магнитная муфта
Классы МПК: | F16D27/01 с постоянными магнитами H02K49/10 типа постоянного магнита |
Автор(ы): | Аверкин Е.И., Белик Н.А., Евдокимов В.П., Маслов В.П., Соколов П.П., Фокин И.И. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Петербургский трамвайно- механический завод", Аверкин Евгений Иванович, Белик Николай Алексеевич, Евдокимов Виктор Петрович, Маслов Валерий Павлович, Соколов Павел Петрович, Фокин Илмари Иванович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-09-30 публикация патента:
20.11.2003 |
Изобретение относится к машиностроению, в частности к магнитным муфтам, предназначенным для соединения валов, и может найти применение в качестве редуктора в различных отраслях промышленности. Муфта содержит первый ротор, состоящий из двух дисков, жестко скрепленных с соответствующими полувалами и друг с другом с помощью обечайки из немагнитного материала, образующими первый вал, и второй ротор в виде диска из немагнитного материала, с установленными на нем по окружности постоянными магнитами с намагниченностью вдоль оси муфты, образующими многополюсную магнитную систему с чередующейся полярностью полюсов. Диск второго ротора расположен между дисками первого ротора, магнитосвязан с ними и жестко скреплен со вторым валом, установленным на подшипниках внутри первого вала. Новым является то, что муфта содержит статор, состоящий из двух дисков из магнитомягкого материала, равноудаленных от диска второго ротора и скрепленных друг с другом с помощью обечайки, с образованием корпуса муфты. К внутренним боковым поверхностям дисков статора по окружности прикреплены постоянные магниты с намагниченностью вдоль оси муфты, образующие две отдельные многополюсные магнитные системы с чередующейся полярностью полюсов и полюсным шагом 1. Постоянные магниты второго ротора расположены с полюсным шагом t2. Количество полюсных шагов t2 отличается от количества полюсных шагов t1 на целое число. Диски первого ротора состоят каждый из наружного и внутреннего колец из немагнитного диэлектрического материала, между которыми вмонтирована решетка, образуемая пластинами из магнитомягкого материала. Техническим результатом является возможность редукции скорости вращения при передаче вращения между валами, возможность регулирования передаточного числа и повышение нагрузочной способности. 2 з. п. ф-лы, 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
1. Магнитная муфта, содержащая первый ротор, состоящий из двух дисков, жестко скрепленных с соответствующими полувалами и друг с другом по их периферии, например, с помощью обечайки из немагнитного материала, образующими первый вал, второй ротор в виде диска из немагнитного материала с установленными на нем по окружности постоянными магнитами с намагниченностью вдоль оси муфты, образующими многополюсную магнитную систему с чередующейся полярностью полюсов, при этом диск второго ротора расположен между дисками первого ротора на одинаковом расстоянии от них, магнитосвязан с ними и жестко скреплен со вторым валом, установленным на подшипниках внутри первого вала, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит статор со втулками для размещения в них на подшипниках первого и второго валов, состоящий из двух дисков или двух плоских деталей произвольной формы из магнитомягкого материала, равноудаленных от диска второго ротора и скрепленных друг с другом по их периферии, например, с помощью обечайки, с образованием корпуса муфты, к внутренним боковым поверхностям дисков или плоских деталей произвольной формы статора по окружности прикреплены постоянные магниты с намагниченностью вдоль оси муфты, образующие две отдельные многополюсные магнитные системы с чередующейся полярностью полюсов и полюсным шагом t1, постоянные магниты второго ротора расположены с полюсным шагом t2, количество полюсных шагов t1 отличается от количества полюсных шагов t1 на целое число, диски первого ротора состоят каждый из наружного и внутреннего колец из немагнитного диэлектрического материала, между которыми вмонтирована решетка, образуемая пластинами из магнитомягкого материала, расположенными с зазором относительно друг друга так, что отношение суммарного объема зазоров между пластинами к суммарному объему пластин находится в пределах 0,8-1,5, пластины вставлены в пазы, выполненные по ободу каждого из внутренних колец дисков первого ротора, и в пазы, выполненные по внутреннему ободу каждого из наружных колец дисков первого ротора, угол между смежными пластинами в их средней части одинаков по периметру решетки, каждая из решеток имеет одну либо несколько зон, в пределах которых угол![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности к магнитным муфтам, предназначенным для передачи вращения от одного вала к другому, и может найти применение в качестве не только муфты, но и редуктора в электрических транспортных средствах, в автомобилестроении, судостроении, авиастроении, тракторостроении и других отраслях промышленности и сельского хозяйства. Известны торцовые магнитные муфты (см., например, [1-3]), содержащие соосно расположенные первый ротор с постоянными магнитами (ПМ), жестко скрепленный с первым валом (первая полумуфта), и второй ротор с ПМ, жестко скрепленный со вторым валом (вторая полумуфта). ПМ обоих роторов намагничены вдоль оси муфты и установлены по окружности, образуя две многополюсные магнитные системы (МС) с равным (как правило) числом полюсов с чередующейся полярностью. Благодаря силам взаимного притяжения ПМ обоих роторов при принудительном вращении одного из валов второй вал вращается в том же направлении и с той же угловой скоростью, что и первый вал. К недостаткам торцовых магнитных муфт следует отнести сравнительно невысокий передаваемый крутящий момент, сравнительно невысокую скорость вращения, ограниченную значением порядка 10 тыс. об/мин [2, с.120], низкую надежность. Причиной этого являются осевые силы взаимного магнитного притяжения роторов, которые вызывают повышенный износ подшипников и изменение рабочего зазора муфты, что нарушает его работу в целом. Кроме того, указанные магнитные муфты не способны обеспечить передачу вращения от одного вала к другому с редукцией. Многие из отмеченных недостатков позволяет устранить магнитная муфта по изобретению [4] , наиболее близкая по совокупности существенных признаков к предлагаемой муфте и потому выбранная в качестве прототипа. Магнитная муфта [4] содержит первый ротор, состоящий из двух дисков, снабженных каждый расположенными по окружности ПМ, образующими две отдельные многополюсные МС с чередующейся полярностью полюсов, и второй ротор в виде диска из немагнитного материала с установленными в нем по окружности ПМ, так же образующими многополюсную МС с чередующимися по полярности полюсами. Диски первого ротора жестко скреплены с первым валом и по их периферии друг с другом (например, посредством обечайки из немагнитного материала) с образованием корпуса муфты. Диск второго ротора жестко скреплен со вторым валом и расположен между дисками первого ротора на одинаковом расстоянии от них. В магнитной муфте-прототипе осевые силы, возникающие при взаимодействии ПМ первого и второго роторов, взаимно уравновешиваются вследствие того, что диск второго ротора равноудален от дисков первого ротора. Благодаря этому происходит взаимокомпенсация осевых магнитных сил, что позволяет увеличить передаваемый крутящий момент на 90-95%, увеличить скорость вращения, уменьшить износ подшипников, повысить надежность муфты. Недостаток прототипа, как и известных торцовых муфт, состоит в том, что передача с их помощью вращения от одного вала к другому не может быть осуществлена с редукцией скорости вращения. Это ограничивает сферу применения прототипа и других известных торцовых муфт. Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности передачи вращения от одного вала к другому с редукцией скорости вращения при постоянном высоком крутящем моменте. Эта задача решается тем, что магнитная муфта, содержащая первый ротор, состоящий из двух дисков, жестко скрепленных с соответствующими полувалами и друг с другом по их периферии, например, с помощью обечайки из немагнитного материала, образующими первый вал, второй ротор в виде диска из немагнитного материала с установленными на нем по окружности ПМ с намагниченностью вдоль оси муфты, образующими многополюсную МС с чередующейся полярностью полюсов, причем диск второго ротора расположен между дисками первого ротора на одинаковом расстоянии от них, магнитосвязан с ними и жестко скреплен со вторым валом, установленным на подшипниках внутри первого вала, дополнительно содержит статор со втулками для размещения в них на подшипниках первого и второго валов, состоящий из двух дисков либо двух плоских деталей произвольной формы из магнитомягкого материала, равноудаленных от диска второго ротора и скрепленных друг с другом по их периферии, например, посредством обечайки, с образованием корпуса муфты, к внутренним боковым поверхностям дисков или плоских деталей произвольной формы статора по окружностям прикреплены ПМ с намагниченностью вдоль оси муфты и полюсным шагом t1, образующие две отдельные многополюсные МС с чередующейся полярностью полюсов, ПМ второго ротора расположены с полюсным шагом t1, количество полюсных шагов t2 отличается от количества полюсных шагов t1 на целое число, диски первого ротора состоят каждый из внешнего и внутреннего кольца из немагнитного диэлектрического материала, между которыми вмонтирована решетка, образуемая пластинами из магнитомягкого материала, расположенными радиально с зазором друг относительно друга так, что отношение суммарного объема зазоров между пластинами к суммарному объему пластин находится в пределах 0,8 - 1,5, пластины вставлены в пазы, выполненные по ободу каждого из внутренних колец дисков первого ротора, и в пазы, выполненные по внутреннему ободу каждого из наружных колец дисков первого ротора, угол между смежными пластинами в их средней части одинаков по периметру решетки, каждая из решеток имеет одну или несколько зон, в пределах которых угол![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
- статор, состоящий из дисков 1 и 2, например, из стали, к внутренним поверхностям которых прикреплены по окружности магниты 3 с намагниченностью вдоль оси муфты, образующие две многополюсные МС с чередующейся полярностью полюсов с шагом t1, из втулок 4 и 5 и обечайки 6, образующей корпус муфты совместно с дисками 1 и 2;
- первый ротор, состоящий из двух дисков 7 и 8 из немагнитного диэлектрического материала, имеющих каждый соответственно наружное кольцо 9, внутреннее кольцо 10, наружное кольцо 9", внутреннее кольцо 10" и решетки 11 и 11" из пластин 12 из магнитомягкого материала, встроенных соответственно между кольцами 9 и 10 и кольцами 9" и 10";
- обечайку 13 из немагнитного материала, соединяющую по периферии диски 7 и 8 первого ротора;
- первый вал, состоящий из полувала 14, с которым жестко скреплен диск 7 первого ротора, и полувала 15, с которым жестко скреплен диск 8 первого ротора;
- второй ротор в виде диска 16 из немагнитного материала (например, сплава алюминия или пластика) с ПМ 17, образующими круговую многополюсную МС с полюсным шагом t2;
- второй вал 18, с которым жестко скреплен диск 16 второго ротора. В конструкции предлагаемой муфты, представленной на фиг.1, многополюсная МС второго ротора образована отдельными магнитами 17, встроенными в диск 16. Альтернативным вариантом является формирование такой МС посредством пар магнитов 17, прикрепляемых к диску 16 с двух сторон к его боковым поверхностям, как это показано на фиг.2 и фиг.3. На фиг.3 показана только часть пластин 12. Наружные и внутренние кольца дисков 7 и 8 первого ротора, между которыми вмонтированы пластины 12, изображены на фиг. 4, являющейся частичным сечением Б-Б фиг.1 плоскостью, проходящей через среднюю часть решетки 11 и среднюю часть колец 9 и 10 параллельно их боковым поверхностям. Пластины 12 вставлены в пазы 19, выполненные во внутреннем кольце 10 с шагом
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216007/916.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216007/916.gif)
Решетка 11 (как и решетка 11") из пластин 12 залита самоотверждающимся немагнитным материалом 21. Угол
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216010/945.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216662/2216662-2t.gif)
Приведенное выражение справедливо, если решетки 11 и 11" имеют один стыковой участок с углом
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
- наличие одной либо нескольких зон, в пределах которых значение угла
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
- расположение крайних пластин 12 на границе окончания "однозонной" решетки или на границах зон "многозонной" решетки под углом
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
- обеспечение отношения "k" суммарного объема зазоров между пластинами 12 в решетках 11 и 11" к суммарному объему пластин в пределах 0,8-1,5. Если k>1,5, число пластин 12 и их толщина невелики, вследствие чего малы магнитная проводимость решеток и значения создаваемых ими вращающихся магнитных полей, которые оказываются неспособными передать вращение второму ротору из-за малого крутящего момента. При k<0,8 велики магнитные потоки рассеяния, что нарушает однородность создаваемых решетками 11 и 11" вращающихся магнитных полей и препятствует нормальной работе муфты. Подобные нарушения вызывает изменение угла
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216003/8226.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216066/947.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216017/946.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216003/8226.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216003/8226.gif)
![магнитная муфта, патент № 2216662](/images/patents/252/2216003/8226.gif)
1. Ганзбург Л.Б. и др. Бесконтактные магнитные механизмы, Л., 1985. 2. Ганзбург Л.Б. и др. Механизмы с магнитной связью, Л., 1973. 3. Ганзбург Л.Б. и др. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов: Справочник, Л., 1980. 4. Авторское свидетельство СССР 1118813, МПК F 16 D 27/01, опубликовано 15.10.1984.
Класс F16D27/01 с постоянными магнитами
магнитная передача - патент 2524813 (10.08.2014) | ![]() |
жаропрочная магнитная муфта - патент 2496033 (20.10.2013) | ![]() |
муфта предельного момента - патент 2354866 (10.05.2009) | |
муфта магнитная предохранительная - патент 2288381 (27.11.2006) | |
магнитная муфта - патент 2270941 (27.02.2006) | ![]() |
магнитная цилиндрическая муфта - патент 2179663 (20.02.2002) | |
электромагнитная муфта - патент 2125192 (20.01.1999) | |
магнитная муфта - патент 2091624 (27.09.1997) | |
устройство для передачи движения - патент 2088818 (27.08.1997) | |
магнитная муфта - патент 2064102 (20.07.1996) |
Класс H02K49/10 типа постоянного магнита
управляемый магнитоэлектрический тормоз - патент 2365022 (20.08.2009) | ![]() |
муфта предельного момента - патент 2354866 (10.05.2009) | |
бесконтактный линейный привод - патент 2012121 (30.04.1994) |