内部运转，从中能够看出子区段13。从内部的第二转子5中能够看出第二区段15。此外还绘出了第二轴2。

通过电磁体（用绕组10代表）分别产生磁场，所述磁场在所选择的空心方向上从附图平面指向外。据此，磁场线根据符号17从相应的电磁体延伸到环8中。在那里磁场线沿周向绕转。所述磁场线在那里延伸至第一转子的下一个子区段13。穿过所述相应的子区段13，所述磁场线径向向内导向。

在图4所示的实施例中，内部的转子5的第二区段15正好位于第一转子4的子区段13或相应的第一区段11的对面。因此，磁场线18沿径向穿过第二转子在其中央区段19内延伸，在该中央区段内所有的第二区段15交错延伸。在中央区段19中，磁场线朝附图平面内的方向延伸，正如符号20表示的那样。

磁场线沿着轴线6进一步延伸到第二转子5的另一端部。在那里，磁场线径向向外地导向到第二区段15内。然后，这些磁场线沿径向向外地穿过第一转子4的第一区段11的第一子区段12。紧接着，这些磁场线通入到沿径向相对置的环9内，这些磁场线从所述环返回到相应的铁磁体中。

也就是说，磁阻耦合器以恒定场为基础，该恒定场由一个或者多个在铁磁回路中具有相应的绕组方向的线圈10产生。该回路由定子3以及所述两个转子4和5构成，它们分别与轴1、2的一侧连接。

如果没有电流流过线圈10并且因此铁磁回路在最靠近的地方无磁场，那么在轴1、2之间也没有力矩传递。然而，如果有合适的直流电流穿流过线圈10，那么就产生恒定场，这经由所述两个转子4、5闭合。

根据转子4、5的齿（也就是区段11和15）相互之间的位置，所述结构的空隙或磁阻发生变化，正如图8和9中所强调的那样。磁阻原理表明，这种结构力求使所述空隙或磁阻保持得尽可能小，这在技术上例如用于磁阻马达或磁轴承中。这例如在第一转子4相对于第二转子5的图8所示的位置中导致，在接通磁场时产生力，该力对轴1、2施加转矩，从而将两个转子4、5的对应的转子齿或转子区段转到相同的角位置中。

正如已经提过的那样，转子4和5的齿数也能够不是四个。优选地，外部的转子4和内部的转子5具有相同的齿数。但是这并不是强制性必要的。

定子3在其中一个环8和另一个环9之间通过磁体具有至少一个磁性连接。但是也能够实现多个连接，那么它们分别优选由电磁体构成。在转子的齿数和连接数量或定子3中磁体的数量之间不存在任何关联。

有利的是，所有的绕组都有相同的电流通过并且构造有相同的绕组方向，由此这些磁场叠加。但是，原则上也能够有区别地操控这些绕组，从而例如补偿额外的力。

以上所示的结构给出一种简单的、能够经由直流电流操控的磁力耦合器，它能够在没有转动的永磁体的情况下工作。这是一个重要的成本优势。

此外，定子和转子根据需要的转数由大量部件构成。必要时，一些例如像定子环这样的组件为了更高的转数必须构造成叠板形式。

相对于具有转动的永磁体和可切换的旋转磁场的结构而言，根据本发明的解决方案的优势在于，既不需要变流器又不需要滑动触头用来产生转动的交变场。简单的有待产生的直流电流就足够了。

如果两个轴要脱耦，那么所述电磁体必须切换为无电流。然而，为了实现完全脱耦还需要确保磁回路实际上没有磁场。为此有利地通过合适的电流脉冲消除可能的剩磁。对电流脉冲而言，如此确定电流的方向，从而使得铁中的磁场绕转。

Claims (10)

1. 用于将第一轴（1）与第二轴（2）进行耦合的磁阻耦合器，其特征在于

- 空心柱形的定子（3），所述定子具有一个或者多个磁体（10、16），所述一个或者多个磁体布置在定子的周边，

- 第一转子（4），所述第一转子可旋转运动地支承在所述定子（3）的内部、与所述第一轴（1）不可相对旋转地连接并且具有多个分布在其周边上的相互分开的铁磁性的第一区段（11），以及

- 第二转子（5），所述第二转子可旋转运动地支承在所述第一转子（4）的内部、与所述第二轴（2）不可相对旋转地连接并且具有多个分布在其周边上的铁磁性的第二区段（15）。

2. 按照权利要求1所述的磁阻耦合器，其中所述定子（3）具有两个铁磁性的环（8、9），所述环同轴地前后布置，并且在所述两个环之间布置所述一个或者多个磁体（10、16）。

3. 按照权利要求1或2所述的磁阻耦合器，其中所述一个或者多个磁体（10、16）分别是电磁体。

4. 按照权利要求2或3所述的磁阻耦合器，其中所述电磁体中的每个电磁体都具有铁磁芯，所述铁磁芯是所述两个铁磁性的环（8、9）之间的连接件（16），从而在所述两个铁磁性的环之间存在无间隙的铁磁性的连接。

5. 按照权利要求2至4中任一项所述的磁阻耦合器，其中所述第一转子（4）的第一区段（11）中的每个第一区段都构造成棒状并且具有三个子区段，其中第一子区段（12）和第二子区段（13）由铁磁性的材料构成并且沿径向布置在所述两个铁磁性的环（8、9）的下方，并且第三子区段（14）由非磁性的材料构成并且沿轴向布置在所述第一子区段和第二子区段之间。

6. 按照权利要求5所述的磁阻耦合器，其中所述第一转子（4）具有盘状的保持元件（7），在所述保持元件的一侧上固定所述第一轴（1）并且在所述保持元件的相对置的另一侧上固定所述第一区段（11）。

7. 按照上述权利要求中任一项所述的磁阻耦合器，其中所述第二转子（5）具有与所述第一转子（4）相同的轴向长度，并且所述轴向长度相当于所述定子（3）的轴向长度。

8. 按照上述权利要求中任一项所述的磁阻耦合器，其中所述第二转子（5）的第二区段（15）星状地围绕所述第二转子（5）的旋转轴线布置。

9. 按照权利要求3至8中任一项所述的磁阻耦合器，其中所述定子（3）的电磁体的绕组（10）串联联接。

10. 耦合器设备，具有按照权利要求3至9中任一项所述的磁阻耦合器和控制装置，利用所述控制装置能够如此操控所述磁阻耦合器，从而在耦合状态下使得第一转子和第二转子（4、5）中的第一磁场朝向第一方向，并且在所述耦合状态结束之后能够通过电流脉冲立即在所述第一转子和第二转子中形成朝向与所述第一方向相反的第二方向的第二磁场以用于其退磁。