Магнитная муфта сцепления транспортного средства

 

Изобретение относится к области расположения и монтажа передач транспортных средств, в частности к устройству муфт сцепления. Магнитная муфта сцепления транспортного средства содержит два независимо вращающихся ротора, соединенных соответственно с ведущим и ведомым элементами трансмиссии. Один ротор выполнен в виде многополюсного индуктора, а другой снабжен индуктируемым элементом из ферромагнитного материала. Муфта снабжена обмотками, витки которых размещены на индуктируемом элементе в пазах, а выводы обмоток электрически связаны с электродвигателем, механически связанным с ведомым элементом трансмиссии. Достигаемый технический результат состоит в снижении механических потерь при проскальзывании элементов муфты в процессе передачи крутящего момента и обеспечении возможности реверса. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области расположения и монтажа передач транспортных средств, в частности к устройству муфт сцепления.

Известна электромагнитная реверсивная муфта, содержащая смонтированные на общей оси два магнитопровода с катушками возбуждения и помещенный между ними якорь с фрикционными элементами на торцах, при этом муфта снабжена двумя помещенными на ступице якоря по обе стороны от его фрикционных поверхностей дополнительными катушками, одни концы которых подключены к общей точке катушек магнитопровода, а другие через разделительные диоды - соответственно к их выводам (См. Авторское свидетельство СССР N 420827, МКИ F 16 D 27/06, опубл. 25.03.74. Бюл. N 11).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства относятся большие механические потери в момент включения из-за проскальзывания элементов муфты под нагрузкой, что ограничивает возможность плавного изменения скорости вращения ведомого вала при постоянной скорости вращения ведущего вала.

Известна муфта с электрическим управлением, содержащая полумуфты с пакетами дисков, установленных с зазорами с образованием полости для дисперсионной среды в виде электрореологической суспензии, высоковольтный источник напряжения и высоковольтный генератор прямоугольных импульсов переменной скважности, вход которого подключен к выходу высоковольтного источника напряжения, а выход - к пакетам дисков полумуфт (См. Авторское свидетельство СССР N 1581917, МКИ F 16 D 27/00. Опубл. 30.07.90. Бюл. N 28).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства относятся сравнительно большие механические потери из-за трения в дисперсионной среде при проскальзывании элементов муфты в процессе передачи крутящего момента и отсутствие возможности реверса скорости вращения ведомого вала при заданном направлении вращения ведущего вала.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности признаков является магнитная муфта сцепления транспортного средства, содержащая два независимо вращающихся ротора, соединенных соответственно с ведущим и ведомым элементами трансмиссии, при этом один ротор выполнен в виде многополюсного индуктора, а другой снабжен индуктируемым элементом из ферромагнитного материала (См. Авторское свидетельство СССР N 546295, МКИ F 16 D 27/02. Опубл. 05.02.77. Бюл. N 5).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства относятся сравнительно большие механические потери при повышенных нагрузках из-за появления проскальзывания элементов муфты и возникновению при этом вихревых токов, в результате чего значительная часть механической энергии преобразуется в тепловую. Кроме того, в данном устройстве отсутствует возможность реверса вращения ведомого вала при заданном направлении вращения ведущего вала.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Механические потери известных муфт в основном возникают при проскальзывании их элементов в процессе передачи крутящего момента, поскольку энергия, пропорциональная произведению передаваемого момента силы на разность угловых скоростей полумуфт теряется в виде тепла. Это уменьшает КПД транспортного средства и ограничивает возможности плавного изменения скорости ведомой полумуфты. В транспортных средствах также необходимо иметь возможность реверса ведомых элементов по отношению к ведущим элементам и это желательно иметь в магнитной муфте, поскольку в этом случае упрощается трансмиссия и увеличивается надежность транспортного средства.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения состоит в снижении механических потерь при проскальзывании элементов муфты в процессе передачи крутящего момента и обеспечении возможности реверса.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известное устройство, содержащее два независимо вращающихся ротора, соединенных соответственно с ведущим и ведомым элементами трансмиссии, при этом один ротор выполнен в виде многополюсного индуктора, а другой снабжен индуктируемым элементом из ферромагнитного материала, введены обмотки, витки которых размещены на индуктируемом элементе, а выводы электрически связаны с электродвигателем, ротор которого механически связан с ведомым элементом трансмиссии.

Независимо вращающийся ротор, соединенный с ведомым элементом трансмиссии, может быть выполнен в виде моноблока с ротором электродвигателя.

Размещение на индуктируемом элементе обмоток и осуществление их электрической связи с электродвигателем, ротор которого механически связан с ведомым элементом трансмиссии позволяет практически исключить механические потери магнитной муфты сцепления транспортного средства при разной скорости вращения полумуфт в процессе передачи крутящего момента, поскольку энергия, выделяемая при проскальзывании полумуфт в данном случае, утилизируется с помощью электродвигателя и проявляется в виде повышения крутящегося момента ведомого элемента трансмиссии. При этом легко может быть обеспечен реверс полумуфты, связанной с ведомым элементом трансмиссии, благодаря изменению направления магнитных потоков в электродвигателе при соответствующем подборе величины магнитного потока в индукторе магнитной муфты.

Выполнение независимо вращающегося ротора, соединенного с ведомым элементом трансмиссии, в виде моноблока с ротором электродвигателя позволяет снизить габариты и массу, а также повысить надежность устройства сцепления транспортного средства.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определенные из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованиям изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразование на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; замена какой-либо части известного средства другой известной частью, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижения при этом обычного для такого исключения результата; увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; выполнение средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже представлена схема заявленного устройства, где на фиг.1 изображена конструкция магнитной муфты в разрезе, а на фиг. 2 - упрощенная схема электрических связей магнитной муфты.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Магнитная муфта (см. фиг. 1) содержит корпус 1 с торцевой крышкой 2, в котором на подшипниках 3 установлен ведущий вал 4 и ведомый вал 5. На ведущем валу 4 жестко закреплен ведущий ротор 6 с многополюсным индуктором 7, имеющим обмотки возбуждения 8. На ведомом валу 5 жестко закреплен ведомый ротор 9 с индуктируемым элементом 10, в пазах 11 которого размещены витки обмоток 12, выводы которых электрически связаны через выпрямитель 13 и коммутатор 14 с электродвигателем, включающем в себя якорь 15 с обмотками 16 и полюсные наконечники 17 с обмотками возбуждения 18. На диэлектрической втулке 19, закрепленной на ведущем валу 4, установлены соединенные с выводами обмоток возбуждения 8 контактные кольца 20 и 21, к которым подведены щетки 22 и 23, установленные в щеткодержателе 24. На диэлектрической втулке 25, закрепленной на ведомом валу 5, закреплены подключенные к выводам выпрямителя 13 контактные кольца 25 и 26, к которым подведены щетки 28 и 29, установленные в щеткодержателе 30. На коммутаторе 14 установлены коллекторные пластины 31 и 32, к которым подведены щетки 33 и 34, установленные в закрепленном на торцевой крышке 2 щеткодержателе 35. Выводы обмоток 12 индуктируемого элемента (см. фиг. 2) подключены к состоящему из полупроводниковых диодов 36 выпрямителю 13, выход которого через щеточно-контактные узлы 26, 28 и 27, 29 соединен с аккумулятором 37 через ключевой элемент 38. Обмотки возбуждения 8 многополюсного индуктора подключены через щеточно-контактные узлы 20, 23 и 21, 22 к первому регулятору напряжения 39. Обмотки возбуждения 18 электродвигателя через переключатель полярности 40 подключены ко второму регулятору напряжения 41. Выводы обмоток 16 якоря электродвигателя соединены с выводами выпрямителя 13 через соответствующие n-p-n транзисторы 42 и p-n-p транзисторы 43, базы которых подключены соответственно к источникам вторичного электропитания 44 и 45 через щеточно-коллекторные узлы 31, 34 и 32, 33. Выводы питания вышеуказанных устройств 39, 41, 44 и 45 соединены с выводами аккумулятора 37.

Магнитная муфта работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 4, установленного на подшипниках 3 внутри корпуса 1 с торцевой крышкой 2, в случае разрыва сцепления индуктор 7 размагничивают (обесточивают обмотки возбуждения 8) и крутящий момент на ведомый вал 5 не передается (крутящим моментом, передаваемым подшипниками можно пренебречь). В случае, если необходимо передать крутящий момент, индуктируемый элемент 10 намагничивается индуктором 7 и при проскальзывании роторов 6 и 9 относительно друг друга в витках обмоток 12, расположенных в пазах 11 индуктируемого элемента 10, наводится напряжение, которое выпрямляется выпрямителем 13 и через коммутатор 14 подается на обмотки 16 электродвигателя, в якоре 15 которого создается магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем полюсных наконечников 17, в результате чего на выходной вал 5 передается дополнительный крутящий момент. Величина и знак этого момента зависят от соотношения величин и направлений магнитных потоков, создаваемых индуктором 7 и полюсными наконечниками 17. В индукторе 7 магнитное поле создается током в обмотке возбуждения 8 за счет напряжения, передаваемое от аккумулятора 37 через первый регулятор напряжения 39 и щеточно-контактные узлы 20, 23 и 21, 22, а в полюсных наконечниках 17 магнитное поле создается обмотками 18 за счет напряжения, передаваемого от аккумулятора 37 через второй регулятор напряжения 41 и переключатель полярности 40. Необходимые для работы электродвигателя направления токов в якорных обмотках 16 обеспечиваются коммутатором 14 за счет открытия транзисторов 42 и 43 при подаче на их базы напряжения через щеточно-коллекторные узлы 31, 34 и 32, 33 от соответствующих источников вторичного электропитания 44 и 45, подключенных к аккумулятору 37, который при необходимости может подзаряжаться через ключевой элемент 38. Для работы муфты в режиме передачи максимального крутящего момента, например при трогании с места транспортного средства, первый регулятор напряжения 39 должен вырабатывать малое напряжение, а второй регулятор напряжения 41 - большое. В этом случае крутящий момент на выходном валу 5 существенно больше крутящего момента на входном валу 4, так как большая часть энергии выходному валу передается посредством электродвигателя. Для работы муфты в режиме передачи оптимального крутящегося момента (оптимума с точки зрения минимума потерь), например при равномерном движении транспортного средства, первый регулятор напряжения 39 должен вырабатывать относительно большое напряжение, а второй регулятор напряжения 41 - малое. В этом случае крутящий момент на выходном валу 5 практически равен моменту на входном валу 4, так как большая часть энергии выходному валу передается непосредственно за счет взаимодействия магнитных полей индуктора 7 и индуктируемого элемента 10, а электродвигатель практически работает вхолостую. На практике возможна работа и в промежуточных режимах передачи крутящего момента. Для осуществления реверса выходного вала 5 необходимо изменить направление тока в обмотках возбуждения 18 с помощью переключателя полярности 40 и одновременно задать большую величину напряжения на выходе второго регулятора напряжения 41 и относительно малую величину напряжения на выходе первого регулятора 39. В этом случае крутящий момент выходного вала 5 будет определяться в основном крутящим моментом электродвигателя, который в данном случае имеет обратный знак по отношению к знаку крутящего момента входного вала 4.

В рассматриваемой магнитной муфте при проскальзывании элементов потери энергии минимальны за счет ее утилизации электродвигателем, что позволяет данную магнитную муфту использовать в транспортном средстве в качестве устройства сцепления с малыми потерями. При этом такая муфта может выполнять и функцию коробки передач, которую очень легко сделать автоматической. Возможность реверса позволяет рассматриваемой магнитной муфте обеспечивать задний ход транспортного средства, а при необходимости осуществлять и функцию торможения, причем с утилизацией выделяемой при торможении энергии в аккумулятор. Кроме того, предложенная магнитная муфта способна обеспечить движение транспортного средства при отключенном тяговом двигателе за счет энергии аккумулятора, что может оказаться необходимым по экологическим соображениям при движении транспортного средства, например, в закрытом помещении.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для монтажа передач транспортных средств, в частности для сцепления; для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

1. Магнитная муфта сцепления транспортного средства, содержащая два независимо вращающихся ротора, соединенных соответственно с ведущим и ведомым элементами трансмиссии, при этом один ротор выполнен в виде многополюсного индуктора, а другой снабжен индуктируемым элементом из ферромагнитного материала, отличающаяся тем, что в нее введены обмотки, витки которых размещены на индуктируемом элементе, а выводы электрически связаны с электродвигателем, ротор которого механически связан с ведомым элементом трансмиссии.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что независимо вращающийся ротор, соединенный с ведомым элементом трансмиссии, выполнен в виде моноблока с ротором электродвигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2