Магнитная передача

Полезная модель относится к устройствам передачи момента вращения постоянными магнитами и может быть использована в устройствах, предполагающих длительный ресурс эксплуатации в необслуживаемых помещениях, например на радиохимических производствах по переработке отработанного ядерного топлива или иных опасных производствах с ограничением доступа к обслуживанию оборудования.
Магнитная передача является бесконтактным способом передачи момента вращения, обладающим рядом преимуществ перед традиционными контактными способами, например зубчатым зацеплением или цепной передачей, требующих обязательного применения смазочных материалов. Магнитная передача может применяться в вакууме, под избыточным давлением, в инертных газах, в агрессивных средах, под слоем жидкости, при температурах до 400°С при применении термостойких постоянных магнитов SmCo; в агрессивных средах при применении соответствующих материалов, подшипников и защитного покрытия магнитов. Однако, при эксплуатации магнитных передач существует проблема, заключающая в том, что магниты вращающихся ведомого и ведущих колес при совмещении противоположных полюсов притягиваются друг к другу, а при совмещении одинаковых полюсов отталкиваются друг от друга. Эта сила воздействует на валы создавая значительные знакопеременные радиальные и осевые нагрузки на подшипники. Соответственно приходится применять более сложные и дорогостоящие подшипниковые узлы способные выдерживать как радиальные, так и осевые знакопеременные нагрузки большой величины.
Известно устройство [RU №123263, МПК H02K 49/10, опубл. 2012 г.], описывающее радиальную магнитную передачу. Устройство включает цилиндрические колеса, установленные в корпусе на параллельных валах, в которых размещены прямоугольные постоянные магниты, причем каждый магнит располагают по отношению к соседнему магниту, противоположным полюсом, образуя сложный магнитный многополюсник по наружному диаметру. Устройство позволяет передавать крутящий момент от ведущего колеса ведомому без физического контакта за счет взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов.
Недостатком известного устройства является радиальная схема размещения магнитов в один ряд, что приводит к значительным знакопеременным нагрузкам на подшипниковые узлы валов.
Известно устройство [RU 2524813, F16D 27/01, опубл. 2014 г.], включающее ведомый и ведущий валы, на которых установлены, соответственно ведомый и ведущий диски из магнитопроницаемого материала с постоянными магнитами, установленными с одинаковым шагом по периферии. Постоянные магниты по меньшей мере одного цилиндра выполнены трапециевидной формы и установлены в трапециевидных полостях, выполненных в диске с зазором. Постоянные магниты трапециевидной формы могут быть установлены на осях. Полости зазоров могут быть заполнены смазывающей жидкостью. Ведущий и ведомый валы могут быть установлены параллельно. Продольные оси ведущего и ведомого валов могут быть выполнены соосно. Устройство позволяет осуществлять как радиальную, так и соосную передачу большой мощности без смазки редуктора.
Недостатком прототипа является радиальная схема размещения магнитов в один ряд, что приводит к значительным знакопеременным нагрузкам на подшипниковые узлы валов за счет возникновения осевых нагрузок при прохождении полюсов магнитов.
Технической проблемой является снижение нагрузки на подшипники валов при передаче момента вращения постоянными магнитами.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является радиальная магнитная передача высокой мощности, способная передать момент вращения на один или несколько потребителей с минимальной нагрузкой на подшипники валов.
Технический результат достигается тем, что магнитная передача содержит ведущий вал с расположенным на нем ведущим диском, состоящим из двух обойм из немагнитного материала с постоянными магнитами и магнитопроводного диска между ними, ведомый вал с расположенными на нем двумя ведомыми дисками, каждый из которых состоит из обоймы из немагнитного материала с постояными магнитами и магнитопроводного диска, причем магниты в обоймах ведущего и ведомых дисков установлены с одинаковым шагом, а ведущий диск расположен между ведомыми дисками таким образом, что противолежащие магниты ведущего и ведомых дисков в точке совмещения располагаются на одной вертикальной оси, при этом расстояния между каждой парой противолежащих магнитов ведущего и ведомых дисков равны.
Количество магнитов, размещаемых по радиусам ведущего и ведомых дисков четное.
Магнитная передача содержит корпус из магнитного или немагнитного материала.
Магнитная передача содержит несколько ведомых валов.
Магниты имеют форму дисков, цилиндров, прямоугольников или сегментов.
Ведущий и ведомый валы выполнены из любого магнитного или немагнитного материала.
Наличие магнитопроводных дисков в составе ведущего и ведомых дисков необходимо для замыкания полюсов постоянных магнитов с целью эффективного взаимодействия магнитов противолежащих обойм. Обоймы, в которые установлены магниты ведущих и ведомых дисков, выполнены из немагнитного материала в целях повышения эффективности замыкания магнитного поля. Тем самым обеспечивается высокая мощность магнитной передачи.
Шаг s1 размещения магнитов на ведущем диске равен шагу s2 размещения магнитов на ведомых дисках для совпадения полюсов магнитов ведущего диска с полюсами магнитов ведомых дисков, что позволяет избежать проскальзывания магнитной передачи. Для полноты замыкания магнитного поля выбрано четное количество магнитов, размещаемых по радиусам R1 и R2 ведущего и ведомых дисков, причем магниты на ведущем и ведомых дисках расположены с чередованием полюсов (S-N). По вертикальной оси совпадения магнитов полюса магнитов размещены последовательно (S/N-S/N-S/N-S/N).
a
а
a
a
Размещение ведущего диска между двумя ведомыми дисками таким образом, что магниты ведущего и ведомых дисков в точке совпадения располагаются на одной вертикальной оси, обеспечивает компенсацию знакопеременных радиальных и осевых нагрузок на подшипники, которые возникают при совмещении полюсов соответствующих магнитов ведущего и ведомых дисков. Равенство расстояний между магнитами ведущего диска и противолежащими им магнитами ведомых дисков 1 и 2 (1=2) обеспечивает уравновешивание осевых нагрузок на вал.
Таким образом, в магнитной передаче образуются симметричные пары магнитных полей, взаимодействие которых уравновешивает осевые силы их притяжения и отталкивания, вследствие чего, компенсируются осевая и радиальная нагрузки на валы и подшипники. Тем самым обеспечивается снижение нагрузки на подшипники валов при передаче момента вращения постоянными магнитами.
Конструкция магнитной передачи изображена на Фиг. 1.
Схемы расположения обойм с магнитами изображены на Фиг. 2. и Фиг. 3.
В корпусе (1) установлен ведущий вал (2) и ведомый вал (3) в подшипниковом узле (4). На ведущем валу (2) размещен ведущий диск, состоящий из магнитопроводного диска (5) и двух обойм (6) с постоянными магнитами. На ведомом валу (3) размещено два ведомых диска, состоящих из магнитопроводного диска (7) и обоймы (8) с постоянными магнитами.
Устройство работает следующим образом.
Двигатель передает вращение на ведущий вал (2). При вращении ведущего вала (2) в подшипниковых узлах (4) расположенных в корпусе (1) вращается закрепленный на нем ведущий диск, состоящий из двух обойм (6) с постоянными магнитами и одного магнитопроводного диска (5), замыкающего полюса постоянных магнитов.
Вращение ведущего вала (2) приводит во вращение ведущий диск, состоящий из двух обойм с магнитами (6) и магнитопроводного диска между ними (5). Вращение ведущего диска приводит в движение ведомые диски, закрепленные на ведомом вале (3), за счет взаимодействия постоянных магнитов, расположенных в обоймах ведущего (6) и ведомых (8) дисков соответственно. При вращении ведущего и ведомых дисков образуются симметричные пары магнитных полей, взаимодействие которых уравновешивает осевые силы притяжения и отталкивания магнитов, вследствие чего компенсируется осевая нагрузка на ведущий и ведомый валы (2) и (3), а также на подшипниковые узлы (4). Тем самым решается проблема - передача вращения от ведущего вала (2) на ведомый вал (3) без нагрузки на подшипниковые узлы (4).
Изготовление заявленного устройства возможно при использовании стандартных материалов и на стандартном оборудовании. Это позволяет сделать вывод о том, что устройство промышленно применимо.