CN110999050B - 磁耦合装置 - Google Patents

Abstract

一种磁耦合装置(1)，其用于耦合彼此同轴的第一构件(10)和第二构件(11)，以使它们能根据施加到所述构件之一上的转矩或轴向力的强度，绕共同的轴线联合旋转和/或沿着该轴线平移，或者能够进行相对旋转和/或平移运动。所述构件中的至少一个(10)具有轴向延伸的磁化区域(12)，每个区域由一列轴向对准的磁体(12')组成，一个区域(12i)中的磁体(12')相对于相邻区域(12j)的磁体轴向偏移。

Description

磁耦合装置

技术领域

本发明涉及一种用于在多个构件之间传递旋转运动的装置，更具体而言，涉及一种磁耦合装置。

背景技术

在许多技术领域中，存在一种需求，就是在两个或更多构件之间传递旋转运动的同时还能允许其进行相对平移。

这种类型的传动装置很多是机械装置。为了简单起见，考虑两个构件，其中一个通常连接到旋转运动源，并可通过元件来驱动另一个构件旋转，该另一构件能在该元件上纵向移动。这样的装置需要零件之间在相对运动中物理接触，而这引起许多问题，特别是会涉及轴线的对准，操作公差，润滑的需要和零件的磨损。确实，众所周知，轴的对准和操作公差是特别关键的问题，且零件的磨损会改变系统性能。而且，润滑剂以及由接触部件磨损所产生的粉末的存在使得机械装置不适合用于要求必须清洁的环境。

为了消除机械装置的缺点，已经提出了磁耦合装置，其中在相对运动的部件之间不发生接触。

在日本公开专利申请JP H 9280341 A中公开了一个示例。该申请公开了一种用于将旋转从驱动轴传递到从动轴的装置，这两轴同轴设置且在它们相对的表面上具有多个轴向延伸的磁化的区域，每个区域在其整个轴向延伸范围内具有相同的极性。从动轴由滑动件承载，其允许从动轴相对于驱动轴滑动。每个磁化区域可以包括一列轴向对准的磁体，并且每个轴上不同列中的磁体形成垂直于各自轴的轴线的箍带。

这种设置的缺点是，各个磁体带的端部产生优先的稳定位置，从而轴向运动是逐步发生的。这使得现有技术系统不适合用于耦合元件之间需要连续的线性相对运动的应用中。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除现有技术的缺点的磁耦合装置。

根据本发明，这是通过在一种装置中实现的，该装置包括同轴设置的至少一个驱动构件和一个从动构件，并且所述构件中的至少一个具有轴向延伸的磁化区域，所述区域由多个轴向对准的磁体组成，在其中一个区域中的磁体具有相对于相邻区域的磁体轴向偏移的端部。

在用于传递旋转运动和平移运动的耦合装置中，磁体可以是具有相同极性并且在各自区域或列中彼此相邻定位的细长磁体。

在仅用于传递旋转运动的耦合装置中，不同区域或列中的磁体可以呈梯队配置。在这种情况下，一列中的磁体相对于同一列中的前一个和后一个磁体以及相邻列中的邻近磁体具有相反的极性。

磁体可以设置在两个构件上，或者一个构件可以具有磁化区域，而另一个可以由具有磁滞特性的材料(磁滞材料)制成。

本发明还提供了一种用于将例如螺旋帽或压力帽施加到容器上的封盖头，其中，可以通过本发明的磁耦合装置按照绕纵向轴线的旋转运动和沿所述轴线的平移运动来驱动盖施加部。

根据本发明的另一方面，还提供了一种封盖机的转台，其包括多个本发明的封盖头，所述多个封盖头安装在转台的旋转结构上并且固定连接至所述结构以进行旋转。

附图说明

参照附图，通过下述以非限制性示例的方式对优选实施方式进行的描述，本发明的上述以及其他特征和优点是显而易见的，其中：

图1示出了本发明的旋转平移耦合装置的示例性实施方式；

图2是类似于图1的图，其中显示了待耦合的两个转子上的磁体的不同配置；

图3示出了图2所示的磁体配置的变型；

图4示出了仅用于传递旋转运动的耦合装置的转子上的磁体的另一种可能的配置；

图5A至图5C示出了图1和2中的耦合装置的两个转子处于不同的相对位置时的视图；

图6示出了封盖机的转台，其具有多个封盖头，所述封盖头使用了本发明的旋转平移耦合装置；

图7是图6所示的转台的封盖头的纵向剖视图；以及

图8是封盖头上形成磁耦合装置的区域的放大图。

具体实施方式

参考图1和图2，本发明的旋转平移磁耦合装置总体上表示为1。装置1包括内圆筒转子10和外圆筒转子11，外圆筒转子11同轴安装在内圆筒转子10上，并且其长度优选小于内圆筒转子10的长度。附图标记A表示两个转子的纵轴。

在装置1中，转子10和11除了执行旋转运动之外，还可以相对于彼此平移。可能的是，可以通过滚动轴承和滑动衬套或者通过可使这两种运动同时实现的衬套来引导转子10和11进行旋转和平移运动。甚至可以省去滑动衬套。为了简化附图，未示出这种引导装置。再者，它们不是本发明的一部分，并且完全是常规的，是本领域技术人员公知的，因此没有对其进行详细描述。

作为示例并且为了便于描述，在后面的叙述中，将假定外转子11接收来自外部驱动构件的旋转平移运动并且将这种运动传递到内转子10。为此，转子11具有用于固定至控制运动的装置(未示出)的凸缘15。但是，也可以是外部驱动构件将旋转运动施加给一个转子，而将平移运动施加给另一个转子。

在图1所示的示例中，转子10和11在它们相对的表面上分别具有多个细长的磁体12和13，其轴向延伸并且基本上分布在内转子10和外转子11的整个圆周上。在该示例中，每个磁体12、13由单个元件制成。磁体12和13可以是施加到内转子10和外转子11上的元件，并且它们通过任何合适的方式，例如通过胶粘附接到转子上。有利的是，磁体12和13被径向磁化并且以交替的极性设置。根据应用，两套磁体可以包括相同或不同数量的磁体。考虑到内转子10相对于外转子11长度更长，内转子10上的磁体12的长度也会长于外转子11上的磁体13的长度。相面对的磁体12、13之间的间隙设置为确保转子之间有高磁力传递，以及在操作过程中也不接触。在两套磁体之间设置有具有光滑表面的套筒14，该套筒例如由非磁性材料制成。这样的套筒可用来容纳磁体12并保护它们免受污染，以及减少空隙处的流体湍流。而且，光滑的表面使得在外转子11和内转子10之间的滑动更容易。

在图2所示的示例中，转子10上的每个长磁体12由一列短磁体12'构成，这些短磁体在相同方向上径向极化，轴向对齐并且彼此相邻。当然，如图2中的磁体13′所示，外转子11中的磁体也可以具有成列的轴向对齐的短磁体的结构。有利的是，磁体12′，13′也是施加，例如胶粘在转子10、11的表面上的元件。

根据本发明的有利实施方式，不同列中的各个短磁体12'可以相互偏移，使得它们的端部不对齐，形成垂直于转子轴线的圆周，如图3中的磁体列12i，12j所示。通过后续的描述，偏移设置的原因将变得显而易见。

图4示出了在仅传递旋转运动的耦合装置101的情况下，磁体的另一偏移设置。在该图中使用的附图标记比图2中使用的对应附图标记增加了100。在装置101中，仍然在转子110、111上设置平行的磁体列112'、113'，但是当在平面视图中观察时，磁体不再是细长形状，而是在两个垂直方向上具有基本相同的尺寸，并且基本上在转子的整个圆周上梯队设置。梯队中相邻磁体112’、113’沿一列以及在相邻列之间具有交替的极性。磁体112’、113’甚至可以彼此间隔一定距离，而不是如图所示基本上相互接触。

根据另外的实施方式，可以想到一种耦合装置，其具有如图2所示的细长形状的磁体，且该磁体呈梯队设置，或者想到一种耦合装置，其具有如图4所示的在平面图中观察时在两个垂直方向上尺寸基本相同的磁体，且该磁体设置成磁体列，这些磁体列在相同方向上径向极化，且相对于相邻列的磁体在相反方向上极化。

通常，磁体可以具有其他形状，只要这些形状与本发明的目的兼容即可。

图1至图4示出的配置涉及一种使用同步磁体的耦合装置。然而，本发明还可以应用在磁滞耦合装置中，其中两个转子中的一个上分别设有永磁体12(12'，112')和13(13'，113')，而另一个由具有磁滞特性的铁磁材料例如铝镍钴合金制成。具有磁滞特性的其他材料是本领域技术人员公知的。

现在，以示例的方式描述耦合装置1的操作，如上所述，外转子11是连接到外部驱动构件的驱动单元，而内转子10是从动单元。

众所周知，当将内转子10放入外转子11中时，两个转子将以相反的极性对准。

通过致动外转子11以使其进行旋转平移运动，就旋转而言，转矩将被传递到内转子10，直到超过在装置组装时以已知方式设定的最大转矩为止。此后，耦合装置相当于磁离合器。该效果在具有同步磁体的实施方式中导致切向的逐步运动，以及在磁滞耦合装置中的逐步阻尼运动。

就平移而言，外转子11以自身拉动内转子10，直到超过轴向力阈值，该轴向力阈值也在装置组装时以已知的方式设置。一旦超过该阈值，外转子11(在所所示的示例中，其长度小于内转子10的长度)可以在内转子10的磁体12的整个长度上沿着公共轴线滑动，从而在磁体12的整个长度上向内转子10连续地传递转矩。图5A至图5C示出了两个转子的三个相对位置，更具体而言是，外转子11的磁体与磁体12的下端部(图5A)或上端部(图5C)对齐的两个极限位置，以及这些端部之间的中间位置(图5B)。当转子11的磁体13的头部到达内转子10的磁体12的端部时(因此转子处于图5A或5C所示的位置)，磁体13找到稳定点并停止其纵向运动。因此，在无需提供机械停止件来防止转子彼此打滑的情况下获得了停止功能。如果在转子11上施加轴向纵向力以将其推出稳定位置，则会产生反作用效果，其类似于弹簧造成的效果。

如果磁体12制成为彼此相邻的短磁体12'的轴向列，并且设置为形成垂直于轴线A的箍带，如图2所示，则稳定点是各个磁体12'的端部，由此转子11的平移运动会以不连续的步骤进行。通过图3中所示的设置消除了该缺点，其中相邻列中的短磁体12'是偏移的，使得在穿过磁体12'的端部的圆周处不再存在连续的稳定位置。因此，转子11的运动是连续的。

采用这种解决方案使得转子10、11具有磁性自定心的功能，转子10、11受到彼此抵消的相反径向力，因此不需要滚动轴承，因为两个转子由于自然磁悬浮而彼此浮动。

在图4所示的装置101具有成梯队设置的永磁体112'，113'，在该情况下，仅可能有转子110、111之间的转矩传递，并且得到同步和稳定的效果，直到达到旋转磁阈值为止。换言之，旋转运动发生在不连续的稳定位置之间，每个稳定位置都由一个转子上的磁体与另一转子上极性相反的磁体之间的对准来给出。在这种情况下，同样发生不连续的运动。这可以通过磁滞耦合装置来消除，在该磁滞耦合装置中，转子110、111中仅有一个转子具有成梯队设置磁体，而另一个转子由磁滞材料制成。永磁体将磁滞材料磁化会产生连续的稳定位置。在这种情况下，除了转矩限制作用之外，还在超过磁耦合的电阻阈值之后获得阻尼效应。系统缺乏刚性使得允许补偿机械间隙。

本发明可以应用于不同的技术领域，包括使类似编码器的旋转构件在同时旋转和平移的轴上的移动，或是应用于封盖头的旋转-平移活塞以将例如螺旋盖或压力盖施加到容器，尤其是瓶子上。

图6至图8示出了本发明的耦合装置1在此类封盖机中的应用。众所周知，封盖机通常包括至少一个封盖头，该封盖头又包括：盖施加部，该盖施加部具有盖抓握构件，该盖抓握构件通常按照绕纵向轴线的旋转运动和沿所述轴线的平移运动而移动；以及驱动部，其例如轴向位于盖施加部的上方。抓握构件的轴向滑动还用于施加必要的顶部载荷，以在封盖操作期间保持待封盖的容器被塞住。在传统的头部中，一根或多根弹簧可调节这种载荷。

更具体而言，图6以示例的方式示出了封盖转台20，其优选包括多个封盖头21，每个封盖头包括耦合装置1。转台20包括固定架22，在其内部安装有旋转结构23，头部21固定连接到旋转结构23上以进行旋转。结构23的旋转使得封盖头21与瓶子26相对应。使结构23旋转的装置是常规的，并未示出。

还参见图7，每个头部21配置为具有杆24的活塞，该杆会被驱动以进行封盖操作所必需的旋转平移运动，并且在该杆的底部承载抓握构件25，该抓握构件25用于抓握待施加到瓶子26上的盖子。在杆24的顶部设有装置27，其用于连接属于驱动部(未示出)的构件，并在例如凸轮的控制下使杆轴向滑动。附图标记B表示杆24的旋转轴线。

杆24的中间部分同轴地插入到套筒28中，该套筒28通过所示的轴承或衬套29可旋转地安装在圆筒体30中，该圆筒体30固定连接到转台20的旋转结构23上以进行旋转。更具体而言，所有头部的圆筒体30都固定在结构23的凸缘31上。圆筒体30在两个基部处都是开放的，以允许杆24平移。圆筒体30容纳电机的定子32，电机用于产生通过本发明的磁耦合装置1传递给杆24的旋转运动。套筒28形成所述电机的转子。

杆24的中间部分具有直径减小的部分24a，该部分24a旨在形成磁耦合装置1(图1至图4)的内转子，因此将磁体施加至部分24a。有利的是，如图8所示，杆24具有多列纵向平行的细长永磁体12'，其端部是偏移的，使得它们不在垂直于杆24轴线的同一圆周上。即为了使杆24连续滑动，采用了图3所示的磁体结构。

耦合装置的外转子的磁体列13'与磁体列12'相对设置，该外转子由固定连接到套筒28上的元件33组成，并且它也与杆24同轴。有利的是，外磁体13'相对于施加到杆24的磁体12'偏移。

头部21的操作如下。

众所周知，当将盖子盖在瓶子26上时，有必要对所涉及的头部21的杆24施加旋转平移运动。为此，致动位于圆筒体30中的电机，从而使元件33绕轴线B旋转。同时，通过驱动部使杆24沿轴线B滑动。基本上直到盖抓握构件25和瓶26之间接触的时刻，更具体而言直到盖子紧固时刻为止，由外转子33施加到杆24的转矩都小于已设定的最大转矩，并且杆24和套筒28(固定连接有耦合装置的外转子33)共同旋转。在与瓶子26接合的时刻，且由于盖子被紧固，超过了最大转矩和力，并且杆24相对于套筒28停止旋转，但是杆24以一连续运动相对于套筒继续平移，由此施加顶部载荷。当杆24的部分24a中的磁体12'列到达外转子33的磁体13'列的端部时，滑动停止并且该装置相当于弹簧，来调节顶部载荷。

很明显以上描述仅是通过非限制性示例给出的，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以进行变化和修改。

例如，在用于传递旋转平移运动的耦合装置的情况下，可以具有三个同轴转子，其中最里面的转子和最外面的转子的长度比中心转子的长度短(因此磁体比后者中的磁体短)，并且可相对于中心转子轴向滑动。通过这种设置，三个转子可以共同旋转，而最里面的转子和最外面的转子甚至可以在相反的方向上发生平移。

此外，如图6至8所示，磁滞耦合装置也可以用于转台20的封盖头21中，以代替具有同步磁体的耦合装置。

Claims (9)

1.一种磁耦合装置(1)，其用于耦合彼此同轴的至少第一和第二构件(10、11)，以使它们根据施加到所述构件之一上的转矩的强度至少能够围绕共同轴线(A)进行联合旋转运动或相对旋转运动，其中，至少所述构件(10、11)之一具有轴向延伸的磁化区域，每个区域包括一列轴向对准的磁体(12'、13')，其特征在于：其用于耦合所述至少第一和第二构件(10、11)，使得它们根据施加到所述构件之一上的轴向力的强度，除了可以执行所述旋转运动之外，也可以执行沿着所述轴线的联合平移运动或相对平移运动，不同列中的磁体是在各自的列中彼此相邻设置的具有相同极性的磁体(12'，13')，一列中的磁体(12'，13')相对于相邻列中的磁体(12'，13')具有相反极性；一列磁体中的磁体(12'、13')相对于相邻列的磁体偏移，从而使得不同列中的磁体的端部不对齐，以形成垂直于第一和第二构件(10,11)的轴线(A)的圆周。

2.根据权利要求1所述的磁耦合装置(1)，其特征在于：

所述磁化区域设置在所述至少两个构件(10、11)上。

3.根据权利要求1所述的磁耦合装置(1、101)，其特征在于：

所述至少两个构件中的一个具有磁化区域(12、13)，并且另一个由具有磁滞特性的材料制成。

4.根据权利要求1所述的磁耦合装置，其用于将三个构件彼此同轴地耦合，其特征在于：最里面的构件和最外面的构件能够相对于中心构件轴向平移，并且所述最里面的构件和最外面的构件的轴向平移可在相反方向上发生。

5.一种封盖头(21)，其包括：盖施加部(24、25)，该盖施加部(24、25)配备有盖抓握构件(25)，并且设置成按照绕纵向轴线(B)的旋转运动和沿着所述轴线的平移运动而运动；以及用于所述盖施加部(24、25)的驱动部(27、28、32)；所述驱动部(27、28、32)被设置成通过磁耦合装置(1)将旋转和平移运动传递给所述盖施加部(24、25)；其中：所述磁耦合装置(1)适于耦合彼此同轴、分别属于所述盖施加部(24、25)和驱动部(27、28、32)的第一和第二构件(10、11)，至少所述构件(10、11)之一具有轴向延伸的磁化区域，每个区域包括一列轴向对准的磁体(12'、13')，其特征在于：不同列中的磁体(12'、13')在各自的列中彼此相邻设置，一列磁体中的磁体(12'、13')相对于相邻列的磁体偏移，从而使得不同列中的磁体的端部不对齐，以形成垂直于第一和第二构件(10,11)的轴线(A)的圆周。

6.根据权利要求5所述的封盖头(21)，其特征在于：

所述盖施加部(24、25)包括可轴向滑动的杆(24)，所述杆在中间区域具有直径缩小的部分(24a)，该部分形成所述磁耦合装置的耦合构件中的第一个构件，并同轴插入到形成电机转子的套筒(28)中，所述电机产生可通过所述磁耦合装置(1)传递到所述杆(24)的旋转运动，所述套筒(28)被固定连接至构件(33)以进行旋转，所述构件(33)形成所述磁耦合装置(1)的所述耦合构件中的第二个构件(33)。

7.根据权利要求6所述的封盖头(21)，其特征在于：

所述套筒(28)可旋转且可滑动地安装在壳体(30)中，所述壳体(30)由封盖机的转台(20)的旋转结构(23)承载，并容纳所述电机的定子(32)，其中，所述转台(20)包括多个封盖头(21)。

8.一种封盖机的转台(20)，其特征在于：

包括多个如权利要求6所述的封盖头(21)，其安装在转台(20)的旋转结构(23)上并且固定连接到所述结构以进行旋转。

9.一种封盖机的转台(20)，其特征在于：

包括多个如权利要求7所述的封盖头(21)，其安装在转台(20)的旋转结构(23)上并且固定连接到所述结构以进行旋转。

Images