Асинхронная статорная магнитная муфта
Владельцы патента RU 2658303:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи механической энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов и для привода механизмов с большими моментами при значительной разности угловых скоростей полумуфт. Асинхронная статорная магнитная муфта содержит две полумуфты. На ведущей полумуфте установлены постоянные магниты с числом пар полюсов р (где р=1, 2, …n), а ведомая полумуфта имеет к.з. обмотку и неподвижный статор, состоящий из отдельных магнитопроводов, расположенных по окружности, число которых z=2(р+kр/2) (где k=1, 2, …n). Магнитопроводы объединены корпусом статора, выполненным из немагнитного металла. Статор проходит через экран, разделяющий полости ведущего и ведомого валов. С обеих сторон экрана выступают рабочие части статора, с которыми взаимодействуют полумуфты. Между полумуфтами и статором имеется основной воздушный зазор минимально возможной величины, как минимум, в десять раз больше, чем основной воздушный зазор. При вращении ведущей полумуфты в статоре образуется вращающийся магнитный поток, который, пересекая обмотку ведомой полумуфты, наводит в ней э.д.с. Возникающий в к.з. обмотке электрический ток взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора, создавая вращающий электромагнитный момент, который вращает ведомую полумуфту в ту же сторону, что ведущая полумуфта. Техническим результатом являются высокие удельные характеристики при значительной (более 20 мм) толщине разделяющего экрана, обеспечивающей высокую разность давлений и радиационную безопасность. 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению и электротехнике. Оно может быть использовано для передачи механической энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов.
Известно большое разнообразие магнитных муфт для передачи энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов [Ганзбург Л.Б., Федотов А.И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. Справочник. Л., Машиностроение. 1980].
Общими недостатками известных устройств является то, что экран, разделяющий полости ведущего и ведомого валов, не может иметь значительную толщину, так как при этом увеличивается суммарное магнитное сопротивление и, следовательно, уменьшается максимальный передаваемый момент, а также пробуксовывание муфты при превышении расчетного момента, что не позволяет использовать их для разгона и привода механизмов с большими моментами инерции.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является электромагнитная муфта-редуктор, имеющая неподвижный экран в виде корпуса из электроизоляционного материала со встроенными ферромагнитными элементами, содержащая ведущее звено в виде электромагнита с одной или большим числом пар полюсов, расположенное в цилиндрической полости неподвижного экрана, и ведомое звено - ферромагнитный якорь, имеющий два зубца, расположенный во внутренней полости экрана (см. описание изобретения к патенту RU №2451382 от 20.05.2012).
Недостатками устройства являются энергозависимость, сложность конструкции, незначительная прочность электроизоляционных материалов и невозможность использования для разгона и привода механизмов с большими моментами инерции.
Задачей изобретения является обеспечение возможности передачи энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов при значительной (более 20 мм) толщине разделяющего экрана, обеспечивающего высокую разность давлений и радиационную безопасность, и обеспечение возможности передачи энергии при значительной разности угловых скоростей полумуфт для привода механизмов с большими моментами.
Поставленная задача решается тем, что асинхронная статорная магнитная муфта содержит ведущую полумуфту 1, с установленными на ней постоянными магнитами 3 и 4, имеющую число пар полюсов р (где р=1, 2, …n), ведомую полумуфту 2, имеющую кольцеобразный магнитопровод 10 с короткозамкнутой обмоткой 11 в виде «беличьего колеса», и неподвижный статор 8, имеющий отдельные магнитопроводы 7, расположенные по окружности, число которых z=2(р+kp/2) (где k=1, 2, …n). Магнитопроводы, которые могут быть выполнены из шихтованной электротехнической стали, объединены корпусом статора 8, выполненным из немагнитного металла (аустенитная нержавеющая сталь, алюминиевый сплав и т.п.). Статор проходит через немагнитный экран 9, разделяющий полости ведущего и ведомого валов. С обеих сторон экрана 9 выступают рабочие части статора, с которыми взаимодействуют полумуфты. Между полумуфтами и статором имеется основной воздушный зазор минимально возможной величины. Зазор между элементами статора как минимум в десять раз больше, чем основной воздушный зазор. Магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами ведущей полумуфты 1, замыкается через многоэлементный ферромагнитный магнитопровод статора и магнитопровод 10 полумуфты 2.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема асинхронной статорной магнитной муфты, исполнение - 1, на фиг. 2 - эта же муфта, исполнение - 2.
Представленная на фиг. 1 и фиг. 2 схема изобретения состоит из следующих основных элементов: ведущая полумуфта 1 с постоянными магнитами 3 и 4, ведомая полумуфта 2 с кольцеобразным магнитопроводом 10 и короткозамкнутой обмоткой «беличье колесо» 11, валы полумуфт 5 и 6, магнитопроводы статора 7, статор 8, экран 9, разделяющий полости ведущего и ведомого валов. Постоянные магниты 3 и 4, установленные на полумуфте 1, имеют разнонаправленную намагниченность и расположены попеременно.
Асинхронная статорная магнитная муфта работает следующим образом. Постоянные магниты 3 и 4, расположенные на полумуфте 1, создают магнитный поток, замыкающийся через магнитопроводы статора 7 и полумуфты 2. При вращении полумуфты 1 в статоре образуется вращающийся магнитный поток, который, пересекая обмотку 11, наводит в ней ЭДС. Возникающий в короткозамкнутой обмотке 11 электрический ток взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора 7, создавая вращающий электромагнитный момент, направленный в ту же сторону, что и вращение полумуфты 1. Создаваемый момент будет зависеть от величины скольжения между частотами вращения полумуфты 1 (магнитного поля в статоре 7) и полумуфты 2.
Асинхронная статорная магнитная муфта, содержащая две полумуфты, на ведущей полумуфте установлены постоянные магниты, имеющие число пар полюсов p (где p=1, 2, … n), а ведомая полумуфта имеет короткозамкнутую обмотку, отличающаяся тем, что имеет неподвижный статор, состоящий из отдельных магнитопроводов, расположенных по окружности, число которых z=2(p+kp/2) (где k=1, 2, … n), и взаимодействие полумуфт происходит не непосредственно между собой, а через статор.
