ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МУФТА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и машиностроения, в частности, к электромагнитным устройствам для передачи крутящего момента с вала двигателя через герметичный экран на вал приводимого механизма.
Известны электромагнитные индукционные муфты, состоящие из двух механически не связанных между собой вращающихся частей - индуктора с обмоткой возбуждения и якоря, - с возможностью бесступенчатого регулирования скорости вращения ведомого вала (см., например, кн.: В.С. Поляков, И.Д. Барбаш, О.А. Ряховский, «Справочник по муфтам». Ленинград, «Машиностроение», ЛО, 1979 г., стр. 203…212).
Известна магнитная муфта, содержащая концентрично расположенные с зазором ведущую полумуфту-магнит и ведомую полумуфту с герметичным экраном между ними в виде стакана, стенки которого составлены из продольных полос немагнитного материала, между которыми размещены диффузионно связанные с ними полосы магнитомягкого материала (см., например, а.с. №260719, 20.12.1968 г.).
Известны электромагнитные цилиндрические муфты, содержащие внутреннюю полумуфту с зубчатым ротором, внешнюю полумуфту из зубцовых элементов, герметичный экран между ними и размещенные снаружи наружной полумуфты или внутри внутренней полумуфты неподвижные обмотку возбуждения и магнитопровод обмотки возбуждения (см., например, кн.: Ганзбург Л.Б., Федотов А.И., «Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов», Справочник, Л., Машиностроение, 1980 г., табл. 1.1: схемы. 10…12; стр. 27…31).
Известна электромагнитная муфта, содержащая тороидальный магнитопровод, кольцевую обмотку, диски ведущего и диски ведомого валов, имеющие чередующиеся секторы из ферромагнитного и немагнитного материалов и экран с ферромагнитными дисками между дисками ведущего и ведомого валов (см., например, патент RU №2498486, С1, 21.02.2012 г.) - прототип.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения надежности передачи больших крутящих моментов при больших частотах вращения с обеспечением герметичного разделения ведущего и ведомого валов, в том числе при больших перепадах давлений с наружной и внутренней сторон герметичного экрана, путем оптимизации конструкции муфты.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемой электромагнитной муфте для передачи крутящего момента, содержащей выполненный из магнитомягкой стали в виде цилиндрического стакана с продольными трапецеидальными зубцами на внутренней цилиндрической поверхности ведущий ротор, выполненный из магнитомягкой стали в виде цилиндра с продольными трапецеидальными зубцами на его части одинаковой длины с зубцами на ведущем роторе и коаксиально размещенный этой частью с зубцами внутри ведущего ротора на всю длину зубцов ведомый ротор, выполненный между роторами в виде коаксиально охватывающего ведомый ротор цилиндрического стакана с глухим днищем неподвижный герметичный экран, укрепленную на экране торцем к торцу ведущего ротора с зазором между ними тороидальную обмотку возбуждения, укрепленный на экране и охватывающий обмотку с ее другого торца и по наружному диаметру и ведущий ротор по наружному диаметру над его зубцами тороидальный магнитопровод, и подшипники, согласно полезной модели зубцы на ведущем и ведомом роторах выполнены с отношением ширины гребня зубца к ширине основания зубца не менее 0,67, а экран выполнен с сохранением герметичности составным - сквозная кольцевая вставка под обмоткой на всю ее ширину и глухое днище с выполненными на нем с обеих сторон осевыми цилиндрическими выступами выполнены из немагнитной стали, а остальные части экрана выполнены из магнитомягкой стали, - при этом на осевых цилиндрических выступах днища экрана установлены подшипники ведущего и ведомого роторов.
Отличительным признаком предлагаемой полезной модели является то, что зубцы на ведущем и ведомом роторах выполнены с отношением ширины гребня зубца к ширине основания зубца не менее 0,67, а экран выполнен с сохранением герметичности составным - сквозная кольцевая вставка под обмоткой на всю ее ширину и глухое днище с выполненными на нем с обеих сторон осевыми цилиндрическими выступами выполнены из немагнитной стали, а остальные части экрана выполнены из магнитомягкой стали, - при этом на осевых цилиндрических выступах днища экрана установлены подшипники ведущего и ведомого роторов.
Предлагаемую электромагнитную муфту для передачи крутящего момента можно проиллюстрировать с помощью чертежей фиг. 1, фиг. 2, где на фиг. 1 схематично представлено устройство одного из вариантов предлагаемой муфты, а на фиг. 2 - сечение А-А этой муфты.
1
2
3
Ведущий ротор 1 выполнен в виде цилиндрического стакана из магнитомягкой стали с продольными трапецеидальными зубцами 2 на его внутренней цилиндрической поверхности с возможностью соединения выполненным на внешней стороне его днища 3 валом 4 с выходным валом двигателя (на фиг. 1, 2 не показаны). Ведомый ротор 5 выполнен из магнитомягкой стали в виде цилиндра с продольными трапецеидальными зубцами 6 на части его цилиндрической поверхности, начиная от одного из торцев, одинаковой с зубцами 2 на роторе 1 длины. Своей частью с зубцами 6 на ней ведомый ротор 5 коаксиально размещен внутри ведущего ротора 1. На удаленном (противоположном) от ротора 1 торце ведомого ротора 5 выполнен вал 7 с возможностью соединения его с валом приводимого механизма (поз. на фиг. 1, 2 не обозначены). В воздушном зазоре между роторами 1 и 5 коаксиально размещен неподвижный герметичный экран 8, выполненный в виде охватывающего ведомый ротор 5 со стороны ротора 1 цилиндрического стакана с глухим днищем 9 с возможностью герметичного присоединения выполненным на его открытом конце фланцем 10 к корпусу 11 приводимого механизма. (Возможен также вариант выполнения предлагаемой муфты с герметичным креплением открытого конца герметичного экрана 8 к корпусу двигателя). Между цилиндрическими поверхностями экрана 8 и роторов 1 и 5 обеспечены воздушные зазоры δ и δ, соответственно. Глухое днище 9 экрана 8 выполнено с цилиндрическими выступами 12 и 13 на нем по совпадающей с общей осью роторов 1 и 5 оси экрана 8 с наружной и внутренней сторон этого днища, соответственно. На выступе 12 установлен подшипник 14 ведущего ротора 1, размещенный в выемке в днище 3 ротора 1. На выступе 13 установлен подшипник 15 ведомого ротора 5, размещенный в выемке в торце ротора 5. На цилиндрической поверхности экрана 8, торцем к торцу ведущего ротора 1 (с зазором), размещена тороидальная обмотка возбуждения 16. Возле другого торца обмотки 16 на экране 8 без зазора укреплен тороидальный магнитопровод 17 обмотки возбуждения 16, охватывающий с торца и по наружному диаметру обмотку 16, а также ведущий ротор 1 по наружному диаметру на длину зубцов 2. Между наружным диаметром ротора 1 и охватывающей его внутренней поверхностью магнитопровода 15 обеспечен зазор δ. На ведущем 1 и ведомом 5 роторах выполнено одинаковое число трапецеидальных зубцов 2 и 6 с отношением в них ширины гребня зубца к ширине основания зубца не менее 0,67. В цилиндрической части экрана 8 под обмоткой 16, на всю ее ширину, выполнена с сохранением герметичности экрана 8 сквозная кольцевая вставка 18 из немагнитной стали, из которой также выполнено днище 9 с выступами 12 и 13 на нем в экране 8. Остальные части экрана 8, а именно кольцевая вставка 19 напротив зубцов 2 и 6 на всю их длину и цилиндрическая часть 20 (с фланцем 10 на открытом конце экрана 8), на которой укреплен магнитопровод 17, выполнены из магнитомягкой стали. (Штриховка выполненных из разных сталей частей 9, 12, 13, 18 и 10, 19, 20 единого тела экрана 8 для удобства описания выполнена различной).
Работает предлагаемая электромагнитная муфта для передачи крутящего момента (с вала двигателя на вал приводимого механизма) в представленном на фиг. 1, 2 варианте следующим образом.
3
1
2
2
При включении в работу двигателя крутящий момент с его вала (на фиг. 1, 2 не показаны) передается на вал 4 и ведущий ротор 1 начинает вращаться. При подаче электрического тока в обмотку возбуждения 16 вокруг нее возникает магнитный поток, осевая силовая линия которого на фиг. 1 показана штрих-пунктирной линией. Замыкание магнитного потока происходит по магнитопроводу 17, далее через воздушный зазор δ, по ведущему ротору 1 и трапецеидальные зубцы 2 на нем, воздушный зазор δ, далее по кольцевой магнитомягкой вставке 19 в экране 8, через воздушный зазор δ, зубцы 6 на ведомом роторе 5, далее по ведомому ротору 5, снова через зазор δ, цилиндрическую часть 20 экрана 8 и снова в магнитопровод 17. При вращении ведущего ротора 1 вокруг экрана вращаются и зубцы 2 на нем, которые являются в данном случае магнитными полюсами. При этом магнитный поток перемещается в кольцевой магнитомягкой вставке 19 в экране 8 и создает тангенциальную силу, действующую на зубцы 6 ведомого ротора 5. Возникает синхронный вращательный момент в роторе 5, а следовательно, и на его вале 7 и соединенном с ним вале приводимого механизма (поз. на фиг. 1, 2 не обозначены). Кольцевая вставка 18 из немагнитной стали препятствует замыканию силовых магнитных линий по телу экрана 8 напрямую из вставки 19 в часть 20. Герметичный экран 8, герметично же прикрепленный фланцем 10 к корпусу 11 приводимого механизма (поз. на фиг. 1, 2 не обозначена), обеспечивает таким образом его герметичность по валу. Подшипники 14, 15, установленные на выступах 12, 13 днища 9 неподвижного экрана 8 и встроенные, соответственно, в выемках в днище 3 ротора 1 и в торце ротора 5, обеспечивают вращение консольных относительно валов двигателя и приводимого механизма роторов 1 и 5 без недопустимого биения.
1
2
3
Величина тангенциальной силы зависит от геометрических размеров элементов ведущего и ведомого роторов 1 и 5, величины воздушных зазоров δ, δ, δ, а также от величины магнитного потока и, соответственно, от величины тока в обмотке возбуждения 16. Для конкретного исполнения муфты при постоянной величине тока в обмотке возбуждения величина тангенциальной силы и, соответственно, величина передаваемого момента остается практически постоянной.