Магнитная муфта сцепления транспортного средства

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и касается создания магнитных муфт сцепления транспортных средств. Магнитная муфта сцепления транспортного средства имеет два независимо вращающихся ротора. Роторы соответственно соединены с ведущим и ведомым элементами трансмиссии. При этом один ротор выполнен в виде многополюсного индуктора. Другой ротор снабжен индуктируемым элементом из ферромагнитного материала, на котором размещены витки обмоток. Выводы обмоток электрически связаны с электрогенератором. Ротор электрогенератора механически связан с ведущим элементом трансмиссии. Независимо вращающийся ротор, соединенный с ведущим элементом трансмиссии, может быть выполнен в виде моноблока с ротором электрогенератора. Электрогенератор может быть выполнен по схеме, позволяющей ему работать в режиме электродвигателя. Технический результат реализации изобретения заключается в достижении возможности существенного превышения частоты вращения ведомого элемента магнитной муфты по отношению к ведущему элементу (режим мультипликации) при высоком КПД и сохранении режимов прямой передачи, редукции и реверса. 2 з.п.ф-лы, 1 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 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 возникновения при этом вихревых токов, в результате чего значительная часть механической энергии преобразуется в тепловую.

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, на котором размещены витки обмоток (см. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 97120418/28 "Магнитная муфта сцепления транспортного средства", автор Власов А.Н.).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относятся сравнительно большие потери при превышении частоты ведомого элемента муфты по отношению к ведущему из-за рециркуляции потока мощности, в результате чего значительная часть механической энергии преобразуется в тепловую.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В транспортных средствах может возникать потребность существенного повышения частоты вращения ведомых элементов по отношению к ведущим элементам, поскольку в этом случае может иметь место лучшая возможность приспосабливания трансмиссии дорожным условия, благодаря чему повышается топливная экономичность транспортного средства.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в достижении возможности существенного превышения частоты вращения ведомого элемента магнитной муфты по отношению к ведущему элементу (режим мультипликации) при высоком КПД и сохранении режимов прямой передачи, редукции и реверса.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем 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, на котором размещены витки обмоток, выводы обмоток электрически связаны с электрогенератором, ротор которого механически связан с ведущим элементом трансмиссии.

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

Электрогенератор может быть выполнен по схеме, позволяющей ему работать в режиме электродвигателя.

Осуществление электрической связи выводов обмоток с электродвигателем, ротор которого механически связан с ведущим элементом трансмиссии, позволяет после преобразования части механической энергии тягового двигателя в электрическую электрогенератора затем преобразовать электрическую энергию в энергию вращательного движения ведомого ротора относительно ведущего ротора магнитной муфты, что позволяет производить регулировку частоты вращения ведомого ротора в широких пределах в сторону повышения частоты.

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

Выполнение электрогенератора по схеме, позволяющей ему работать в режиме электродвигателя, позволяет снизить механические потери магнитной муфты сцепления транспортного средства при малой скорости вращения ведомой полумуфты, поскольку энергия, выделяемая при проскальзывании полумуфт в данном случае, утилизируется с помощью электрогенератора, работающим в режиме электродвигателя, и проявляется в виде повышения крутящегося момента ведущего элемента трансмиссии, который затем передается ведомому элементу.

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 определение 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 преобразования 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 обусловлены только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

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

На чертеже изображена конструкция магнитной муфты в разрезе.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Магнитная муфта (см. чертеж) 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 индукторные обмотки возбуждения 8. Внутреннее пространство ведущего ротора для обеспечения изоляции заполнено диэлектрической пластмассой 9. На ведомом валу 5 жестко закреплен ведомый ротор 10 с индуктируемым элементом 11, на котором размещены витки обмоток 12, выводы которых электрически связаны через коллектор 13, размещенном на изолирующем диске 14, щетки 15 и проводники 16 с электрогенератором. Электрогенератор включает в себя жестко установленные на ведущем роторе 6 полюсные наконечники 17 с генераторными обмотками возбуждения 18, закрепленный в корпусе 1 сердечник статора 19 с генераторными обмотками 20 и щеточно-коллекторный механизм, включающим в себя коллектор 21, установленный на диэлектрическом диске 22, и щетки 23, соединенные с проводниками 16. Индукторные обмотки возбуждения 8 соединены последовательно и одним выводом соединены с массой (ведущим ротором 6), а другим - со щеткой 24 через контактное кольцо 25 и проводник, не показанный на чертеже. Генераторные обмотки возбуждения 18 соединены последовательно и одним выводом соединены с массой (ведущим ротором 6), а другим - со щеткой 26 через контактное кольцо 27 и проводник, не показанный на чертеже. При этом контактные кольца 25 и 27 закреплены на диэлектрическом цилиндре 28, закрепленном на ведущем валу 4, а щетки 24 и 26 установлены на изолирующем цилиндре 29, закрепленном на корпусе 1.

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). При этом следует также обесточить генераторные обмотки возбуждения с тем, чтобы исключить ненужные потери энергии.

В случае, если необходимо передать крутящий момент, на индукторные обмотки возбуждения 8 подают управляющее напряжение через щетку 24 и контактное кольцо 25, в результате чего многополюсный индуктор 7 намагничивается и при проскальзывании роторов 6 и 10 относительно друг друга в витках обмоток 12, расположенных на индуктируемом элементе 11, наводится напряжение, которое выпрямляется с помощью коллектора 13, размещенного на изолирующем диске 14, и щеток 15 и далее через проводники 16 подается на встроенный электрогенератор. Электрогенератор вырабатывает напряжение при подаче управляющего напряжения на генераторные обмотки возбуждения 18, расположенные на полюсных наконечниках 17, через щетку 26 и контактное кольцо 27, которые закреплены, соответственно, на диэлектрическом цилиндре 28 и изолирующем цилиндре 28. Напряжение в электрогенераторе вырабатывается в генераторных обмотках 20, расположенных на сердечнике статора 19, и затем выпрямляется с помощью коллектора 21, установленном на диэлектрическом диске 22, и щеток 23, размещенных в зоне диэлектрической пластмассы 9 ведущего ротора 6. Если напряжение электрогенератора, снимаемое со щеток 23, направленно имеет встречное направление по отношению к напряжению, снимаемому со щеток 15 при положительном проскальзывании элементов муфты, то электрогенератор работает в режиме электродвигателя и предлагаемая магнитная муфта обладает свойствами редуктора. Это относительно неэкономичный режим и он может быть использован лишь короткое время. При этом возможен и режим реверса, который проявляется как редукция с отрицательным знаком. В режиме реверса ослабляют индукцию многополюсного индуктора 7 по отношению к индукции полюсных наконечников 17.

Основными режимами являются режим прямой передачи, когда напряжение генератора имеет малое значение или равно нулю, и режим мультипликации. В режиме мультипликации на генераторные обмотки возбуждения подают противоположное по знаку управляющее напряжение по отношению к напряжению в режиме редукции, которое позволяет электрогенератору работать в основном (генераторном) режиме. При этом напряжение, снимаемое со щеток 23, имеет согласное направление по отношению к напряжению, снимаемому со щеток 15 при положительном проскальзывании элементов муфты, в результате чего проскальзывание элементов магнитной муфты становится отрицательным и муфта переходит в режим мультипликации.

В рассматриваемой магнитной муфте возможны разрыв сцепления и соединение. Кроме редукции и прямой передачи возможен режим мультипликации при сохранении высокого КПД, поскольку значительная часть потока энергии передается без преобразования механической энергии в электромагнитную. Это 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, причем с повышающей передачей.

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, на котором размещены витки обмоток, отличающаяся тем, что выводы обмоток электрически связаны с электрогенератором, ротор которого механически связан с ведущим элементом трансмиссии.

2. Магнитная муфта по п.1, отличающаяся тем, что независимо вращающийся ротор, соединенный с ведущим элементом трансмиссии, выполнен в виде моноблока с ротором электрогенератора.

3. Магнитная муфта по п.1, отличающаяся тем, что электрогенератор выполнен по схеме, позволяющей ему работать в режиме электродвигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1