PL217770B1 - Nastawialne sprzęgło rozruchowo-przeciążeniowez cieczą magnetoreologiczną - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest nastawialne sprzęgło rozruchowo-przeciążeniowe z cieczą magnetoreologiczną, mające zastosowanie min. w maszynach roboczych, pojazdach mechanicznych, lotnictwie, technice wojskowej, liniach produkcyjnych, różnego rodzaju układach wykonawczych automatyki i robotyki, w których jako elementy napędowe wykorzystywane są silniki elektryczne.

Znane są z opisów literaturowych min. Bansbach, E. E., “Torque Transfer Apparatus Using Magnetorheological Fluids, United States Patent Number (5779013), 1998. Johnston, G.L., Kruckemeyer W.Ch., Longhouse R.E., Passive magnetorheological clutch, United States Patent Number (5848678), 1998, Jośko D., Zvonko H., Milan Kostelac, Modeling of Electromagnetic Circuit of a Magnetorheological Fluid Clutch, 18th IEEE International Conference on Control Applications Part of 2009 IEEE Multi-conference on Systems and Control Saint Petersburg, Russia, July 8-10, 2009, Kavlicoglu B. M., Gordaninejad F., Evrensel C.A.,Cobanoglu N., Liu Y., Fuchs A., Korol G., A hightorque magneto-rheological fluid clutch, Proceedings of SPIE Conference on Smart Materials and Structures, San Diego, 2002, ss. 8, Kęsy Z., Sprzęgła z cieczami elektro- i magnetoreologicznymi, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, 2008, ss. 180, Kikuchi T., Ikeda K., Otsuki K., Kakehashi T., Furusho J., Compact MR fluid clutch device for human-friendly actuator, 11th Conference on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions, Journal of Physics: Conference Series 149 (2009), ss. 4, Lampe D., Grundmann R., Transitional and solid state behavior of a Magnetorheological clutch, in the 7th International Conference on New Actuators, Bremen, Germany, 2000, ss. 4 i patentowych Gopalswamy S., Linzell S.M., Jones G.L., Kruckemeyer W.Ch., Johnston G.L., Magnetorheological fluid fan clutch, United States Patent Number (5896965), 1999, Gopalswamy S., Linzell S.M., Jones G.L., Magnetorheological Fluid Clutch with Minimized Reluctance, United States Patent Number (5845752), 1998, Hampton, K., Magnetorheological Fluid Coupling, United States Patent Number (5967273), 1999, Jędryczka C., FE analysis of electromagnetic field coupled with fluid dynamics in a MR clutch, COMPEL, 2007, 26, n.4, s. 1028-1036, sprzęgła wiskotyczne wykorzystujące ciecze magnetoreologiczne. Istota działania sprzęgieł wiskotycznych z cieczą magnetoreologiczną polega na wykorzystaniu zjawiska zmiany lepkości cieczy pod wpływem pola magnetycznego. Ciecz magnetoreologiczna jest zawiesiną cząstek ferromagnetycznych w cieczy nośnej. Cieczą nośną jest najczęściej magnetycznie obojętny olej mineralny, olej syntetyczny lub woda. Lepkość cieczy zwiększa się ze wzrostem pola magnetycznego i maleje przy jego zmniejszaniu. Zmiany lepkości są w pełni odwracalne. Ciecz reaguje na zmiany pola magnetycznego po kilku milisekundach. W znanych sprzęgłach wiskotycznych z cieczą magnetoreologiczną pole magnetyczne wzniecane jest przez jedno albo za pomocą wielu uzwojeń wzbudzających. Elementy konstrukcyjne (może Podzespoły?) sprzęgła wykonuje się z materiałów ferromagnetycznych w taki sposób, by tworzyły one obwód magnetyczny umożliwiający przepływ strumienia magnetycznego przez ciecz magnetoreologiczną znajdującą się pomiędzy elementami wirującymi sprzęgła. Zmiany prądu w uzwojeniu (uzwojeniach) wzbudzającym powodują zmiany gęstości strumienia magnetycznego w obszarze wypełnionym cieczą magnetoreologiczną. Od gęstości strumienia magnetycznego zależy lepkość cieczy magnetoreologicznej, a w konsekwencji przenoszony moment obrotowy sprzęgający elementy ruchome sprzęgła. W ten sposób funkcjonują sprzęgła magnetoreologiczne wykorzystywane w wielu dziedzinach techniki do elektrycznie kontrolowanego przenoszenia momentów obrotowych pomiędzy współpracującymi ze sobą urządzeniami, czy ich podzespołami.

Do podstawowych wad klasycznych sprzęgieł z cieczą magnetoreologiczną należy zaliczyć: konieczność dostarczania energii elektrycznej z zewnętrznego układu zasilania do wytworzenia momentu sprzęgającego, konieczność stosowania zestyku ślizgowego lub innego układu dostarczania energii elektrycznej do uzwojenia znajdującego się na elemencie wirującym.

Istotą wynalazku jest nastawialne sprzęgło rozruchowo-przeciążeniowe z cieczą magnetoreologiczną składające się z części napędowej i napędzanej usytuowanych współosiowo, które charakteryzuje się tym, że część napędową stanowi tarcza połączona na stałe z pierścieniami ferromagnetycznymi oraz niemagnetycznym pierścieniem dystansującym, natomiast część napędzaną tworzy korpus łożysk osadzony na łożyskach mający na obwodzie pierścień niemagnetyczny dystansujący połączony na stałe z co najmniej jednym ferromagnetycznym pierścieniem oraz tuleję zewnętrzną połączone ze sobą na stałe, ponadto w przestrzeni utworzonej przez pierścienie ferromagnetyczne części napędowej i ferromagnetyczny pierścień części napędzanej, tuleję zewnętrzną i korpus łożysk znajduje się ciecz magnetoreologiczną, przy czym pierścienie ferromagnetyczne części napędowej oraz korpus

PL 217 770 B1 łożysk, tuleja zewnętrzna a także ferromagnetyczny pierścień części napędzanej oraz element wykonane są z materiału ferromagnetycznego i stanowią obwód magnetyczny główny, zaś pomiędzy korpusem łożysk, a tuleją zewnętrzną usytuowany jest namagnesowany promieniowo magnes lub magnesy trwałe, a szczelina powietrzna oraz połączona gwintem z elementem ferromagnetyczna zwora stanowią obwód magnetyczny bocznikujący obwód magnetyczny główny.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:

• brak konieczności dostarczania energii elektrycznej do wytworzenia momentu sprzęgającego, • brak zestyku ślizgowego lub układów dostarczających energię elektryczną do elementów wirujących, • możliwość płynnej regulacji przenoszonego momentu obrotowego od wartości minimalnej do wartości maksymalnej, • możliwość prostej i szybkiej regulacji wartości przenoszonego momentu obrotowego poprzez dokręcenie lub odkręcenie zwory ferromagnetycznej, • ograniczenie czasu trwania udaru prądowego podczas bezpośredniego ciężkiego rozruchu układów napędowych z silnikami elektrycznymi, • ograniczenie przenoszonych momentów obrotowych udarowych do wartości nastawionej w sprzęgle, • umożliwienie efektywnej ochrony przed przekroczeniem w układzie napędowym dopuszczalnej wartości momentu.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony w przekroju na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia sprzęgło nastawialne rozruchowo-przeciążeniowe z cieczą magnetoreologiczną z wyjściem w postaci koła pasowego, a fig. 2 przedstawia sprzęgło nastawialne rozruchowo-przeciążeniowe z cieczą magnetoreologiczną z wyjściem w postaci czopu.

Elementy: korpus łożysk 3, ferromagnetyczny pierścień 4, niemagnetyczny pierścień dystansujący 5 oraz tuleja zewnętrzna 6 połączone są na stałe ze sobą i stanowią część napędzaną sprzęgła. Część napędową stanowi tracza 16 połączona na stałe z ferromagnetycznymi pierścieniami 8 oraz niemagnetycznym pierścieniem dystansującym 10. Część napędzana i napędowa są współosiowe, pomiędzy nimi znajdują się łożyska 9 oraz uszczelnienie łożysk 14 i uszczelnienie zewnętrzne 15. Ciecz magnetoreologiczna 1 znajduje się pomiędzy ferromagnetycznymi pierścieniami 8, pierścieniem 4, tuleją zewnętrzną 6 i korpusem łożysk 3. Pierścienie 8 oraz korpus łożysk 3 i tuleja zewnętrzna 6, pierścień 4 oraz element 13 stanowią obwód magnetyczny główny i wykonane są z materiału ferromagnetycznego. Pomiędzy korpusem łożysk 3, a tuleją zewnętrzną 6 znajduje się namagnesowany promieniowo magnes trwały 7. Szczelina powietrzna 11, oraz ferromagnetyczna zwora 12 stanowi obwód magnetyczny bocznikujący obwód magnetyczny główny. Wartości strumieni magnetycznych w utworzonych w ten sposób gałęziach równoległych obwodu magnetycznego zależą od stosunku ich oporów magnetycznych. Zmianę wartości momentu obrotowego sprzęgającego realizuje się przez zmianę osiowego położenia zwory 12. Zwora 12 połączona jest z elementem 13 gwintem samohamownym 2. Zmniejszeniu lub wzrostowi strumienia magnetycznego w obwodzie głównym towarzyszy zmiana lepkości cieczy magnetycznej znajdującej się pomiędzy częściami napędzaną, a napędową. Skutkuje to odpowiednio zmniejszeniem lub wzrostem momentu sprzęgającego części sprzęgła.

Claims (1)

1. Nastawialne sprzęgło rozruchowo-przeciążeniowe z cieczą magnetoreologiczną składające się z części napędowej i napędzanej usytuowanych współosiowo, znamienne tym, że część napędową stanowi tarcza (6) połączona na stałe z pierścieniami ferromagnetycznymi (8) oraz niemagnetycznym pierścieniem dystansującym (10), natomiast część napędzaną tworzy korpus łożysk (3) osadzony na łożyskach (9) mający na obwodzie pierścień niemagnetyczny dystansujący (5) połączony na stałe z co najmniej jednym ferromagnetycznym pierścieniem (4) oraz tuleję zewnętrzną (6) połączone ze sobą na stałe, ponadto w przestrzeni utworzonej przez pierścienie ferromagnetyczne (8) części napędowej i ferromagnetyczny pierścień (4) części napędzanej, tuleję zewnętrzną (6) i korpus łożysk (3) znajduje się ciecz magnetoreologiczna (1), przy czym pierścienie ferromagnetyczne (8) części napędowej oraz korpus łożysk (3), tuleja zewnętrzna (6) a także ferromagnetyczny pierścień (4) części napędzanej oraz element (13) wykonane są z materiału ferromagnetycznego i stanowią obwód ma4

   PL 217 770 B1 gnetyczny główny, zaś pomiędzy korpusem łożysk (3) a tuleją zewnętrzną (6) usytuowany jest namagnesowany promieniowo magnes lub magnesy trwałe (7), a szczelina powietrzna (11) oraz połączona gwintem samohamownym (2) z elementem (13) ferromagnetyczna zwora (12) stanowią obwód magnetyczny bocznikujący obwód magnetyczny główny.