УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МАГНИТНЫХ МУФТ
IMPROVEMENTS OF MAGNETIC COUPLINGS

Настоящее изобретение относится к магнитным муфтам.
Магнитные муфты представляют собой известную альтернативу другим механическим муфтам в системах передачи крутящего момента. Они обеспечивают возможность передачи крутящего момента с улучшенной эффективностью, без потерь энергии, имеющих место в механических приводах, и обеспечивают возможность изоляции ведомого компонента от системы привода. Они могут быть выполнены с возможностью проскальзывания при наличии чрезмерного крутящего момента и устраняют затруднения, связанные с вращающимися уплотнениями вала, такими как неустранимые утечки и трение.
Известные конструкции магнитных муфт раскрыты в документах WO 2010/121303 и US 2008/0217373.
Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения предназначены для выполнения более эффективных, более безопасных и более экономичных магнитных муфт, чем ранее предложенные магнитные муфты.
В контексте этого описания изобретения термин «магнитная муфта» использован в общем смысле для описания конфигураций, в которых элементы связаны друг с другом магнитным образом, включая, например, конфигурации, известные как электромагнитные муфты, приводы с электромагнитной муфтой и магнитные устройства блокировки.
Согласно одной особенности настоящего изобретения предложена магнитная муфта, содержащая первый постоянный магнит, размещенный на первом элементе муфты и представляющий собой первую поляризованную грань; и второй постоянный магнит, размещенный на втором элементе муфты и представляющий собой вторую поляризованную грань; причем указанные первый и второй элементы муфты размещены противоположно, но сдвинуты друг относительно друга, и указанные первая и вторая поляризованные грани имеют противоположную полярность и обращены друг к другу. Предпочтительно, чтобы указанные магниты выступали из указанных элементов муфты. Предпочтительна ромбообразная форма указанных магнитов.
Предпочтительно, чтобы каждый из указанных магнитов содержал две поляризованных грани противоположной полярности.
Указанная выше магнитная муфта предпочтительно содержит несколько указанных первых элементов муфты с соответствующими первыми магнитами, размещенными напротив и чередующимися с несколькими указанными вторыми элементами муфты с соответствующими вторыми магнитами.
Согласно другой особенности настоящего изобретения предложена магнитная муфта, содержащая первый и второй элементы муфты, каждый из которых содержит соответствующую группу постоянных магнитов, выступающих из элемента муфты; причем каждый магнит из группы содержит противоположные грани с противоположной полярностью, а следующие друг за другом магниты размещены на некотором расстоянии друг от друга с указанными гранями последующих магнитов с переменной полярностью; элементы муфты, размещенные рядом с соответствующим группой магнитов, расположены противоположно со сдвигом друг относительно друга.
Каждый магнит каждой группы может выступать в область между двумя магнитами другого группы, причем противолежащие грани имеют противоположные полярности.
Предпочтительно, чтобы указанные элементы муфты представляли собой поворотные элементы, а их соответствующие магниты были размещены вокруг их периферии.
Предпочтительно, чтобы указанные элементы муфты были расположены концентрически один внутри другого.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен элемент магнитной муфты, содержащий держатель и постоянные магниты, размещенные на держателе, причем каждый магнит выполнен по меньшей мере с одной выемкой, причем на держателе предусмотрены стержни, которые взаимодействуют с выемками для крепления магнитов на держателе.
Предпочтительно, чтобы каждый магнит содержал пару указанных выемок с противоположных сторон основной части магнита.
Предпочтительно, чтобы указанный держатель содержал пару элементов с магнитами между ними, причем каждый элемент несет группу стержней, чередующихся со стержнями на другом элементе.
Предпочтительно, чтобы каждый из магнитов выступал из держателя, образуя явно выраженный полюс.
Предпочтительно, чтобы каждый из магнитов был поляризован, образуя северный полюс на одной стороне магнита и южный полюс на другой стороне.
Предпочтительно, чтобы указанные стержни представляли собой болты.
Согласно еще одной особенности настоящего изобретения предложен элемент магнитной муфты, содержащий корпус из материала со стойким остаточным магнетизмом, выполненный с возможностью поворота вокруг оси поворота, причем корпус поляризован в направлении, перпендикулярном к указанной оси поворота.
Предпочтительно, чтобы указанный корпус был выполнен цилиндрическим.
Предпочтительно, чтобы указанный корпус был выполнен с круговым сечением.
Указанный выше элемент магнитной муфты может содержать несколько указанных корпусов, размещенных рядом друг с другом, причем их направления поляризации смещены друг от друга в виде спирали.
Такой элемент магнитной муфты может быть выполнен в комбинации с круговым элементом, с которым элемент муфты связан посредством магнитного поля в качестве червячного привода.
Указанные выше элементы магнитной муфты могут быть размещены в магнитной муфте с некоторым расстоянием друг от друга в осевом направлении.
Указанные выше элементы магнитной муфты могут быть размещены в магнитной муфте концентрически внутри друг друга.
Металлическая втулка может быть выполнена вокруг корпуса по меньшей мере одного из элементов магнитной муфты.
В магнитной муфте или элементе муфты согласно любой из предыдущих особенностей изобретения каждый постоянный магнит (или каждый постоянный магнит или корпус из материала со стойким остаточным магнетизмом) предпочтительно содержат редкоземельный материал.
Предпочтительно, чтобы указанный редкоземельный материал содержал неодим.
Предпочтительно, чтобы магнитная муфта содержала несколько связанных друг с другом магнитным образом элементов магнитной муфты согласно любой из предыдущих особенностей изобретения.
Такая магнитная муфта может быть выполнена в виде поворотной муфты или линейной муфты.
Для лучшего понимания настоящего изобретения и демонстрации вариантов реализации изобретения в качестве примера приведены ссылки на сопровождающие схематические чертежи, на которых:
на фиг.1 показан один пример ромбовидного поляризованного магнита в изометрической проекции;
на фиг.2 показаны пара размещенных рядом ромбовидных поляризованных магнитов по фиг.1, причем их оси симметрии параллельны друг другу, и показаны силы магнитного поля между ними;
на фиг.3 показана пара ромбообразных магнитов, размещенных по фиг.2, но со смещением друг от друга в осевом направлении;
на фиг.3a показаны два магнита, взаимоблокируемые в промежуточном воздушном пространстве;
на фиг.4 показан вид, аналогичный виду на фиг.3, но отображающий дополнительный магнит и силы магнитного поля;
на фиг.5 показан вид, аналогичный виду на фиг.3, однако магниты раздвинуты дальше в осевом направлении, а их продольные оси сдвинуты ближе;
на фиг.6 показан один вариант реализации элемента магнитной муфты в изометрической проекции;
на фиг.7 показана в разобранном виде конфигурация болтов и магнитов в элементе магнитной муфты по фиг.6;
на фиг.8 показан в разобранном виде элемент магнитной муфты по фиг.6 и 7 с пластиной муфты и кольцом;
на фиг.9 показан вид сверху радиального элемента магнитной муфты по фиг.6, 7 и 8;
на фиг.10 показан вид сбоку радиального элемента магнитной муфты по фиг.6, 7 и 8;
на фиг.11 показано сечение А-А через вид сбоку по фиг.10, показывающее объединение болтов и магнитов;
на фиг.11а показана магнитная муфта, содержащая внутренний и внешний элементы магнитной муфты;
на фиг.12 показан один пример элемента магнитной муфты с радиальной или перпендикулярной поляризацией;
на фиг.13 показаны два элемента магнитной муфты по фиг.12 в качестве элемента привода и управляемого элемента с воздушным зазором между ними;
на фиг.14 показана конфигурация по фиг.13, но диаметр элемента привода больше диаметра управляемого элемента;
на фиг.15 показан пример конфигурации элементов магнитной муфты по фиг.12 с одним элементом привода и несколькими управляемыми элементами;
на фиг.16 показан другой пример конфигурации элементов магнитной муфты по фиг.12 с управляемым элементом, наклоненным под углом к элементу привода;
на фиг.17 показан другой пример конфигурации элементов магнитной муфты по фиг.12 с промежуточным управляемым элементом, предназначенным для передачи крутящего момента под углом 90 градусов;
на фиг.18 показан другой пример конфигурации элементов магнитной муфты по фиг.12 барабанной конфигурации с управляемым элементом, помещенным внутрь элемента привода;
на фиг.18а показаны два элемента магнитной муфты с перпендикулярной поляризацией;
на фиг.18b показаны два элемента муфты по фиг.18а, размещенные на соответствующих валах с перемещением в одном направлении;
фиг.18с представляет собой вид, аналогичный фиг.18b и показывающий перемещение в противоположном направлении;
фиг.18d представляет собой вид, аналогичный фиг.18b и показывающий элементы муфты в барабанной конфигурации;
фиг.18е представляет собой вид с частичным разрезом, соответствующий фиг.18d;
на фиг.19 показан пример конфигурации элемента магнитной муфты по фиг.12, выполненного с возможностью управления поляризованной в осевом направлении матрицы магнитов в круговой конфигурации;
на фиг.20 показан цилиндрический магнит, поляризованный перпендикулярно к его оси поворота;
на фиг.21 показан один пример объединенных вместе нескольких цилиндрических магнитов по фиг.20, со спиральной конфигурацией поляризации;
на фиг.22 показаны несколько цилиндрических магнитов по фиг.21, используемых в качестве магнитного червячного привода для управления круговой матрицей магнитов; и на фиг.23 показаны несколько цилиндрических магнитов по фиг.21, выполненных с возможностью управления дополнительным множеством цилиндрических магнитов по фиг.21.
На этих чертежах одинаковые позиционные обозначения обозначают одинаковые или аналогичные части.
Следует отметить, что различные особенности, описанные ниже и/или приведенные на чертежах, предпочтительны, но не обязательны. Описанные и/или приведенные на чертежах комбинации особенностей не следует рассматривать как единственные возможные комбинации. Если не указано иначе, на практике отдельные особенности могут быть опущены, изменены или объединены в различных комбинациях. В качестве только одного примера можно отметить, что форма магнитов 3 по фиг.6-11 не представляет собой единственную возможную форму для использования в вариантах реализации изобретения, и магниты 3 такой формы не должны обязательно быть использованы со всеми другими компонентами, показанными на фиг.6-11.
На фиг.1 показан постоянный магнит 3 ромбоидальной формы с несколькими ребрами 31 на противоположных сторонах, предназначенными для удержания магнита 3 в некотором положении внутри кругового или линейного корпуса, обладающего дополнительной выемкой, форма которой приспособлена для приема ребристых сторон 31 и зацепления с ними. Магнит 3 поляризован, как показано на фиг.1, причем северный полюс N расположен вдоль одной стороны магнита 3, а южный полюс S расположен вдоль противоположной стороны.
Магнит 3 может быть выполнен из редкоземельного материала (например, неодима), который может быть запрессован в форме, спечен и обрезан алмазной проволокой для получения нужной формы. Ромбоидальная форма обеспечивает относительно тонкое поперечное сечение, похожее на механическую передачу, и таким образом больше магнитов может быть использовано в расчете на единицу площади. Однако могут быть приняты и альтернативные ромбоиду формы, например круг или овал.
На фиг.2 два магнита 3 размещены рядом, причем их оси симметрии параллельны друг другу и направлены вдоль центральной оси, показанной пунктирной линией. Южный полюс S верхнего магнита 3 обращен к северному полюсу N нижнего магнита 3, и, таким образом, имеет место сила притяжения между этими двумя магнитами 3. При высвобождении магнитов произойдет их слипание.
На фиг.3 центры магнитов 3 смещены таким образом, что наклоненные под углом грани 32 магнитов обращены друг к другу. В этой конфигурации наблюдалось удивительное явление, состоящее в том, что даже когда северный полюс N одного ромбоидального магнита обращен к южному полюсу S другого магнита, происходит взаимоблокировка магнитов со значительной силой в воздушном пространстве, то есть они принимают положение равновесия относительно друг друга. Это весьма существенно, поскольку при размещении магнитов 3 в виде кольца или линии, например, в поворотной муфте или в линейном приводе, они не будут «выпрыгивать» из правильной ориентации, как это может иметь место в известных устройствах.
Это явление иллюстрировано на фиг.3a, показывающей два магнита 13, размещенных на соответствующих корпусах 14, прикрепленных в точках 15 поворота с возможностью поворота. Северный N и южный S полюса магнитов 13 обращены друг к другу, и хотя корпусы 14 выполнены с возможностью свободного поворот в соответствующих точках 15 поворота, они блокированы, как показано, в некотором положении, оставляя значительный воздушный зазор.
На фиг.4 с дополнительным магнитом 3 показано, как магнит 3 справа (как показано) расположен между двумя обращенными друг к другу магнитами 3 слева. Силы магнитного поля между магнитами 3 предназначены для поддержания магнитов 3 в состоянии равновесия таким образом, что они проявляют тенденцию к взаимоблокировке друг друга.
При расширении фиг.4 с включением дополнительных групп магнитов 3 поочередно и с левой и правой (как показано) сторон, эта фигура может отображать или линейный привод или муфту, или более разработанный вид поворотного привода или муфты. Перемещение магнитов 3 на левой стороне вверх или вниз (как показано) вызовет соответствующее перемещение магнитов 3 на правой (как показано) стороне вследствие сил магнитного связывания между магнитами 3, и наоборот.
На фиг.5, даже если магниты размещены в положении, обеспечивающем возможность их прохождения мимо друг друга, они все же будут иметь возможность взаимоблокировки, как на фиг.3 и 4, то есть они не пройдут мимо друг друга без принуждения к этому. Взамоблокирующее магнитное поле слабее в этом положении, но все же будет приводить к тому же самому эффекту.
Выполнение магнитов 3 с полюсами таким образом, что они оба отталкивают и притягивают друг друга, обеспечивает возможность построения самостабилизирующего узла и создает значительно более мощную магнитную муфту 1, чем обычные системы. Самостабилизирующая система также намного безопаснее, избегая опасности присутствия магнитных элементов, выпадающих из узла при высокой скорости, как это может иметь место в предшествующих конфигурациях.
Как указано выше, размещение магнитов 3 в подходящем держателе требует наличия выемки специальной формы для приема ребристых сторон 31 и зацепления с ними. Это обычно требует использования дорогостоящих прецизионных технологий резки. Варианты, показанные на фиг.6-11, могут быть улучшены в этом отношении.
Магнитные муфты обычно содержат элемент привода и управляемый элемент, выполненные с возможностью поворота на подшипниках относительно общей оси. Обычно, вал прикреплен к элементу привода и вал прикреплен к управляемому элементу для обеспечения возможности передачи крутящего момента между элементом привода и управляемым элементом без механического контакта между ними. На фиг.6 показана конфигурация или элемента привода, или управляемого элемента 1, представляющих собой часть магнитной муфты 1.
Как показано на фиг.6 и 7, элемент 1 магнитной муфты содержит пластину 2, предназначенную для поддержки диска 4, на котором размещено несколько постоянных магнитов 3. Дополнительное кольцо 5 предназначено для зажима магнитов 3 в некотором положении относительно диска 4. Диск 4 и кольцо 5 объединены несколькими стержнями в виде болтов 6, проходящих через соответствующие отверстия.
Наличие болтов 6 для удержания магнитов 3 в некотором положении ослабляет требования к точности выполнения и может, таким образом, уменьшить затраты, связанные с необходимостью использования специализированного оборудования. Удерживающие кольца для магнитов и другие подобные альтернативные устройства должны быть обработаны с чрезвычайно высокой точностью выдерживания размеров, и, таким образом, их вырезание с соблюдением определенной формы обычно проводят посредством лазера. Использование болтов 6 вместо удерживающих колец устраняет необходимость использования дорогостоящих операций лазерной резки в ходе производства. Болты 6 не требуют той же точности обработки, что удерживающее кольцо. Другие элементы, составляющие магнитную муфту 1, аналогичным образом не требуют такой точности обработки, как пластина 2, диск 4 и кольцо 5, и могут все быть обработаны посредством плазменных режущих инструментов, что обеспечивает возможность более дешевого варианта обработки.
Магниты 3 размещены по окружности по существу с равными интервалами на периферии диска 4. При сцеплении посредством магнитного поля элемента 1 магнитной муфты с другим элементом магнитной муфты таким образом, что один элемент образует элемент привода, а другой образует управляемый элемент, каждый магнит на элементе привода выполнен с возможностью связи посредством магнитного поля с соответствующими магнитами на управляемом элементе с воздушным зазором между ними.
Магниты 3 поляризованы и размещены таким образом, что они работают в режиме отталкивания между элементом привода и управляемым элементом. Предшествующие известные магнитные муфты 1 были поляризованы и размещены таким образом, что магниты 3 работали в режиме притяжения. В этих предшествующих системах магниты должны были быть тщательно сбалансированы для уменьшения возможных крутильных колебаний. Такие крутильные колебания могут сильно уменьшить эффективность передачи крутящего момента и, таким образом, эффективность муфты. При работе в режиме отталкивания потери вследствие крутильных колебаний сведены к минимуму, и, следовательно, эффективность магнитной муфты 1 улучшена. Эти системы обеспечивают возможность использования намного больших магнитных муфт 1 и, таким образом, передачи намного большего крутящего момента. Они также используют больший воздушный зазор между связанными магнитным образом элементами. Такая конфигурация может даже обеспечить возможность использования связанных элементов, разделенных преградой, например стенкой, и передающих, таким образом, крутящий момент через преграду.
На разобранном виде на фиг.8 показаны элемент магнитной муфты 1 и размещение диска 4 и кольца 5 внутри такой конфигурации. Диск 4 и кольцо 5 соединяют магниты 3 вместе, будучи прикрепленными на месте посредством болтов 6. Как показано на фиг.9 и 10, чередующиеся болты 6 проходят через диск 4 в противоположных направлениях. Важно, чтобы распределение веса и симметрия магнитной муфты 1 были поддержаны таким образом, чтобы не воздействовать на крутящий момент при работе.
На фиг.11 показано сечение А-А через вид сбоку по фиг.10, а также показана форма магнитов 3 в виде сверху. Также показано положение магнитов 3 на периферийной окружности диска 4. В частности, можно заметить, что каждый магнит 3 выполнен в его внутренней части с парой выемок, каждая из которых предназначена для зацепления с соответствующим болтом из болтов 6 для закрепления магнита 3 в некотором положении.
Болты 6 могут быть заменены стержнями с нарезанной резьбой или с иным способом крепления к диску 4 и кольцу 5.
На фиг.11а показана магнитная муфта 20, содержащая внешний элемент 21 магнитной муфты и внутренний элемент 23 магнитной муфты. Внешний элемент 21 магнитной муфты содержит кольцо 22, к которому прикреплено несколько постоянных магнитов 3. Магниты 3 обращены в радиальном направлении вовнутрь и могут, как описано в предыдущих примерах реализации изобретения, иметь северный и южный полюса на соседних гранях и быть взаимно разнесенными друг от друга. Внутренний элемент 23 магнитной муфты содержит кольцо 24, на котором размещено несколько одинаковых постоянных магнитов 3, обращенных в радиальном направлении вовне, причем каждый магнит выступает в пространство между двумя противостоящими магнитами 3 на внешнем элементе 21.
При работе силы магнитного поля, действующие на элементы 21, 23 муфты, таковы, что элементы муфты взаимоблокированы, как показано, в положении равновесия. Поскольку элементы 21, 23 муфты выполнены круговыми, они испытывают равные и противоположно направленные силы магнитного поля в каждых двух противоположных точках на их перифериях. Как описано выше, все чередующиеся магниты 3 принимают положение равновесия относительно соседних магнитов, так что нет никакой тенденции перемещения элементов 21, 23 муфты друг относительно друга из показанного положения равновесия. Таким образом, когда один из элементов 21, 23 муфты вынужден выполнять поворот вокруг своей оси, другой элемент муфты следует за ним вследствие взаимодействующих сил магнитного поля; противостоящие магниты 3 никогда не входят в контакт друг с другом.
Было обнаружено, что для магнитов 3 с формами, показанными на фиг.1-11, обычно существует три выраженных близких размещения магнитов 3, вынуждающих элементы 21, 23 муфты принимать положение равновесия. Во-первых, это происходит при мелком чередовании магнитов 3. Во-вторых, это имеет место при более глубоком чередовании магнитов 3. И, в-третьих, это происходит в конфигурации, где нет чередования магнитов 3, но внутренние магниты 3 размещены на небольшом расстоянии от внешних магнитов 3. При использовании показанной поворотной муфты 20 три вышеупомянутых близких размещения соответствуют внутренней муфте 23 с диаметром относительно внешнего элемента муфты 21, равным показанному диаметру, немного больше его, и немного меньше его.
Важное практическое преимущество показанной муфты 20 состоит в том, что элементы 21, 23 муфты имеют естественную тенденцию к положению равновесия. Это означает, что в отличие от известного уровня техники муфта 20 может быть собрана с относительно низкой точностью; существует лишь незначительная опасность соударения магнитов, приводящего к повреждению компонентов, и незначительный риск выброса магнитов с опасно высокой скоростью. Таким образом, муфты 20 могут быть выполнены с намного меньшими затратами.
Поскольку элементы 21, 23 муфты имеют естественную тенденцию к положению равновесия, в котором элементы 21, 23 муфты являются концентрическими, силы, воздействующие на подшипники для элементов 21, 23 муфты, намного меньше, чем в других предложениях с известным уровнем техники. Это дополнительно облегчает выполнение узлов магнитной муфты по низкой стоимости. Силы тяготения, воздействующие на элементы 21, 23 муфты, малы по сравнению с силами магнитного поля.
На фиг.12 элемент магнитной муфты 1 выполнен цилиндрическим и предназначен для поворота вокруг своей продольной оси. Он поляризован таким образом, что поляризация перпендикулярна оси поворота.
При выполнении магнитной муфты в виде элемента 7 привода и управляемого элемента 8 (оба показаны на фиг.12) с воздушным зазором между ними (как показано на фиг.13) элемент 7 привода передает крутящий момент управляемому элементу 8 через магнитную муфту, создающую поле между этими элементами. Полярности указанного привода и управляемых элементов противоположны по направлению, но равны по амплитуде, гарантируя, тем самым, равновесие магнитной муфты 1 и передачу поворота от элемента 7 привода к управляемому элементу 8.
Хотя на фиг.12 показана только одна поляризация, такие магниты 3 могут также быть многократно поляризованы, создавая несколько полюсов согласно требуемому для передачи крутящего момента магнитному полю.
Хотя на фиг.12 элемент магнитной муфты 1 имеет форму кругового цилиндра, могут быть использованы и другие формы, например цилиндры другого сечения и параллелепипеды.
В конфигурации, показанной на фиг.13, воздушный зазор между элементами муфты 1 может быть намного больше, чем у обычных муфт. Это облегчает разделение между элементами муфты 1 с введением структурных или функциональных элементов (например, уплотнений), не прерывающих в значительной степени магнитный поток. Существенная особенность элементов магнитной муфты 1 в том, что магнитное поле может простираться намного дальше, чем у известных муфт.
Как показано на фиг.14, подобная конфигурация элемента 7 привода относительно управляемого элемента 8 может быть использована при передаче крутящего момента, где диаметр элемента 7 привода больше диаметра управляемого элемента 8, или элемент 8 с большим диаметром может представлять собой элемент привода, а элемент 7 с меньшим диаметром управляемый элемент.
Один элемент 7 привода может также быть выполнен с возможностью управления несколькими управляемыми элементами 8, как показано на фиг.15. Управляемые элементы 8 не обязательно должны быть размещены вдоль той же самой оси поворота, что и элемент 7 привода, а могут быть размещены под некоторым углом к ней. На фиг.16 показана конфигурация, где ось поворота управляемого элемента 8 наклонена под углом в 45 градусов относительно оси поворота элемента 7 привода.
В ситуации направления оси поворота управляемого элемента 8 под углом 90 градусов к элементу 7 привода, один или более промежуточных управляемых магнитов 8 могут быть размещены между ними, как показано на фиг.17. Происходит передача крутящего момента от элемента 7 привода к промежуточному управляемому элементу 8, расположенному под углом 45 градусов к оси поворота элемента 7 привода, и последующая передача к второму управляемому элементу 8, расположенному под углом 45 градусов к оси поворота элемента 7 привода. Такая конфигурация обеспечивает возможность более плавной передачи момента между элементом 7 привода и конечным управляемым элементом 8. Таким образом, при необходимости крутящий момент может быть передан на любой угол от элемента 7 привода к управляемому элементу 8 посредством промежуточных управляемых элементов 8.
Как показано на фиг.18, управляемый элемент 8 может быть размещен внутри элемента 7 привода (или наоборот), образуя, таким образом, магнитную муфту с барабанной конфигурацией.
На фиг.18а элементы магнитной муфты содержат элемент 7 привода и управляемый элемент 8, каждый из которых выполнен кольцевым и содержит постоянный магнит, поляризованный перпендикулярно к их оси, как показано. В этом примере оба элемента 7 и 8 размещены с одинаковыми полярностями N-S.
Как показано на фиг.18b, каждый элемент из элемента 7 привода и управляемого элемента 8 установлен на соответствующем валу 17, 18, размещенном в соответствующем подшипнике 27, 28, что обеспечивает возможность и поворотного, и осевого перемещения вала 17, 18.
Вследствие наличия взаимодействующих сил магнитного поля, элемент 7 привода и управляемый элемент 8 принимают положение равновесия на удалении друг от друга, где они взаимоблокированы, как показано на фиг.18b. При повороте элемента 7 привода управляемый элемент 8 следует за ним (и наоборот, при вращении управляемого элемента 8). Кроме того, при перемещении элемента 7 привода по направлению к управляемому элементу 8 (налево, как показано на фигуре) происходит перемещение управляемого элемента 8 также налево. Как показано на фиг.18c, при перемещении управляемого элемента 8 по направлению к элементу 7 привода (направо, как показано на фигуре) происходит перемещение элемента 7 привода также направо.
Таким образом, как описано выше, муфта, показанная на фиг.18b и 18 с, может эффективно передавать крутящий момент без контакта, уменьшая, посредством этого, необходимость использования уплотнений и обеспечивая возможность размещения объектов типа стенок между элементом 7 привода и управляемым элементом 8.
При расположении управляемого элемента 8 внутри элемента 7 привода, как показано на фиг.18d, он придет в положение равновесия, при котором его северный N и южный S полюса противостоят, соответственно, южному S и северному N полюсам элемента 7 привода. Как можно видеть на местном разрезе по фиг.18е, осевая торцевая поверхность управляемого элемента 8 сдвинута в осевом направлении от держателя 37 элемента 7 привода. Как и раньше, подшипники 27, 28 обеспечивают возможность и поворотного и осевого перемещения валов 27, 28, причем каждый из элементов 7, 8 следует за поворотным и осевым перемещением другого.
Держатель 37 может быть выполнен из мягкой стали для увеличения предела прочности при кручении муфты и, при необходимости, может быть расширен с образованием втулки вокруг элемента 7 привода для увеличения напряженности магнитного поля. Металлическая втулка может также быть выполнена вокруг управляемого элемента 8.
На фиг.19 показана конфигурация магнитной муфты, в которой элемент 7 привода выполнен с возможностью управления круговым колесом 9, содержащим матрицу поляризованных в осевом направлении магнитов, размещенных в виде круговой формы и, таким образом, образующих управляемый элемент 8. Ось поворота элемента 7 привода размещена под углом 90 градусов к оси поворота управляемого элемента 8.
На фиг.20 показан цилиндрический магнит 10 с несколькими бороздками на его периферии, определяющими сегменты полюса и способными быть использованными для приема крутящего момента при повороте. Цилиндрический магнит 10 поляризован перпендикулярно к его оси поворота. При уложении нескольких цилиндрических магнитов вместе в стопку и размещении их направлений поляризации таким образом, что они образуют спиральную конфигурацию по длине спирального приводного колеса 11, как показано на фиг.21, спиральное приводное колесо 11 образует элемент магнитной муфты со спиралевидными северным и южным полюсами.
Спиральное приводное колесо 11 по фиг.21 может быть использовано для управления круговым колесом или матрицей магнитов, соединенных с ним посредством магнитного поля, как это показано на фиг.22. Магниты в такой конфигурации образуют магнитный червячный привод, но без энергетических потерь, имеющих место в эквивалентных приводах с механическим червяком вследствие трения между соединенными деталями. Магниты внутри управляемого элемента 8 или кругового колеса могут быть поляризованы в осевом направлении или радиальном направлении согласно размещению спирального приводного колеса 11 относительно этого. Передаточное число может быть очень большим, например возможны отношения 100:1.
На фиг.23 показаны два спиральных приводных колеса 11, связанных магнитным образом, в качестве элемента привода и управляемого элемента соответственно. Таким образом, крутящий момент может быть передан к соседним ведомым валам с параллельными осями поворота. Вследствие конфигурации со спиральной поляризацией передача происходит намного плавнее, чем передача, достигаемая при использовании сплошных магнитов в виде блока. Такая конфигурация спиральных приводных колес 11 может, таким образом, быть использована для систем линейного привода. Действительно, в данном описании в каждом случае упоминания и/или описания поворотного элемента привода или управляемого элемента они могут быть заменены на свои линейные эквиваленты.
Элементы магнитной муфты, такие как элементы 1 и 10, могут быть выполнены из редкоземельного материала (например, неодима), который может быть запрессован в форме, спечен и обрезан алмазной проволокой для получения нужной формы.
Магнитные муфты, использующие варианты реализации настоящего изобретения, могут работать фактически со 100%-ной эффективностью и могут выдерживать очень высокие угловые скорости. Их можно использовать в магнитных коробках передач с электродвигателями. Например, они могут быть использованы для управления работой насоса искусственного сердца.
Магнитные муфты, использующие варианты реализации настоящего изобретения, могут содержать элементы магнитной муфты, размещенные или в круговых концентрических кольцах с образованием муфт, или в отдельных кольцах с образованием передаточного устройства.
В этом описании изобретения глагол «содержать» имеет свое обычное словарное значение и обозначает неисключительное включение. Таким образом, использование глагола «содержать» (или любой его производной) для описания одной или нескольких особенностей не исключает возможности включения также дополнительных признаков. Слово «предпочтительно» (или любая его производная) указывает на одну особенность или несколько особенностей, которые предпочтительны, но не существенны.
Читателю следует обратить внимание на все бумаги и документы, поданные вместе с этим описанием или до него в связи с настоящей заявкой и открытые для всеобщего ознакомления вместе с этим описанием изобретения, причем содержание всех таких бумаг и документов включено сюда посредством ссылки.
Все особенности, упомянутые в этом описании изобретения (включая любые сопровождающие пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), и/или все операции любого раскрытого здесь способа или процесса могут быть скомбинированы в виде любой комбинации, за исключением комбинаций, где по меньшей мере некоторые из таких особенностей и/или операций взаимно исключают друг друга.
Каждая особенность, упомянутая в этом описании изобретения (включая любые сопровождающие пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), может быть заменена альтернативными особенностями, предназначенными для достижения той же самой, эквивалентной или аналогичной цели, если явно не указано иное. Таким образом, если явно не указано иное, каждая раскрытая особенность представляет собой лишь пример из родового набора эквивалентных или аналогичных особенностей.
Настоящее изобретение не ограничено особенностями вышеописанных вариантов реализации. Изобретение включает любую новую конфигурацию или любую новую комбинацию особенностей, упомянутых в этом описании изобретения (включая любые сопровождающие пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), или любую новую операцию, или любую новую комбинацию операций любого здесь описанного способа или процесса.