Электромагнитная муфта
Владельцы патента RU 2369954:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (RU)
Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным муфтам, и может быть использовано для дистанционного управления сцеплением валов при ударной нагрузке и большом передаваемом моменте. Технический результат заключается в увеличении передаваемого момента при сохранении габаритов. Электромагнитная муфта имеет тороидальный магнитопровод 1, кольцевую обмотку управления 2, немагнитную втулку 3 ведущего вала 11, диски ведущего и ведомого вала 4 и 5 соответственно, состоящие из чередующихся ферромагнитных и немагнитных элементов, немагнитную втулку 6 ведомого вала 7, толстый диск ведущего вала 8, диск ведомого вала 9, немагнитную втулку 10 ведущего вала 11. Благодаря введению нескольких дисков ведущего и ведомого валов получена электромагнитная муфта с большим передаваемым моментом. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным муфтам, и может быть использовано для дистанционного управления сцеплением валов при ударной нагрузке и большом передаваемом моменте.
Известна электромагнитная муфта, содержащая неподвижную обмотку возбуждения, магнитопровод обмотки возбуждения, внутреннюю полумуфту с зубчатым ротором и внешнюю полумуфту из зубцовых элементов и немагнитного кольца между ними (Ганзбург Л.Б., Федотов А.И. «Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов», Справочник, Л., Машиностроение, 1980 г.) - [1].
Ее недостатком является малый передаваемый момент.
Наиболее близким к предлагаемой муфте по технической сущности является электромагнитная муфта, содержащая корпус с катушкой, фрикционный узел, представляющий собой пакет магнитопроводящих плоских и упругих волнистых дисков с синусообразной волной в окружном направлении, включающих два концентрично расположенных кольцевых элемента, связанных радиальными перемычками (патент №2245466, F16D 27/07, Н02К 49/08, опубл. 2005.01.27) - [2].
Ее недостатком является наличие фрикционного узла и малый передаваемый момент.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в увеличении передаваемого муфтой момента при сохранении ее габаритов.
Технический результат достигается тем, что в электромагнитной муфте, имеющей обмотку управления, магнитопровод, диски, механически связанные с ведущим валом, и диски, механически связанные с ведомым валом, диски выполнены плоскими, имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные секторы, причем угловые размеры магнитных секторов на всех дисках одинаковые, угловые размеры немагнитных секторов на всех дисках одинаковые, диски, связанные с ведущим и ведомым валами, чередуются, обмотка управления выполнена в виде кольца, а магнитопровод имеет тороидальную форму.
Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1 и 2, где
Фиг.1 - конструктивная схема электромагнитной муфты;
Фиг.2 - сечение диска ведомого вала.
Электромагнитная муфта имеет тороидальный магнитопровод 1, кольцевую обмотку управления 2, немагнитную втулку 3 ведущего вала 11, диски ведущего вала 4, диски ведомого вала 5, немагнитную втулку 6 ведомого вала 7, толстый диск ведущего вала 8, диск ведомого вала 9, немагнитную втулку 10 ведущего вала 11.
Сечение дисков 5 ведомого вала показано на Фиг.2. Они имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные сектора. Ферромагнитные сектора показаны штриховкой. Диски 4 ведущего вала имеют аналогичную конструкцию.
Самый левый диск 8 ведущего вала имеет большую толщину, так как он выполняет еще и силовую функцию. Через него передается весь момент двигателя, который распределяется по всем дискам. Этот диск имеет слева плоскую поверхность, а справа выступы, повторяющие геометрию ферромагнитных секторов. Толщина выступов в два раза меньше, чем толщина других дисков.
Аналогично самый правый диск 9 ведомого вала имеет плоскую правую поверхность, а слева выступы, повторяющие геометрию ферромагнитных секторов. Толщина выступов в два раза меньше, чем толщина других дисков.
Электромагнитная муфта работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотку 2 возникает магнитный поток, средняя силовая линия которого показана штриховой линией. Магнитный поток проходит через диски ведущего и ведомого валов в осевом направлении. Диски стремятся занять положение, при котором магнитный поток и магнитная проводимость максимальны. Это наблюдается, когда магнитные секторы дисков ведущего и ведомого валов находятся напротив друг друга.
В отсутствии момента нагрузки на ведомом валу 7 диски вращаются синхронно и синфазно. При увеличении момента нагрузки увеличивается угол рассогласования между ведущим и ведомым валами, т.е. получается упругая передача момента. Максимальный передаваемый момент зависит от числа ферромагнитных секторов на одном диске, от числа рабочих зазоров между дисками и от среднего радиуса взаимодействия, а также от магнитной индукции в рабочих зазорах.
Площадь всех ферромагнитных секторов одного диска определяется формулой
,
где R - наружный радиус; r - внутренний радиус ферромагнитного элемента. Если магнитные элементы двух дисков расположены друг против друга, то магнитная проводимость между дисками дается формулой
,
где µ0 - магнитная постоянная; δ - зазор между дисками.
Угол одного сектора
,
где n - число ферромагнитных секторов одного диска.
Электромагнитный момент муфты определяется формулой
,
где Uδ - магнитное напряжение на всех рабочих зазорах; Λ - их магнитная проводимость.
Положим, что справедливы равенства
; 
,
где m - количество рабочих зазоров. Из приведенных равенств следуют выражения:
; 
;
.
Здесь В - магнитная индукция в рабочем зазоре.
Из последних формул видно, что передаваемый момент зависит от числа ферромагнитных секторов на одном диске, от числа рабочих зазоров между дисками и от среднего радиуса взаимодействия, а также от магнитной индукции в рабочих зазорах. Чем больше количество ферромагнитных секторов и рабочих зазоров, тем больше передаваемый момент.
Данная электромагнитная муфта рекомендуется к применению в механических передачах с дистанционным управлением сцеплением, с большим передаваемым моментом и с ударными нагрузками на ведомом валу.
1. Электромагнитная муфта, имеющая обмотку управления, магнитопровод, диски, механически связанные с ведущим валом, и диски, механически связанные с ведомым валом, отличающаяся тем, что диски выполнены плоскими, имеют ферромагнитные и немагнитные секторы, причем их угловые размеры на всех дисках одинаковые, диски, связанные с ведущим и ведомым валами, чередуются, обмотка управления выполнена в виде кольца, а магнитопровод имеет тороидальную форму.
2. Электромагнитная муфта по п.1, отличающаяся тем, что крайние диски имеют плоскую поверхность со стороны магнитопровода, а с другой стороны выступы, повторяющие геометрию ферромагнитных секторов, при этом толщина выступов в два раза меньше, чем толщина других дисков.
