RU2568900C1

RU2568900C1 - Electromagnetic coupling

Info

Publication number: RU2568900C1
Application number: RU2014123917/07A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Юрьевич Афанасьев; Алексей Витальевич Макаров
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-11-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: electromagnetic coupling contains toroidal magnetic circuit enclosing the ring winding, drive shaft disks and driven shaft disks having alternating sectors out of the ferromagnetic and non magnetic materials. In the electromagnetic coupling additionally ring permanent magnets are installed at ends of the magnetic circuit. The magnets are magnetised axially and opposite to the magnetomotive force of the winding. At that the disk sectors out of the nonmagnetic material are current conducting.

EFFECT: increased efficiency and assurance of the possibility to couple the shafts with different speeds of rotation, expansion of application area upon keeping large transferred moment and high reliability of the coupling.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, точнее к электромагнитным муфтам сцепления, и может быть использовано для дистанционного автоматического сцепления валов.The invention relates to electrical engineering, more specifically to electromagnetic clutch, and can be used for remote automatic clutch shafts.

Известна электромагнитная муфта, содержащая вращающийся магнит в виде втулки, магнитопровод с зубцами, ведомую полумуфту с зубцами и расположенный между ними немагнитный экран (Ганзбург Л.Б., Федотов А.И. «Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов», Справочник, Л., Машиностроение, 1980 г.) - [1].A known electromagnetic coupling containing a rotating magnet in the form of a sleeve, a magnetic circuit with teeth, a driven coupling half with teeth and a non-magnetic screen located between them (Lansov, A. Fedotov, “Design of electromagnetic and magnetic mechanisms”, Reference, L., Engineering, 1980) - [1].

Ее недостатком является малый передаваемый момент.Its disadvantage is the small transmitted moment.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является электромагнитная муфта, содержащая тороидальный магнитопровод, кольцевую обмотку, чередующиеся диски ведущего вала и диски ведомого вала, имеющие чередующиеся секторы из ферромагнитного и немагнитного материалов (патент №2369954, H02K 49/06, F16D 27/115, опубл. 10.10.2009. Бюл. №28) - [2].The closest in technical essence and the achieved effect is an electromagnetic clutch containing a toroidal magnetic circuit, an annular winding, alternating drives of the drive shaft and drives of the driven shaft having alternating sectors of ferromagnetic and non-magnetic materials (patent No. 2369954, H02K 49/06, F16D 27/115 , publ. 10.10.2009. Bull. No. 28) - [2].

Ее недостатком является низкий коэффициент полезного действия, связанный с необходимостью питания обмотки возбуждения в течение длительного времени, а также невозможность сцепления валов при их разной скорости вращения, что уменьшает область применения муфты.Its disadvantage is the low efficiency associated with the need to power the field winding for a long time, as well as the impossibility of coupling shafts at different rotational speeds, which reduces the scope of the coupling.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении коэффициента полезного действия, в обеспечении возможности сцепления валов при их разной скорости вращения, в расширении области применения при сохранении большого передаваемого момента и высокой надежности муфты.The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the efficiency, to enable the shafts to grip at different rotational speeds, to expand the field of application while maintaining a large transmitted moment and high reliability of the coupling.

Технический результат достигается тем, что в электромагнитную муфту, содержащую тороидальный магнитопровод, охватывающий кольцевую обмотку, чередующиеся диски ведущего вала и диски ведомого вала, имеющие чередующиеся секторы из ферромагнитного и немагнитного материалов, введены кольцевые постоянные магниты, расположенные по торцам магнитопровода, намагниченные аксиально и встречно магнитодвижущей силе обмотки возбуждения, а секторы дисков из немагнитного материала являются электропроводящими.The technical result is achieved by the fact that in the electromagnetic coupling containing a toroidal magnetic circuit, covering the annular winding, alternating drives of the drive shaft and drives of the driven shaft, having alternating sectors of ferromagnetic and non-magnetic materials, introduced ring permanent magnets located at the ends of the magnetic circuit, magnetized axially and counter the magnetomotive force of the field winding, and the sectors of the disks of non-magnetic material are electrically conductive.

Сущность предлагаемой муфты объясняется фиг. 1, 2:The essence of the proposed coupling is explained in FIG. 12:

Фиг. 1 - продольное сечение муфты;FIG. 1 - longitudinal section of the coupling;

Фиг. 2 - диск ведущего и ведомого валов. FIG. 2 - drive drive and driven shafts.

Электромагнитная муфта содержит: 1 - магнитопровод; 2 - обмотку; 3 - немагнитную втулку ведущего вала; 4 - диски ведущего вала; 5 - диски ведомого вала; 6 - немагнитную втулку ведомого вала; 7 - ведомый вал; 8 - толстый диск ведущего вала; 9 - диск ведомого вала; 10 - немагнитную внутреннюю втулку ведущего вала; 11 - ведущий вал; 12 - постоянные магниты. Магнитопровод 1 имеет тороидальную форму и охватывает кольцевую обмотку 2. На ведущем валу 11 установлена внутренняя втулка 10 ведущего вала 11. К ней крепится толстый диск 8 ведущего вала, к которому крепится немагнитная втулка 3 ведущего вала с дисками 4 ведущего вала. На ведомом валу 7 установлена втулка 6 ведомого вала. К ней крепятся диски 5 ведомого вала. По торцам магнитопровода 1 установлены постоянные магниты 12 в виде дисков, намагниченные аксиально и навстречу магнитодвижущей силе обмотки 2. Диски 4 ведущего вала имеют ферромагнитные (на фиг. 2 показаны штриховкой) и немагнитные сектора, выполненные из электропроводящего материала (на фиг. 2 не заштрихованы). Диски 5 ведомого вала 7 имеют конструкцию, подобную дискам 4 ведущего вала 11. Размеры и расположение ферромагнитных секторов дисков ведущего и ведомого валов совпадают. The electromagnetic clutch contains: 1 - magnetic circuit; 2 - winding; 3 - non-magnetic sleeve of the drive shaft; 4 - drives the drive shaft; 5 - drives the driven shaft; 6 - non-magnetic sleeve of the driven shaft; 7 - a conducted shaft; 8 - a thick drive shaft drive; 9 - a disk of a conducted shaft; 10 - non-magnetic inner sleeve of the drive shaft; 11 - a leading shaft; 12 - permanent magnets. The magnetic circuit 1 has a toroidal shape and encompasses an annular winding 2. An internal sleeve 10 of the drive shaft 11 is mounted on the drive shaft 11. A thick disk 8 of the drive shaft is attached to it, to which a non-magnetic sleeve 3 of the drive shaft with drives 4 of the drive shaft is attached. On the driven shaft 7 installed sleeve 6 of the driven shaft. Drives 5 of the driven shaft are attached to it. Permanent magnets 12 are mounted on the ends of the magnetic circuit 1 in the form of disks, magnetized axially and towards the magnetomotive force of the winding 2. The drives 4 of the drive shaft have ferromagnetic (in Fig. 2 are shown by shading) and non-magnetic sectors made of electrically conductive material (in Fig. 2 are not shaded ) The drives 5 of the driven shaft 7 have a design similar to the disks 4 of the drive shaft 11. The sizes and arrangement of the ferromagnetic sectors of the drives of the drive and driven shafts are the same.

Электромагнитная муфта работает следующим образом. При отсутствии напряжения на обмотке 2 постоянные магниты 12 создают магнитный поток, который замыкается вокруг обмотки 2 и пересекает все зазоры в осевом направлении. Если передаваемый момент равен нулю, то расположение ферромагнитных секторов ведущего вала 11 и ведомого вала 7 совпадает, что соответствует минимальному магнитному сопротивлению. При возрастании передаваемого момента увеличивается угол рассогласования между ферромагнитными секторами ведущего вала 11 и ведомого вала 7, вращающихся с одинаковой скоростью.The electromagnetic clutch operates as follows. In the absence of voltage on the winding 2, the permanent magnets 12 create a magnetic flux that closes around the winding 2 and intersects all the gaps in the axial direction. If the transmitted moment is zero, then the location of the ferromagnetic sectors of the drive shaft 11 and the driven shaft 7 is the same, which corresponds to the minimum magnetic resistance. As the transmitted moment increases, the angle of mismatch between the ferromagnetic sectors of the drive shaft 11 and the driven shaft 7, rotating at the same speed, increases.

При включении обмотки 2 магнитный поток постоянных магнитов 12 уменьшается и валы расцепляются. Например, если остается 20% от потока постоянных магнитов, то момент муфты снижается до 4%, поскольку момент пропорционален квадрату магнитной индукции.When the winding 2 is turned on, the magnetic flux of the permanent magnets 12 decreases and the shafts disengage. For example, if 20% of the flux of permanent magnets remains, then the moment of the coupling is reduced to 4%, since the moment is proportional to the square of the magnetic induction.

Муфту целесообразно использовать в случае, когда основное время работы валы должны быть сцеплены, и только на короткое время они расцепляются. При этом потери энергии в обмотке будут значительно меньше, чем в прототипе.It is advisable to use the clutch in the case when the main working time the shafts should be coupled, and only for a short time they are disengaged. In this case, the energy loss in the winding will be significantly less than in the prototype.

За счет выполнения немагнитных секторов из электропроводящего материала при отключенной обмотке и при разных скоростях вращения ведущего и ведомого валов происходит пульсация магнитного потока, в дисках возникают вихревые токи, появляется асинхронный электромагнитный момент и ведомый вал начинает вращаться.Due to the implementation of non-magnetic sectors of electrically conductive material with the winding disconnected and at different speeds of rotation of the driving and driven shafts, magnetic flux ripples, eddy currents appear in the disks, an asynchronous electromagnetic moment appears and the driven shaft starts to rotate.

Таким образом, благодаря введению кольцевых магнитов, намагниченных аксиально и встречно магнитодвижущей силе обмотки, повышен коэффициент полезного действия муфты, а выполнение немагнитных секторов дисков из электропроводящего материала обеспечивает сцепление валов при их различных скоростях, что расширяет область применения данной электромагнитной муфты при сохранении большого передаваемого момента и высокой надежности благодаря бесконтактности муфты и многократной деформации магнитного потока в зазорах между дисками.Thus, due to the introduction of ring magnets magnetized axially and counter-magnetically to the winding force, the clutch's efficiency is increased, and the implementation of non-magnetic sectors of the disks made of electrically conductive material provides shaft coupling at different speeds, which expands the scope of this electromagnetic clutch while maintaining a large transmitted moment and high reliability due to the proximity of the coupling and repeated deformation of the magnetic flux in the gaps between the disks.

Claims

An electromagnetic clutch comprising a toroidal magnetic circuit, covering the annular winding, driveshaft disks and driven shaft disks having alternating sectors of ferromagnetic and non-magnetic materials, characterized in that ring permanent magnets are introduced located at the ends of the magnetic circuit, magnetized axially and counter-magnetically to the winding force, and sectors of non-magnetic material are electrically conductive.