МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА
MAGNETIC-ELECTRIC DRIVE

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение в приводах различных машин и механизмов.
Известна шариковая передача, содержащая ведущий и ведомый узлы, выполненные в виде размещенных в корпусах и установленных на валах звездочек. Корпуса соединены между собой гибкими трубками, заполненными шариками, контактирующими между собой и взаимодействующими с зубьями звездочек. Между узлами в одном из корпусов установлено распределительное устройство в форме прямоугольного бруска с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и фиксации, которое имеет с боковых сторон по паре сообщающихся между собой, скрещивающихся и параллельных каналов, заполненных шариками.
/Авт.свид. №1293424, кл. F16H 9/00, опубл. 28.02.87, Бюл. №8/
Недостатками известной шариковой передачи является невозможность изменения направления вращения ведомого вала и его отключение без остановки ведущего вала.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией шариковой передачи.
Известна также бесшумная передача с высокими демпфирующими свойствами, содержащая корпус с внутренними зубьями, закрытый передней и задней крышками, ведущее звено выполнено в виде многополюсного магнита, установленного на ведущем валу, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки. Ведомое звено выполнено в форме стакана с ферромагнитными зубьями, изолированными друг oт друга немагнитным материалом, и связано с ведомым валом, свободный конец которого пропущен в отверстие задней крышки.
/С.Н.Кожевников, Я.И.Есипенко, Я.М.Раскин, Механизмы, Справочник, изд.4. - М.: Машиностроение, 1976, с.170, рис.3.60/.
Бесшумная передача с высокими демпфирующими свойствами, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.
Недостатками известной бесшумной передачи, принятой за прототип, являются небольшой крутящий момент, узкая область применения.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией передачи.
Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик передачи.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что многополюсный магнит, стакан с ферромагнитными зубьями заменены генератором переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов, установленным внутри корпуса, вал которого пропущен в отверстие передней крышки корпуса, выпрямительным блоком, размещенным внутри корпуса, вход которого электрически соединен с выходом генератора переменного тока, причем ведущий и ведомый валы установлены соосно с валом генератора переменного тока, и передний конец ведущего вала вставлен в подшипник корпуса генератора переменного тока, а его задний конец вставлен в торец ведомого вала, второй конец которого пропущен в отверстие задней крышки, муфтой, ведомое звено которой закреплено на ведомом валу, а ведущее звено установлено на шлицах ведущего вала с возможностью продольного перемещения и кинематически связано с ручкой управления, несколькими усилительными элементами, одинаковыми по конструкции, связанными с ведущим валом, каждый из которых содержит постоянный магнит, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний и нижний вертикальные каналы, входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса, причем выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная, кроме того, каждый усилительный элемент имеет электромагнитодинамический линейный двигатель, состоящий из С-образного магнита, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка, имеющая сквозные соосные пазы, в которые вставлены две щетки, подключенные к выходу выпрямительного блока, причем выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического двигателя, а входное отверстие упомянутого канала соединено трубопроводом с выходным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, зубчатая шестерня усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе, входное отверстие которого трубопроводом соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а выходное отверстие круглого корпуса соединено трубопроводом с входным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, верхний и нижний вертикальные каналы, трубопроводы, электроизоляционная трубка злектромагнитодинамического линейного двигателя, круглый корпус зубчатой шестерни заполнены стальными шариками, контактирующими друг с другом и с щетками электромагнитодинамического линейного двигателя, причем каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток, а все трубопроводы и круглый корпус выполнены из немагнитного материала.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид магнитоэлектрической передачи, на фиг.2 - схема расположения деталей и узлов магнитоэлектрической передачи в корпусе, на фиг.3 - устройство генератора переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов, на фиг.4 - схема магнитоэлектрической передачи, состоящей из одного элемента, на фиг.5 - картина магнитного поля прямоугольного магнита, на фиг.6 - устройство злектромагнитодинамического линейного двигателя, на фиг.7 - схема принципа действия магнитоэлектрической передачи.
Магнитоэлектрическая передача содержит корпус 1, закрытый передней 2 и задней 3 крышами, имеющий в нижней части опорную плиту 4. Внутри корпуса размещено несколько усилительных элементов 5, одинаковых по конструкции, генератор переменного тока 6 с возбуждением от постоянных магнитов, ведущий вал 7, один конец которого установлен в подшипнике задней крышки корпуса генератора переменного тока, а другой вставлен в торец ведомого вала 8, свободный конец которого пропущен в отверстие задней крышки корпуса магнитоэлектрической передачи. На переднем конце ведомого вала закреплена ведомая полумуфта 9, взаимодействующая с ведущей полумуфтой 10, установленной на шлицах ведущего вала с возможностью продольного перемещения и кинематически связанной с ручкой управления 11. Каждый усилительный элемент содержит постоянный магнит 12, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний 13 и нижний 14 вертикальные каналы. Входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса. Выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов повернуты и выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная или вовсе отсутствует. Каждый усилительный элемент имеет электромагнитодинамический линейный двигатель, состоящий из С-образного постоянного магнита 15, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка 16, имеющая пазы, в которые вставлены две щетки 17, одна напротив другой. Выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом 13 с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а входное отверстие упомянутого канала трубопроводом 19 соединено с выходным отверстием нижнего вертикального канала. Зубчатая шестерня (звездочка) 20 усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе 21, входное отверстие которого трубопроводом 22 соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки. Выходное отверстие круглого корпуса соединено трубопроводом 23 с входным отверстием нижнего вертикального канала. Все трубопроводы, электроизоляционная трубка, круглый корпус, верхний и нижний вертикальные каналы заполнены стальными шариками 24, контактирующими друг с другом и с щетками злектромагнитодинамического линейного двигателя. Чтобы предотвратить действие электрического тока на шарики, находящиеся вне зоны электроизоляционной трубки, каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток. Генератор переменного тока содержит корпус 25, закрытый передней 26 и задней 27 крышками, в подшипниках которых установлен вал 23, свободный конец которого пропущен в отверстия передней крышки корпуса генератора и передней крышки корпуса магнитоэлектрической передачи. На валу закреплены зубчатые полюсы постоянных магнитов 29, между которыми установлены изоляционная 30 и овальная 31 втулки. Внутри корпуса установлен сердечник 32, имеющий радиальные внутренние магнитопроводы, на которых установлены катушки 33, соединенные последовательно. Выводы от катушек подключены ко входу выпрямительного блока 34, выход которого электрически соединен с щетками электромагнитодинамического линейного двигателя.
Работа магнитоэлектрической передачи.
1
2
Перед работой магнитоэлектрической передачи необходимо ручкой управления 11 отключить муфту. При этом ведущая полумуфта 10 передвинется влево и ведущий вал 7 отсоединится от ведомого вала 8. При вращении вала 28 генератора переменного тока 6 вместе с ним вращаются зубчатые полюсы магнитов 29, силовые линии которых пересекают обмотки катушек 33. В результате в катушках возникает переменный ток, которой поступает на вход выпрямительного блока 34. Выпрямленный постоянный ток подается на щетки 17 злектромагнитодинамического линейного двигателя, при этом щетки должны касаться одновременно не менее четырех шариков 24. Ток I проходит через шарики, находящиеся в магнитном поле С-образного магнита 15 и на них действует сила, заставляющая их двигаться со скоростью V (фиг.6). В результате все шарики перемещаются и через зубья шестерни 20 вращают ведущий вал 7. Если посмотреть на фиг.5, где представлена картина магнитного поля магнита 12, то видно, что наибольшая магнитная напряженность сосредоточена на полюсах, а в средней части (показано пунктирными линиями) оно отсутствует. Поэтому при подходе шариков 24 к верхнему 13 и нижнему 14 вертикальным каналам они втягиваются с ускорением внутрь магнита 12 магнитными силами и F и F. Те же шарики 24, которые находятся в средней части магнита, будут без всякого сопротивления со стороны магнитного поля выходить из магнита и двигаться дальше по трубопроводам 18, 19. В результате непрерывного воздействия магнитного поля магнита 12 скорость движения шариков 24 будет под действием равнодействующей силы Fp постоянно увеличиваться до определенного момента и вместе с ней будет расти крутящийся момент. Остальные усилительные элементы работают также. Как только зубчатая шестерня 20 и вместе с ней ведущий вал 7 достигнут максимальной частоты вращения и максимальной мощности, поворачивается ручка управления 11. Ведущая полумуфта 10 соединяется с ведомой полумуфтой 9 и ведомый вал 8 приходит в движение и приводит во вращение механизм, который соединен с ним. Частота вращения ведомого вала 8 может изменяться путем изменения частоты вращения вала 28 генератора переменного тока и соответственно изменением величины постоянного тока, подаваемого на щетки электромагнитодинамического линейного двигателя. Ведомый вал 8 может вращаться только в одну сторону (на фиг.7 показано стрелкой). Для остановки магнитоэлектрической передачи необходимо остановить двигатель, который приводит в движение вал 28, и ручкой управления 11 отключить ведомый вал 8. Таким образом при работе магнитоэлектрической передачи дополнительно используется энергия магнитных полей постоянных магнитов. Для того чтобы мощность на ведомом валу 3 была максимальной, магниты 12 должны иметь высокую магнитную напряженность, что доcтигается добавлением в состав магнитов редкоземельных элементов.
Положительный эффект: при небольших затратах мощности на входе можно получить большую мощность на выходе, возможность с помощью маломощного двигателя привести в движение мощный механизм.