(57)【要約】調整可能なカップラは、導体ロータの群により提供される第２のシャフト上の非鉄導体ロータから、空隙によって分離される、第１のシャフト上の永久磁石を有する磁気ロータの群を有する。１実施形態において、第１のシャフトおよび第２のシャフトは、シャフト間の相対回転を可能にするが、シャフト間の相対横方向の移動を制限する球面ベアリングにて一緒に結合される。同または他の実施形態において、磁気ロータの群は、回動連結によって共に結合され、および／または磁気ロータの１つが第１のシャフトに沿って軸方向に移動させるためのハブの外側に結合される。【選択図】図１
2004524789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転シャフトおよび第２の回転シャフトと、
該第１の回転シャフトを近接して受取るハブであって、該ハブは、該第１の回転シャフトの少なくとも１部分に沿って軸方向に可動であり、かつ該第１の回転シャフトに関して回転するように固定される、ハブと、
該ハブおよび該第２の回転シャフトの一方と共に回転するように、固定して結合される磁気ロータであって、該ハブおよび該第２の回転シャフトの一方の周囲を取巻いて間隔をおいて配置された磁気材料を有する、磁気ロータと、
該ハブおよび該第２の回転シャフトの他方と、共に回転するように、固定して結合される導体ロータであって、該ハブおよび該第２の回転シャフトの他方の周囲を取巻いて間隔をおいて配置された非鉄導電性材料を有する、導体ロータと、
該第１の回転シャフトに関して軸方向に共に移動するように、該ハブと回転可能に結合されたプッシュプルメカニズムであって、該ハブと共に回転しないように構成され、かつ、該ハブおよび該ハブと結合された該それぞれのロータを、該磁気ロータと該導体ロータとの間の間隔をおいた距離を調整するために、該第１の回転シャフトに沿って軸方向に移動させるように動作する、プッシュプルメカニズムと
を備える、調整可能磁気カップラ。
【請求項２】
前記第１の回転シャフトは、前記第２の回転シャフトと実質的に位置合わせされる、請求項１に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項３】
前記磁気ロータは、前記ハブと直接的に固定して結合される、請求項１に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項４】
前記磁気材料は、永久磁気材料である、請求項１に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項５】
前記磁気材料は、複数の永久磁石を含む、請求項１に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項６】
前記非鉄導電性材料は、連続リングの形態である、請求項１に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項７】
前記プッシュプルメカニズムは、ベアリングによって前記ハブと結合される、請求項１に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項８】
回転軸に沿って実質的に位置合わせされる第１の回転シャフトおよび第２の回転シャフトと、
該第１の回転シャフトを近接して受取るハブであって、該ハブは、該第１の回転シャフトの少なくとも１部分に沿って、軸方向に可動であり、かつ、該回転軸の周囲を該第１の回転シャフトに関して回転可能に固定される、ハブと、
該回転軸の周囲を該ハブと共に回転するように、かつ該第１の回転シャフトに沿って該ハブと共に軸方向に移動するように、該ハブに固定して結合された第１のロータと、
該回転軸の周囲を共に回転するように、該第２の回転シャフトに固定して結合された第２のロータと、
該第１のロータおよび該第２のロータの一方と結合された複数の磁石であって、該回転軸の周囲を取巻いて間隔をおいて配置される、複数の磁石と、
該第１のロータおよび該第２のロータの他方と結合された非鉄導電性材料のリングであって、該回転軸の周囲を取巻いて間隔を置いて配置される、リングと、
該第１の回転シャフトの軸方向に共に移動するように、該ハブに回転可能に結合されたプッシュプルメカニズムであって、該回転軸に沿って該ハブと共に回転しないように構成され、かつ、該ハブおよび該第１のロータを、該磁石と該リングとの間の間隔をおいた距離を調整するために、該第１の回転シャフトに沿って軸方向に移動させるように動作する、プッシュプルメカニズムと
を備える、調整可能磁気カップラ。
【請求項９】
前記磁気ロータは、前記ハブと固定して直接結合される、請求項８に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項１０】
前記磁気材料は、永久磁気材料である、請求項８に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項１１】
前記磁気材料は、複数の永久磁石を含む、請求項８に記載の調整可能カップラ。
【請求項１２】
前記プッシュプルメカニズムは、ベアリングによって前記ハブに結合される、請求項８に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項１３】
回転軸に沿って実質的に位置合わせされる、第１の回転シャフトおよび第２の回転シャフトと、
該第１の回転シャフトを近接して受取るハブであって、該第１の回転シャフトの少なくとも１部分に沿って軸方向に可動であり、かつ該回転軸の周囲を共に回転するように、該第１の回転シャフトに関して回転可能に固定される、ハブと、
該回転軸の周囲を該ハブと共に回転可能に、かつ該第１の回転シャフトに沿って該ハブと共に軸方向に移動するように、該ハブに固定して結合された第１の調整可能なロータと、
第１の面および対向する第２の面を有する固定されたロータアセンブリであって、該固定されたロータは、該回転軸の周囲を共に回転するように、該第２の回転シャフトに関して固定して結合され、該固定されたロータの該第１の面は、第１の調整可能なギャップによって、該第１の調整可能なロータから間隔があけられる、固定されたロータアセンブリと、
第２の調整可能なギャップによって該固定されたロータアセンブリの該第２の面から間隔があけられる第２の調整可能なロータであって、該回転軸の周囲を該第１の調整可能なロータと共に回転するように、かつ該第１の調整可能なロータと共に軸方向に移動するように、第１の調整可能なロータに連結される、第２の調整可能なロータと、
該固定されたロータアセンブリおよび該調整可能なロータの一方と結合される複数の磁石であって、該回転軸の周囲を取巻いて間隔をおいて配置される、複数の磁石と、
該固定されたロータアセンブリおよび該調整可能なロータの他方に結合される非鉄導電性材料のリングであって、該回転軸の周囲を取巻いて配置される、リングと、
該第１の回転シャフトに関して軸方向に共に移動するように、該ハブに回転可能に結合されたプッシュプルメカニズムであって、回転軸に沿って、該ハブと共に回転しないように構成され、かつ該ハブおよび該第１および第２のロータを、該第１の調整可能なギャップおよび該第２の調整可能なギャップを変更するために、該第１の回転シャフトに関して軸方向に移動させるように動作する、プッシュプルメカニズムと
を備える、調整可能磁気カップラ。
【請求項１４】
前記第１の調整可能なロータは、前記ハブに直接的に固定して結合される、請求項１３に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項１５】
前記固定されたロータアセンブリは、第１の固定されたロータ、および該第１の固定されたロータから間隔をあけて離された第２の固定されたロータを備え、該第２の固定されたロータは、前記回転軸の周囲を該第２の回転シャフトと共に移動するように、該第１の固定されたロータに関して固定して結合され、前記第１の面は、該第１の固定されたロータ上に配置され、前記第２の面は、該第２の固定されたロータ上に配置される、請求項１３に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項１６】
前記固定されたロータアセンブリは、第１の固定されたロータ、および該第１の固定されたロータから間隔をあけて離された第２の固定されたロータを備え、該第２の固定されたロータは、前記回転軸の周囲を前記第２の回転シャフトと共に移動するように、該第１の固定されたロータに関して固定して結合され、前記第１の面は、前記第２の固定されたロータに面する該第１の固定されたロータ上に配置され、該第２の面は、該第１の固定されたロータに面する該第２の固定されたロータ上に配置される、請求項１３に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項１７】
前記第１の調整可能なロータおよび前記第２の調整可能なロータに連結されるトランスファプレートであって、前記第１の回転シャフトに関して軸方向および回転するように固定され、かつ該第１の調整可能なロータおよび該第２の調整可能なロータに連結されて、該第１の調整可能なロータの軸方向の移動を該第２の調整可能なロータの対応する軸方向の移動に伝達する、トランスファプレートをさらに備える、請求項１３に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項１８】
前記第１の回転シャフトに関して軸方向および回転するように固定されたトランスファプレートであって、前記第１の調整可能なロータと前記第２の調整可能なロータとの間に配置され、かつ該第１の調整可能なロータの軸方向の移動を該第２の調整可能なロータにおける軸方向の移動に伝達するように、該第１の調整可能なロータおよび該第２の調整可能なロータに連結される、トランスファプレートをさらに備える、請求項１３に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項１９】
前記第１の調整可能なロータと前記第２の調整可能なロータとの間に配置されたトランスファプレートであって、前記回転シャフトに関して軸方向および回転するように固定される、トランスファプレートと、
該トランスファプレートと該第１の調整可能なロータおよび該第２の調整可能なロータとの間に結合された複数の回動連結であって、該第１の調整可能なロータによる第１の方向の軸方向の移動を、該第２の調整可能なロータによる対向する第２の方向の軸方向の移動に伝達するように構成される、複数の回動連結と
をさらに備える、請求項１３に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２０】
前記第１の調整可能なロータと前記第２の調整可能なロータとの間に配置されたトランスファプレートであって、前記第１の回転シャフトに関して軸方向および回転するように固定される、トランスファプレートと、
該トランスファプレートと該第１の調整可能なロータおよび該第２の調整可能なロータとの間に結合された複数の回動連結であって、該第１の調整可能なロータによる第１の方向の軸方向の移動を、該第２の調整ロータによる逆の第２の方向の等価の軸方向の移動に伝達するように構成される、複数の回動連結と
をさらに備える、請求項１３に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２１】
前記第１の調整可能なロータと前記第２の調整可能なロータとの間に配置されたトランスファプレートであって、該第１の回転軸に関して軸方向、および回転するように固定された、トランスファプレートと、
各々が中央部分、および対向する第１および第２の端部を有する複数の連結であって、各連結の該中央部分は、該トランスファプレートに回動するように結合され、各連結の該第１の端部は、該第１の調整可能なロータに回動するように結合され、各連結の該第２の端部は、該第２の調整可能なロータと回動するように結合されて、該第１の調整可能なロータによる第１の方向の軸方向の移動が、該連結の該中央部分の回転を引き起こし、その結果、該第２の調整可能なロータによる逆の第２の方向の軸方向の移動が引き起こされる、複数の連結と
をさらに備える、請求項１３に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２２】
回転軸に沿って実質的に位置合わせされる、第１の回転シャフトおよび第２の回転シャフトと、
該第１の回転シャフトを近接して受取るハブであって、該ハブは、該第１の回転シャフトの少なくとも１部分に沿って軸方向に可動であり、かつ、該回転軸の周囲を共に回転するように、該第１の回転シャフトに関して回転するように固定される、ハブと、
該回転軸の周囲を該ハブと共に回転するように、かつ該第１の回転シャフトに沿って該ハブと共に軸方向に移動するように、該ハブに関して固定して結合された第１の調整可能なロータと、
該回転軸の周囲を共に回転するように、該第２の回転シャフトに関して固定して結合される第１の固定されたロータであって、第１の調整可能なギャップにより該第１の調整可能なロータから間隔があけられる、第１の固定されたロータと、
該回転軸の周囲と共に回転するように、該第１の固定されたロータおよび該第２の回転シャフトに関して固定して結合された第２の固定されたロータと、
第２の調整可能なギャップにより該第２の固定されたロータから間隔があけられる第２の調整可能なロータであって、該回転軸の周囲を該第１の調整可能なロータと共に回転するように、かつ該第１の調整可能なロータと共に軸方向に移動するように該第１の調整可能なロータに連結される、第２の調整可能なロータと、
該固定されたロータおよび該調整可能なロータの一方に結合される複数の永久磁石であって、該回転軸の周囲を取巻いて間隔をおいて配置される、複数の磁石と、
該固定されたロータおよび該調整可能なロータの他方に結合される非鉄導電性材料のリングであって、該回転軸の周囲を取巻いて配置される、リングと、
該第１の回転シャフトの軸方向に共に移動するように、該ハブに回転可能に結合されたプッシュプルメカニズムであって、回転軸の周囲を該ハブと共に回転しないように構成され、かつ該ハブと該第１および該第２の調整可能なロータとを、該第１の調整可能なギャップおよび該第２の調整可能なギャップを変更するために、該第１の回転シャフトに関して軸方向に移動させるように動作する、プッシュプルメカニズムと
を備える、調整可能磁気カップラ。
【請求項２３】
前記第１の調整可能なロータおよび前記第２の調整可能なロータは、前記第１の固定されたロータと前記第２の固定されたロータとの間に配置される、請求項２２に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２４】
前記第１の調整可能なロータおよび前記第２の調整可能なロータに連結されたトランスファプレートであって、前記第１の回転シャフトに関して軸方向および回転するように固定され、かつ該第１の調整可能なロータの軸方向の移動を該第２の調整可能なロータの対応する軸方向の移動に伝達するように、該第１の調整可能なロータおよび該第２の調整可能なロータに連結される、トランスファプレートをさらに備える、請求項２２に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２５】
前記第１の回転シャフトに関して軸方向および回転可能に固定されるトランスファプレートであって、前記第１の調整可能なロータと前記第２の調整可能なロータとの間に配置され、かつ該第１の調整可能なロータの軸方向の移動を該第２の調整可能なロータにおける軸方向の移動に伝達するように、該第１の調整可能なロータおよび該第２の調整可能なロータに連結される、トランスファプレートをさらに備える、請求項２２に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２６】
前記第１の調整可能なロータと前記第２の調整可能なロータとの間に配置されるトランスファプレートであって、前記第１の回転シャフトに関して軸方向および回転するように固定される、トランスファプレートと、
該トランスファプレートと該第１および該第２の調整可能なロータとの間に結合された複数の回動連結であって、該第１の調整可能なロータによる第１の方向の軸方向の移動を、該第２の調整可能なロータによる逆の第２の方向の軸方向の移動に伝達するように構成される、複数の回動連結と、
をさらに備える、請求項２２に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２７】
前記第１の調整可能なロータと前記第２の調整可能なロータとの間に配置されるトランスファプレートであって、前記第１の回転シャフトに関して軸方向および回転するように固定された、トランスファプレートと、
該トランスファプレートと該第１および該第２の調整可能なロータとの間に結合された複数の回動連結であって、該第１の調整可能なロータによる第１の方向の軸方向の移動を該第２の調整可能なロータによる逆の第２の方向の等価の軸方向の移動に伝達するように構成される、複数の回動連結と
をさらに備える、請求項２２に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２８】
前記第１の調整可能なロータと前記第２の調整可能なロータとの間に配置されたトランスファプレートであって、該第１の回転シャフトに関して軸方向および回転するように固定された、トランスファプレートと、
各々が中央部分、対向する第１および第２の端部を有する複数の連結であって、各連結の該中央部分は、該トランスファプレートに回動するように結合され、各連結の該第１の端部は、該第１の調整可能なロータに回動するように結合され、各連結の該第２の端部は、該第２の調整可能なロータに回動するように結合されて、該第１の調整可能なロータによる第１の方向の軸方向の移動が、該連結の該中央部分の回転を引き起こし、その結果、該第２の調整可能なロータによる逆の第２の方向の軸方向の移動が引き起こされる、複数の連結と
をさらに備える、請求項２２に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項２９】
回転軸に沿って、少なくとも実質的に位置合わせされる、第１および第２の回転シャフトと、
該第１の回転シャフトおよび該第２の回転シャフトの一方に共に回転するように、固定して結合された磁気ロータであって、該第１の回転シャフトおよび該第２の回転シャフトの一方の周囲を取巻いて間隔をおいて配置された磁気材料を有する、磁気ロータと、
該第１の回転シャフトおよび該第２の回転シャフトの他方に共に回転するように固定して結合された導体ロータであって、該第１の回転シャフトおよび該第２の回転シャフトの他方の周囲を取巻いて間隔をおいて配置された非鉄導電性材料を有する、導体ロータと、
該第１の回転シャフトを該第２の回転シャフトに結合して、該回転軸の周囲で、その間を自由に相対回転することを可能にする球面ベアリングであって、該第１の回転シャフトおよび該第２の回転シャフトの少なくとも一方が該回転軸との位置合わせから外れるように動作することを可能にするが、該第１の回転シャフトと該第２の回転シャフトとの間の相対横方向移動を阻止して、該磁気ロータおよび該導体ロータの重量が、該第１および該第２の回転シャフトの両方に沿って分散されるようにする、球面ベアリングと
を備える、磁気カップラ。
【請求項３０】
前記第１の回転シャフトの長さに沿って配置されるフレキシブルカップリングであって、前記回転軸の周囲では剛性であるが、前記第１の回転シャフトの長さが、前記球面ベアリングの回転を補償するように屈曲することを可能にし、かつ該回転軸に沿う軸方向の移動を阻止して、該シャフトが互いに一定の軸関係の状態であるようにする、フレキシブルカップリングをさらに備える、請求項２９に記載の磁気カップラ。
【請求項３１】
前記磁気材料は、永久磁気材料である、請求項２９に記載の磁気カップラ。
【請求項３２】
前記磁気材料は、複数の永久磁石を含む、請求項２９に記載の磁気カップラ。
【請求項３３】
前記非鉄導電性材料は、連続リングの形態である、請求項２９に記載の磁気カップラ。
【請求項３４】
回転軸に沿って実質的に位置合わせされる、第１および第２の回転シャフトと、
該回転軸の周囲を共に回転するように該第１の回転シャフトに固定して結合される第１のロータと、
該回転軸の周囲を共に回転するように該第２の回転シャフトに固定して結合される第２のロータと、
該第１のロータおよび該第２のロータの一方と結合される複数の磁石であって、該回転軸の周囲を取巻いて間隔をおいて配置される、複数の磁石と、
該第１のロータおよび該第２のロータの他方と結合される、非鉄導電性材料のリングであって、該回転軸の周囲を取巻いて間隔をおいて配置される、リングと、
該第１の回転シャフトを該第２の回転シャフトに結合して、該回転軸の周囲で、その間を自由に相対回転することを可能にする球面ベアリングであって、該第１の回転シャフトおよび該第２の回転シャフトの少なくとも一方が該回転軸との位置合わせから外れるように動作することを可能にするが、該第１の回転シャフトと該第２の回転シャフトとの間の相対横方向移動を阻止する、球面ベアリングと
を備える、調整可能磁気カップラ。
【請求項３５】
前記第１の回転シャフトの長さに沿って配置されるフレキシブルカップリングであって、前記回転軸の周囲では剛性であるが、該第１の回転シャフトの長さが、前記球面ベアリングの回転を補償するように屈曲することを可能にする、フレキシブルカップリングをさらに備える、請求項３４に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項３６】
前記磁気材料は、永久磁気材料である、請求項３４に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項３７】
前記磁気材料は、複数の永久磁石を含む、請求項３４に記載の調整可能磁気カップラ。
【請求項３８】
回転軸に沿って実質的に位置合わせされる、第１および第２の回転シャフトと、
該回転軸の周囲を共に回転するように該第１の回転シャフトに固定して結合される、少なくとも１つの第１のロータと、
該回転軸の周囲を共に回転するように該第２の回転シャフトと結合される第２のロータのペアであって、該第２の回転シャフトに関して軸方向に制御可能に可動であり、少なくとも１つの第１のロータと、該第２のロータのペアの各々との間の間隔を調整する、第２のロータのペアと、
該第１のロータおよび該第２のロータの一方に結合される複数の磁石であって、該回転軸の周囲を取巻いて間隔をおいて配置される、複数の磁石と、
該第１のロータおよび該第２のロータの他方に結合される非鉄導電性材料のリングであって、該回転軸の周囲を取巻いて間隔をおいて配置される、リングと、
該第１の回転シャフトを該第２の回転シャフトに結合して、該回転軸の周囲で、その間を自由に相対回転することを可能にする球面ベアリングであって、該第１の回転シャフトおよび該第２の回転シャフトの少なくとも一方が該回転軸との位置合わせから外れるように動作することを可能にするが、該第１の回転シャフトと該第２の回転シャフトとの間の相対横方向移動を阻止する、球面ベアリングと
を備える、調整可能磁気カップラ。
【請求項３９】
前記第１の回転シャフトの長さに沿って配置されるフレキシブルカップリングであって、前記回転軸の周囲では剛性であるが、該第１の回転シャフトの長さが、前記球面ベアリングの回転を補償するように屈曲することを可能にする、フレキシブルカップリングをさらに備える、請求項３８に記載の調整可能磁気カップラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一方のシャフト上の磁気ロータが、もう一方のシャフト上の導体ロータから間隔をおいて調整可能に配置されるタイプの永久磁石カップラに関する。より具体的には、本発明は、それぞれのシャフトへの調整可能なロータの取り付けに関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
インダクションモータは、例えば、ファン、ブロア、ポンプおよびコンプレッサを駆動するために用いられる。これらのモータが全速で作動する場合、これらのモータは、通常、負荷要求と比べて過剰な荷重を有し、この過剰な荷重は、負荷が可変である場合に複雑化することが確認されている。必要とされる電力のみを提供するようにモータの出力が調整され得る場合、結果として、エネルギーの使用がかなり低減されることもまた確認されている。従って、変速駆動（ＶＳＤ）が、モータ速度を所与の用途に必要とされる速度に整合する電子デバイスの形態で開発された。典型的なＶＳＤは、入来するＡＣ電圧および電流をＤＣに整流し、その後、ＤＣを変換して異なった電圧および周波数のＡＣに戻す。出力電圧および周波数は、実際の電力の需要によって決定され、かつ制御系またはオペレータによって自動的に設定される。
【０００３】
これまで、ＶＳＤは、通常、非常に高価だったので、省エネルギーのために、広範には用いられていない。ＶＳＤは、熟練の保守人員を必要とし、モータの寿命を短くすることが報告されている。
【０００４】
米国特許第５，４７７，０９４号（’９４特許）は、磁気カップラを示す。ここでは、磁気ロータユニットは、共に接続される２つの導体ロータで鋏まれ（ｓｔｒａｄｄｌｅ）、これらの２つの導体ロータは、一方のシャフト上の導体ロータユニットとして回転するように共に接続されるが、磁気ロータユニットは、第２のシャフト上で回転するように取り付けられる。磁気ロータユニットは、それぞれの導体ロータ上に取り付けられた、鉄で裏当てされた（ｆｅｒｒｏｕｓ−ｂａｃｋｅｄ）導電性リングから空隙によって間隔があけられた逆の極で構成された永久磁石のセットを有する。２つのシャフトのうちの１つが回転すると、シャフト間に直接的な機械的接続が全くなくても他方のシャフトが磁気作用により回転する。
【０００５】
’０９４特許は、単一磁気ロータユニットではなく、２つの磁気ロータを有するというコンセプトをさらに開示し、各磁器ロータは、導体ロータによって提供される導電性素子の１つから空隙によって間隔があけられた、それぞれの永久磁石のセットを有する。２つの磁気ロータは、互いに軸方向に可動であり、かつスプリングによってバイアスされて離される。
【０００６】
米国特許第６，００５，３１７号（’３１７特許）において、磁気ロータは、空隙の調整によって、一定の速度のモータからの可変トルクを、一定の低速に保たれて作動する可変のトルク負荷に提供するために、遠隔制御位置から自動的に、軸位置を任意に変更するように互いに関して確実に配置される。
【０００７】
’０９４特許におけるように、２つの磁気ロータをスプリングによってバイアスする代わりに、’３１７特許における磁気ロータの位置が、磁気ロータ上で作動する調整メカニズムと連絡する定常制御メカニズムによって制御されて、選択的に、互いの方向に向かってそれらを移動させて空隙を広げるか、またはそれらを移動させてさらに離れて空隙を狭くする。ギャップ調整は、所与のトルク負荷のための磁気ロータユニットと導体ロータユニットとの間の回転スリップを変更し、従って、負荷の速度に影響を及ぼす。所与のトルク負荷に関して、空隙は、モータの速度より低いプリセットされた差動回転速度でトルクを提供するように調整され得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、磁気ロータおよび導体ロータが互いに近接して配置されて、一方のロータの回転が他方の回転をもたらす、調整可能な磁気カップラに関する。ハブは、第１のシャフトと係合され、かつ第１のシャフトに関してスライドするが、第１のシャフトを軸に関して回転しないように構成される。従って、第１のシャフトが回転すると、ハブはこれと一緒に回転する。磁気モータがハブと結合され、導体ロータが第２のシャフトと結合されるか、あるいは、磁気モータが第２のシャフトと結合され、導体ロータがハブと結合される。ロータは、それぞれのシャフトと一緒に回転するように構成される。プッシュプルメカニズムは、回転するようにハブと結合されるので、第１のシャフトおよびハブが回転する場合でさえも定常を保つ。プッシュプルメカニズムは、ハブ、およびこれに取り付けられたロータを、第１の回転シャフトに沿って軸方向に動かすように作動する。他方のロータに対する一方のロータの軸方向の移動は、磁気ロータと導体ロータとの間の距離を変更し、カップラの性能を変化させる。
【０００９】
本発明の別の実施形態において、調整可能なロータのペアは、固定されたロータアセンブリから間隔があけられ、かつ、上述のものと類似のプッシュプルメカニズムの使用によって調整可能である。第１の調整可能なロータは第２の調整可能なロータと連結されて、一方のロータの移動が他方の移動をもたらす。特定の実施形態において、ハブの移動および第１の調整可能なロータの１方向の移動は、第２の調整可能なロータの対応する逆方向の移動をもたらす。従って、第１の調整可能なロータの移動は、調整可能な両方のロータと第３の固定されたロータとの間の間隔を調整する。調整可能なロータは磁石と共に構成され、固定されたロータは導電性リングと共に構成される、または調整可能なロータは導電性リングと共に構成され、固定されたロータは磁石と共に構成されると、３つのロータ間の間隔を調整すると、システムの性能が調整される。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態において、調整可能な磁気カップラは、２つの固定されたロータおよび２つの調整可能なロータを備える。固定されたロータは、シャフトと共に回転するようにシャフトと結合されるが、シャフトに沿って軸方向に移動することが許されない。他方、調整可能なロータは、シャフトの軸方向に可動であるが、シャフトを軸として回転することは許されない。調整可能なロータの１つは、スライド可能なハブ上に取り付けられる。調整可能なロータは互いに連結されて、一方の調整可能なロータの軸方向の移動が、他方の調整可能なモータの対応する軸方向の移動をもたらす。従って、ハブおよび一方の調整可能なロータのプッシュプルメカニズムによる調整は、他方の調整可能なロータの対応する調整をもたらす。プッシュプルメカニズムを用いて、第１および第２の調整可能なロータが、それぞれの第１および第２の固定されたロータから所望の距離によって間隔があけられ得、磁気カップラシステムの性能を変更する。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態において、第１のシャフトの遠心端が、球面ベアリング等によって、第２のシャフトの遠心端と回転可能に結合される。第１のシャフトの長さに沿って配置されたフレックスディスクカップリングは、第１のシャフトの遠心端部分が、第１のシャフトの近位部分に関して回転軸に対して直交する軸を中心として回動することを可能にする。球面ベアリングは、第１のシャフトが、第２のシャフトに関して自由に回転することを可能にするが、２つのシャフト間の横方向の移動を阻止する。第１のシャフトと第２のシャフトとの間のこの連結の結果として、磁気カップリングの重量は、第１のシャフトおよび第２のシャフトの両方から生じる。この重量分散は、片方または両方のシャフトが受ける緊張を低減し得る。さらに、球面ベアリングとフレックスディスクカップリングとの組み合わせは、第１のシャフトと第２のシャフトとが正確に位置合わせされない場合でさえ、磁気カップリングが有効に作動することを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（本発明の詳細な説明）
本発明は、概して、第１の回転シャフトが、別個の第２の回転シャフトに回転エネルギーを伝送する磁気カップラに関する。特に、本発明は、一方のロータが他方のロータに対して軸方向に調整され、磁気カップラの性能を変更することを可能にするシステムに関する。本発明の特定の実施形態の複数の具体的な詳細は、以下の記載、および図１〜図８に示され、このような実施形態の徹底的な理解を提供する。しかしながら、当業者は、本発明がさらなる実施形態を有し得るか、または以下の説明において記載される詳細のいくつかを用いることなく実行され得ることを理解する。
【００１３】
図１は、本発明の１実施形態による磁気カップラ１０を示す。入力シャフト２０および出力シャフト２１には、その上に、導体ロータユニット２２、および磁気ロータ２４／２５のペアが、それぞれを取付けられる。導体ロータユニット２２は、互いに向き合い、かつ銅等の高い導電性を有する非鉄材料から形成されるそれぞれの導体リング２８／２９を有する、軸方向に間隔があけられた２つの導体ロータ２６／２７有する。導体ロータユニット２２は、導体ハブ３６に取り付けられる。導体ロータ２７は、環状クリアランス空間４０によって、出力シャフト２１（およびこれに取り付けられたアセンブリ、後述される）から間隔をおいて離される。ハブ３６は、くさび式カップリングまたは鍵接続等によって入力シャフト２０上に取り付けられる。
【００１４】
磁気ロータ２４／２５の各々は、好適には、軟鋼の鉄裏当てディスク（ｆｅｒｒｏｕｓ  ｂａｃｋｉｎｇ  ｄｉｓｃ）４３によって裏当てされた非鉄マウンティングディスク４２を有する。マウンティングディスク４２は、アルミニウムまたは適切な非磁気複合材料であり得、各々は、円形に構成されたスペースドカットアウト４４のセットで形成され、それぞれのバッキングディスク４３に対抗して設置された永久磁石４６のそれぞれのセットを受ける。隣接する磁石は、逆の極性を有し得る。磁石４６は、空隙３２／３３によって、導体ロータユニット２２の導体リング２８／２９から間隔をおいて配置される。
【００１５】
導体ロータ２６／２７は、導体リング２８／２９を冷却するために、空隙３２／３３を通る空気の循環を支援するように、換気ホールまたは類似の機能と共に形成され得る。導体リング２８／２９を冷却する空気は、クリアランス空間４０から、自由に空隙３２／３３の中に入る。
【００１６】
本発明の図示される実施形態によると、磁気ロータ２４／２５は、出力シャフト２１と一斉に回転し、さらに、空隙３２／３３を調整するために、軸方向で、互いに対して逆方向に可動であるように取付けられる。このために、磁気ロータ２４は、出力シャフトの長さに沿ってスライドするが、出力シャフトを軸として回転しないように、出力シャフト２１と係合されるハブ５０に固定して結合される。従って、ハブ５０、および、５０と共にさらに磁気ロータ２４は、空隙３３を調整するために軸方向に可動である。磁気ロータ２５は、出力シャフト２１の遠心端にてブッシング４７とスライド可能に係合され、出力シャフトの軸方向に移動するが、出力シャフトを軸として回転しない。出力シャフト２１に対する磁気ロータ２５の軸方向の移動は、空隙３２を変更する。
【００１７】
プッシュプル手段６１は、磁気ロータ２４／２５を、出力シャフト２１の回転軸に沿って軸方向で、双方向に移動して、空隙３２／３３の幅を変更するために提供される。プッシュプル手段６１は、バレルエレメント６３、内部バレル６２、および磁気ロータ２４を軸方向に移動させるためのハブ５０、ならびに磁気ロータ２４の移動に対応して磁気ロータ２５を移動させるための磁気ロータ間と連結されたメカニズムを備える。図示された実施形態において、第２のメカニズムは、第５のロータ５２およびピン５１を含む（図７）。
【００１８】
図５および図７に最も良好に図示されるように、図示された実施形態における第５のロータ５２は、通常、３つの外部エッジ面５２ａを提供する仰角の三角形であり、外部エッジ面の各々は、そこから放射状に突き出す中央耳（ｃｅｎｔｒａｌ  ｅａｒ）５３を有する。耳５３は、ブッシングまたはベアリング５５がスリーブされる（ｓｌｅｅｖｅｄ）ファスナ５４を収容するように、シャフト２１の方向に伸びる半径方向の穴と共に形成される（図５）。ベアリング５５は、各々が回動可能にリンク５７に取付けられるスイングユニット５６の中央ハブ部分を受取り、次に、フランジ５８に回動するように取付けられる（図７）。フランジ５８は、キャップネジ６０ａによってディスク４２上に取り付けられ得る（図７）。各アセンブリについて、１つのフランジ５８が磁気ロータ２４／２５の一方に取付けられ、逆のフランジは、他方の磁気ロータに取付けられる。従って、第１の磁気ロータ２４が軸方向に移動すると、磁気ロータおよびフランジ５８は、隣接するリンク５７を動かし、リンクは、次に、スイングユニット５６を回転させ、これは、次に、反対のリンク５７を駆り立てて他方の磁気ロータ２５を移動させる。従って、磁気ロータ２４による第１の方向での軸方向の移動は、磁気ロータ２５による逆の第２の方向での軸方向の移動をもたらす。図示された実施形態において、ベアリング５５は、スイングユニット５６の中央に配置される。従って、第２の磁気ロータ２５による移動量は、第１の磁気ロータ２４による移動量と同じである。
【００１９】
磁気ロータ２４が押されて導体ロータ２７から離されて、空隙３３の幅が大きくなると、他方の磁気ロータ２５が、第５のロータ５２の方向に引張られ、空隙３２の幅が大きくなる。同様に、磁気ロータ２４が導体ロータ２７の方向に引張られ、空隙３３の幅を狭くすると、他方の磁気ロータ２５は、導体ロータ２６の方向に押され、空隙３２を狭くする。
【００２０】
図１および図３に最も良好に図示されるように、空隙３２／３３の幅を変更するために、磁気ロータ２４を押し、かつ引張ることは、バレルエレメント６３が部分的に重なる内部バレルエレメント６２を有するバレルカム６１を用いることによって達成され得る。内部バレルエレメント６２は、第１のベアリングユニット６４によって出力シャフト２１上に取付けられ、外部エレメント６３は、第２のベアリングユニット６６によってハブ５０に取付けられる。従って、出力シャフト２１およびハブ５０は、バレルカム６１を軸として回転し得る。バレルエレメント６３は、内部バレルエレメント６２に結合されるスライドブロック（ｓｌｉｄｉｎｇ  ｂｌｏｃｋ）７１（図３）を係合する溝７０を有する。第１のアーム７２は、内部バレル６２に取り付けられ、第２のアーム７３（図１）は、外部バレル６３に取り付けられる。第１のアーム７２および第２のアーム７３の相対運動により、バレルカム６１がハブ５０を出力シャフト２１の軸方向に移動させる。
【００２１】
外部バレル６３の軸方向の移動は、第２のベアリング６６を通じて、磁気ロータ２４を対応して押すか、または引張るように作用する。上述のように、これは、スイングアーム５６の敏感に応える動作によって、他方の磁気ロータ２５の逆方向の等しい縦（ｅｎｄｗｉｓｅ）の動きをもたらす。従って、第１のアーム７２および第２のアーム７３の選択的相対運動は、空隙３２／３３を変更し、これによって、磁気カップラ１０の出力速度を変更する。第１のアーム７２および第２のアーム７３は、例えば、プロセスコントローラによって制御される定常電気回転ポジショナと接続され得る。例えば、負荷は、流量出力が制御されるべきポンプである場合、出力ストリームにおける測定デバイスが、プロセスコントローラに出力データを供給し、プロセスコントローラは、その後、第１のアーム７２または第２のアーム７３の必要とされる回転運動のために回転ポジショナに信号を送って、磁気カップラの出力速度を適切に調整する。
【００２２】
実際の負荷入力シャフトではなく、出力シャフト２１が、図１に示されるように、増設シャフト部位であり得る。出力シャフト２１のこの増設部位は、エンドプレート８０およびブッシング４７を介して遠心端部分２１ａにて第５のロータ５２と接続される。このエンドプレート８０は、出力シャフト２１の増設部位の内部端面を覆い、ブッシング４７は、エンドプレートと第５のロータとの間に伸びる。ボルト８２は、エンドプレート８０をシャフト２１に接続する。
【００２３】
シャフト２１は、ネック付き部分２１ａから、ハブ５０を受取る中間円柱形部分へと伸び、その後、環状ショルダ２１ｃと共に形成され、この環状ショルダに対抗して、第１のベアリング６４の内部レースが設置される。カップラ８６は、実際の負荷入力シャフト２１を収容する大きさに作られたネック８６ｃを有する相補的アダプタハブコンポーネント８６ｂを有する。くさび式のスクィーズユニット８７は、カップラのネック８６ｃ上にスリーブされて、ネジ８９の締め付けに応答して、カップラ８６をシャフト２１に強制適合させる。カップラ８６のハブコンポーネント８６ａおよび８６ｂは、ボルト８８によって共に固定される。ユニット８７と類似のスクィーズユニットも、シャフト２０に対してハブ３６を固定するために用いられ得る。
【００２４】
シャフト部位２１およびカップラ８６を組み込む上述の構成は、負荷およびその関連する入力シャフト２１、あるいはプライムモータおよびそのシャフト２０を移動させることなく、本発明の磁気カップリング１０を、容易に組み込みまたは除去することを可能にする。この構造は、さらに、磁気カップラ１０が、シャフトサイズが変更される負荷またはモータと共に用いられることを可能にする。フランジ８６を小形フランジまたは大型フランジと置き換えることによって、同じ磁気カップラ１０がより多くの状況にて用いられ得る。
【００２５】
本発明は、従来の磁気カップラよりも多くの利点を有する。例えば、第１の磁気ロータ２４が、ハブ５０に取付けられ、かつハブが、出力シャフト２１に取付けられるので、磁気モータは、ベアリングが磁気ロータと出力シャフトとの間に配置された、従来のバージョンよりも安定している。磁気ロータ２４とハブ５０と出力シャフト２１との間の密接な関係は、磁気ロータの動作上の位置合わせからの同心性を改善し、かつ角度の偏差を低減する。さらに、ハブ５０は、出力シャフト２１と共に回転するので、パーツ間の相対回転は、ベアリング６４／６６の１つに伝達される。従って、接触すると、焼きつくか、または極度な磨耗を引き起こすが、隣接し合うパーツが動作中に接触することはなさそうである。
【００２６】
さらに、第１の磁気ロータ２４と第２の磁気ロータとの２５間の回動連結は、それ自体、磁気ロータにねじり力を全く及ぼさない。さらに、スライドブロックと向き合う回動連結は、あまり磨耗せず、かつ、移動中に妨害または遮断されそうにない。これらの理由の各々について、磁気ロータ２４と２５との間の動きの相対位置が、より正確に制御される。
【００２７】
図８は、本発明の代替的実施形態による磁気カップラ１１０を示す。図示される実施形態において、第１のシャフト１２０は、カラー１３６によって１対の導体ロータ１４３が回転するように固定されている導体ロータアセンブリの第１のディスク１２６に接続される。第２のシャフト１２１および第２のシャフト延長部分１２３は、永久磁石１４６のセットを支持する磁気ロータ１４２のペアが導体ロータ１４３に関して回転するように構成される。
【００２８】
第２のシャフトの延長部分１２３の最大遠心端にて、球面ベアリング１９０は、第２のシャフトの延長部分を、導体ロータアセンブリの第１のディスク１２６に、次に、第１のシャフト１２０に回転可能に結合する。球面ベアリング１９０は、ネジ１９２等のファスナによって、第２のシャフトの延長部分１２３と接続される。球面ベアリング１９０は、第１のシャフト１２０が、第２のシャフト１２１および第２のシャフトの延長部分１２３の回転軸の周りを回転し、これと位置合わせされるように、および位置合わせから外れるように回動することを可能にするように構成される。しかしながら、球面ベアリング１９０は、横方向の移動を阻止する。その結果、第１のシャフト１２０および第２のシャフト１２１のサスペンションが、第２のシャフトの延長部分１２３のサスペンションをもたらす。従って、導体ロータアセンブリおよび磁気ロータセンブリの重量が、モータおよび負荷の両方の構造的支持によって分散される。
【００２９】
第２のシャフト１２１は、フランジ１８６を通じてフレックスディスクカップリング１８４と接続される。フレックスディスクカップリング１８４は、第２のシャフト１２１が、第２のシャフトの延長部分１２３に関して屈曲することを可能にする。この屈曲は、第１のシャフト１２０および第２のシャフト１２１が、どちらかのシャフト上に過剰な横力を生成することなく位置合わせされるように移動し、位置合わせから外れることを可能にする。図示される実施形態において、球面ベアリング１９０およびフレックスディスクカップリング１３４は、２つのシャフト間の１°の回動を可能にし、および／または第１のシャフト１２０および第２のシャフト１２１が、０．１インチだけオフセットされることを可能にするように構成される。発明者は、これらの大きさ、本発明の主旨から逸脱することなく、特定の状況に応じて加減され得ることを理解する。球面ベアリング１９０が、そのような回動を可能にするので、このような運動は、球面ベアリングの性能に悪影響を及ぼさない。
【００３０】
図８の実施形態は、従来技術の磁気カップラと比べて多数の利点を有する。例えば、カップラ１１０は、どちらかのシャフトの端部にてカンチレバーを取り除く。従って、一方のシャフト、およびその遠心端におけるロータアセンブリの重量は、他方のシャフトによって支持され、これは、臨界周波数振動を低減し得る。
【００３１】
さらに、球面ベアリング１９０は、第１のシャフトと第２のシャフトとの間に間隔をおいて配置される固定軸を保持する。この固定間隔は、磁気ロータと導体ロータとの間の空隙をより制御可能にし、これは、過熱、ロータ間のギャップの縮小または衝突、あるいは他の性能エラーを低減または回避し得る。
【００３２】
さらに、第１のシャフトと第２のシャフトとの間の軸位置合わせを保持することは、機器の振動問題を低減し得る。
【００３３】
これまでの記載から、本発明の特定の実施形態が、例示の目的で本明細書中に記載されたが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、種々の改変がなされ得ることが理解される。従って、本発明は、上掲の請求項によるものを除いては制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、図５における切断面１−１に沿って見られる、狭いギャップ位置で示される、本発明の実施形態による磁気カップラの長手方向の断面図である。
【図２】図２は、導体ロータを有しない、図１の磁気カップラの斜視図である。
【図３】図３は、図２に対応する平面図である。
【図４】図４は、図３のような平面図であるが、ギャップ調整メカニズムが、磁気ロータが広いギャップ位置であるように引っ込められる。
【図５】図５は、切断面５−５に沿って見た、図４の磁気カップラの部分の横断面図である。
【図６】図６は、図２の磁気カップラの部分の左端の図である。
【図７】図７は、図２の磁気カップラの部分の斜視図であり、磁気ロータの前部が除去される。
【図８】図８は、図１と類似の切断面に沿って見た、狭いギャップ位置で示される、本発明の別の実施形態による、磁気カップラの長手方向の断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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