ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЛОЖЕННОЙ В БАКЕ ЧИСТЯЩЕЙ ГОЛОВКИ
IN-TANK WASHING DEVICE DRIVE

Изобретение относится к приводному устройству для расположенной в баке чистящей головки, содержащему корпус, имеющий крыльчатку, установленную в канале для жидкости, к которому под давлением подается чистящая жидкость, и редуктор, приводимый во вращение крыльчаткой и установленный отдельно от находящейся в корпусе чистящей жидкости, для преобразования вращения, создаваемого крыльчаткой, во вращение расположенной в баке чистящей головки с меньшей скоростью, причем вращение, создаваемое крыльчаткой, передается редуктору через магнитную муфту, один элемент которой расположен в корпусе в канале для жидкости, а другой расположен вне корпуса, а элементы муфты выполнены в виде параллельных друг другу дисков.
Известно, что для предотвращения утечки вал приводной крыльчатки, расположенный в потоке жидкости, изолируют от редуктора, установленного вне этого потока. Этого можно достичь с помощью различных прокладок и сальников, однако они не всегда безотказны в работе, особенно из-за износа, воздействия жидкости и старения.
Известно, что для улучшения этих условий указанные элементы полностью разделяются стенкой, расположенной между каналом для жидкости и наружной стороной корпуса, а передачу вращающего момента осуществляют через приводное магнитное устройство, в котором магнитный элемент, приводимый во вращение крыльчаткой, расположен в потоке жидкости, а установленный снаружи корпуса ведомый магнитный элемент соединен с редуктором. Таким образом, между элементами существует магнитная связь, что позволяет передавать вращающий момент и вращение.
Такое приводное устройство для системы очистки бака описано в патенте ЕР 0723909 А1, где на фиг.2 видно, что крыльчатка, расположенная в канале для жидкости, приводит во вращение расположенный там же магнитный элемент в виде диска, связанный магнитно с другим магнитным элементом в виде диска, расположенным вне канала. В п.2 формулы этого патента сказано, что оба магнитных элемента состоят из постоянных магнитов. Кроме того, сказано, что магнитные элементы могут иметь другую конфигурацию, отличную от параллельных дисков, и один магнитный элемент может быть расположен внутри другого. Однако не говорится о том, как магниты могут расположены относительно друг друга в компактном приводном устройстве. Регулировка скорости может осуществляться вручную путем поворота контргайки, приводящего к перемещению крыльчатки с изменением ее положения и расстояния до стенок канала, в результате изменяется скорость вращения крыльчатки.
Другая система очистки описана в US 5640983 А. Муфта в этой системе тоже состоит из параллельных постоянно намагниченных дисков. Эта система имеет те же проблемы, что и устройство, описанное в ЕР 0723909 А1.
В ЕР 0084342 А2 описана моечная машина для обработки хирургических инструментов, таких как эндоскопы и т.п. Моечная машина снабжена группой вращающихся моечных сопел, которые приводятся в действие двигателем, расположенным снаружи машины. Вращение двигателя передается группе моечных сопел через магнитную муфту. Устройство не имеет редуктора и его скорость регулировать нельзя. В данном патенте упоминаются имеющие форму диска параллельные магнитные элементы и цилиндрические расположенные концентрично магнитные элементы. Магнитные элементы снабжены постоянными магнитами, но могут быть выполнены и в виде электромагнитов. Для пуска моечной машины не требуется передачи большого вращающего момента и реактивная сила сопел будет содействовать их вращению.
Однако на практике трудно заставить такую магнитную муфту с постоянными магнитами работать с чистящими головками для баков, особенно из-за сравнительно большого пускового вращающего момента и большой скорости вращения ведущего магнитного элемента в момент пуска. Эти условия могут привести к тому, что магнитная связь с ведомым элементом не будет установлена и, следовательно, вращающий момент передаваться не будет. Такая ситуация имеет место, когда пусковой вращающий момент превышает максимальный вращающий момент муфты. Из-за прерывания магнитных сил муфта проскальзывает с толчками и вибрацией и может передать только очень маленький вращающий момент. По этой причине муфты такого типа, имеющие постоянные магниты, называются синхронными муфтами, поскольку требуется, чтобы их элементы могли двигаться вместе. Иными словами, размеры муфты должны быть таковы, чтобы ее максимальный вращающий момент был значительно больше пускового вращающего момента, если систему можно запустить. Известны синхронные муфты с вращающим моментом до 1000 Нм.
К этому следует добавить, что такую магнитную муфту трудно отрегулировать на передачу изменяемого вращающего момента и изменяемой скорости.
В JP 02299457 А описана магнитная муфта с гистерезисным магнитом, которая лучше обычной муфты с постоянными магнитами. Эта гистерезисная муфта содержит два параллельных диска. Однако требуется, чтобы данная магнитная муфта была компактной и при этом оставалась эффективной, поскольку она должна быть встроена в приводное устройство чистящей головки в баке.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является устранение этих недостатков. Эта цель достигается в приводном устройстве, в котором вращение от крыльчатки передается редуктору через гистерезисную муфту, содержащую расположенные в корпусе магнитную катушку индуктивности или гистерезисный элемент, приводимые во вращение крыльчаткой и приводящие во вращение расположенный вне корпуса элемент гистерезисной муфты, выполненный из ферромагнитного гистерезисного материала, или представляющий собой магнитный элемент, соединенный с входным валом редуктора, а элемент муфты, расположенный вне корпуса, установлен на входном валу редуктора с возможностью перемещения в осевом направлении для изменения расстояния между этим элементом и взаимодействующим с ним элементом муфты, расположенным внутри корпуса, и тем самым для изменения передаваемого гистерезисной муфтой вращающего момента и/или скорости.
Такая гистерезисная муфта предусматривает беспрецедентную возможность передачи вполне определенного вращающего момента вращательного движения также на фазе пуска чистящих головок для баков. Было обнаружено, что несмотря на большую разницу скоростей вращения ведущего и ведомого магнитных элементов в момент пуска, гистерезисная муфта может передавать вращающий момент, достаточно большой для разгона ведомого магнитного элемента и соответственно редуктора, если ее размеры выбраны правильно и она может передавать вращающий момент больший, чем пусковой вращающий момент. К преимуществам гистерезисной муфты относится, например, ее способность передавать почти постоянный вращающий момент независимо от относительной скорости между элементами муфты, и способность муфты работать с постоянным или изменяющимся проскальзыванием, причем проскальзывание будет «мягким» и не будет оказывать вредного воздействия на конструкцию.
Такая конструкция позволяет эффективно регулировать передаваемый вращающий момент путем перемещения элемента муфты, расположенного вне корпуса, в осевом направлении. Путем изменения зазора между элементами муфты можно регулировать запас энергии в зазоре и тем самым магнитные силы, действующие между элементами муфты. Таким образом муфту можно отрегулировать на передачу заданного вращающего момента и/или заданной скорости.
Положение катушки индуктивности и гистерезисного элемента относительно друг друга может быть выбрано в зависимости от конкретных условий, т.е. один элемент может находиться либо в «сухом месте» в редукторе, либо в потоке жидкости в корпусе, как указано в п.п.2 и 3 формулы изобретения.
Эта гистерезисная муфта будет работать в корпусе из немагнитного материала, например из нержавеющей стали, которая является предпочтительным материалом для использования в сочетании с чистящим оборудованием данного типа.
Приводное устройство не требует ухода и не нуждается в каком-либо обслуживании.
При создании магнитного поля постоянными магнитами или электромагнитами, как указано в п.п.4 и 5 формулы изобретения, могут быть получены требуемые магнитные свойства, причем при использовании электромагнитов можно также регулировать напряженность поля.
Целесообразно передавать вращательное движение от редуктора к чистящей головке через дополнительную магнитную или гистерезисную муфту, как указано в п.6 формулы. В этом случае может быть достигнута полная изоляция между элементом, находящимся в жидкости, и редуктором.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже более подробно описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылками на чертежи, где
на фиг.1 показан разрез приводного устройства с магнитными элементами, установленными параллельно,
на фиг.2 показано подобное устройство с установленными концентрично магнитными элементами и
на фиг.3 показан разрез приводного устройства, в котором магнитные элементы расположены противоположно по сравнению с их расположением на фиг.1.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1, 2 и 3 описаны три варианта осуществления изобретения.
Кроме гистерезисной муфты на чертежах показано в разрезе чистящее оборудование, а именно корпус 2, который имеет вход 3 для подачи под давлением чистящей жидкости. Чистящая жидкость протекает мимо крыльчатки 7, заставляя ее вращаться со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. Вращение крыльчатки 7 через вал 6 передается магнитному элементу 8, 9, расположенному в корпусе 2.
Поток жидкости проходит по каналу 4 и подается через трубу (не показана) к чистящей головке, которая находится в нижней части бака 1.
Чистящая головка вращается посредством вала 15 и снабжена вращающимися соплами для выброса под давлением чистящей жидкости с целью очистки всей внутренней поверхности бака.
Поскольку чистящая головка вращается с малой скоростью, между ведущей крыльчаткой 7 и вращательным валом 15 должен быть установлен редуктор.
Редуктор установлен на корпусе 2, как схематично показано линией 14.
Редуктор имеет входной вал 12 и выходной вал 15, имеющий меньшую скорость вращения.
Корпус 2 с редуктором установлен снаружи на баке 1.
Соединение между установленной в канале 4 ведущей крыльчаткой 7 и ведомым элементом, приводимым ею во вращение, отсутствует, так как корпус 2 полностью закрыт для предотвращения утечки у стенки 10.
Защита от утечки может быть усилена за счет физического отделения (не показано) друг от друга редуктора и вращательного вала 15 путем аналогичной установки дополнительной гистерезисной муфты для передачи вращательного движения. Эта муфта (не показана) может быть выполнена так же, как муфта, изображенная на чертежах, которая будет описана ниже.
Первый вариант осуществления изобретения представлен на фиг.1.
Крыльчатка 7 закреплена на валу 6, снабженным в верхней части магнитной катушкой 9 индуктивности с несколькими постоянными магнитами 8, имеющей форму диска.
Эти магниты 8 создают магнитное поле. Могут быть использованы несколько магнитов с большой поляризационной передней поверхностью, например из магнитного сплава АЛНИКО, или большое количество небольших постоянных магнитов с большей магнитной силой и малой площадью поверхностей.
Вместо магнитов 8 могут быть установлены электромагниты, преимущество которых состоит в том, что интенсивность магнитного поля можно изменять плавно путем изменения напряжения. Это позволяет регулировать вращающий момент и/или скорость, передаваемые через муфту.
Как показано на фиг.1, корпус закрыт стенкой 10.
Гистерезисный элемент в виде диска 11 установлен с наружной стороны стенки 10. Указанный диск расположен параллельно дисковой катушке 9 индуктивности так, что они вращаются вокруг одной оси вращения.
2
3
Диск 11 предпочтительно выполнен из магнитного материала, содержащего оксиды металла, такого как электрически изолированный порошок FeO. Такой материал имеет высокое изотропное электрическое сопротивление, которое эффективно предотвращает возникновение вихревых токов в гистерезисном элементе. Материал обладает хорошими магнитными свойствами даже при сравнительно высоких температурах.
Вместо данного варианта осуществления можно использовать слоистый материал со слоями из ферромагнитного гистерезисного материала, изолированными друг от друга диэлектрическими пленками.
Конструкция этой муфты такова, что она может передавать создаваемый крыльчаткой 7 вращающий момент на входной вал 12 редуктора при том, что ее элементы отделены один от другого воздушным зазором и стенкой.
Опыт показывает, что сравнительно большой зазор между магнитными элементами приводит к уменьшению вращающего момента и/или скорости, передаваемых через муфту.
Чтобы можно было регулировать муфту и тем самым вращающий момент, гистерезисный элемент установлен на валу 12 с возможностью его перемещения в осевом направлении, как показано стрелками 13. Регулировку муфты можно осуществлять снаружи, например вне корпуса 14, известным образом.
Второй вариант выполнения гистерезисной муфты показан на фиг.2.
Муфта содержит два концентрично установленных кольца, а именно установленное внутри на валу 6 магнитное кольцо 16 с магнитами 18 и кольцо 19, установленное вне корпуса снаружи перегородки 17.
Взаимодействующее гистерезисное кольцо 19 расположено вокруг перегородки 17 и кольца 16 с магнитами 18 и прикреплено к входному валу 12 редуктора.
Эту муфту тоже можно регулировать путем осевого перемещения наружного гистерезисного кольца 19, как указано стрелками 13, изменяя вращающий момент и/или скорость.
Этот вариант муфты очень компактен и может передавать большие вращающиеся моменты благодаря радиальному воздушному зазору, обеспечивающему очень большой вращающий момент. Таким образом, большой вращающий момент может передаваться при сравнительно малой намагниченности.
В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.1 и 2, магнитный элемент расположен в пространстве, где находится жидкость.
Пример противоположного расположения магнитных элементов показан на фиг.3, где гистерезисный элемент 11 расположен в корпусе, а индуктивный магнитный элемент 8, 9 расположен снаружи корпуса 2.
Такое расположение индуктивного элемента особенно предпочтительно при использовании электромагнитов, поскольку необходимые электрические соединения технически проще выполнить в сухой атмосфере. Кроме того, можно использовать жидкость для охлаждения гистерезисного элемента.
Конструкция, показанная на фиг.2, тоже может быть "перевернута", т.е. магнитный элемент 16, 18 может находиться снаружи гистерезисного элемента.
Приводное устройство может быть дополнено еще одной магнитной муфтой для передачи вращательного движения от редуктора к валу 15, вращающему чистящую головку.
Таким образом, жидкость в корпусе 2 и редуктор могут быть полностью изолированы друг от друга, поскольку корпус закрыт полностью и тем самым защищен от утечки жидкости, например из-за износа уплотнений валов.