RU207680U1

RU207680U1 - Magnetic transmission

Info

Publication number: RU207680U1
Application number: RU2021110174U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Анатольевич Гончаров; Александр Александрович Земсков; Ринат Нурисламович Шамсутдинов; Александр Анатольевич Самсонов
Original assignee: Российская Федерация, в лице которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Полезная модель относится к радиальным устройствам передачи момента вращения постоянными магнитами и может быть использована в устройствах, предполагающих длительный ресурс эксплуатации в необслуживаемых помещениях, например на радиохимических производствах по переработке отработанного ядерного топлива или иных опасных производствах с ограничением доступа к обслуживанию оборудования.Техническим результатом заявляемой полезной модели является радиальная магнитная передача высокой мощности, способная передать момент вращения на один или несколько потребителей, компенсировав нагрузку на подшипники валов.Технический результат достигается тем, что магнитная передача содержит ведущий вал с расположенным на нем ведущим диском и ведомый вал с расположенными на нем двумя ведомыми дисками. Ведущий диск состоит из двух обойм из немагнитного материала с постоянными магнитами и диска из магнитопроводного материала между ними. Каждый из ведомых дисков состоит из обоймы из немагнитного материала с постоянными магнитами и магнитопроводного диска. Магниты в обоймах ведущего и ведомых дисков установлены с одинаковым шагом. Ведущий диск расположен между ведомыми дисками таким образом, что противолежащие магниты ведущего и ведомых дисков в точке совпадения располагаются на одной вертикальной оси, при этом расстояния между каждой парой противолежащих магнитов ведущего и ведомых дисков равны. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model refers to radial devices for transmitting the torque by permanent magnets and can be used in devices that assume a long service life in unattended premises, for example, in radiochemical plants for the reprocessing of spent nuclear fuel or other hazardous industries with limited access to equipment maintenance. model is a radial magnetic transmission of high power, capable of transmitting the torque to one or several consumers, compensating the load on the bearings of the shafts. The technical result is achieved by the fact that the magnetic transmission contains a drive shaft with a drive disk located on it and a driven shaft with two driven ones located on it disks. The drive disc consists of two clips of non-magnetic material with permanent magnets and a disc of magnetic conductive material between them. Each of the driven discs consists of a ferrule made of non-magnetic material with permanent magnets and a magnetic conductive disc. The magnets in the casings of the drive and driven discs are installed with the same pitch. The driving disc is located between the driven discs in such a way that the opposing magnets of the driving and driven discs at the point of coincidence are located on the same vertical axis, while the distances between each pair of opposing magnets of the driving and driven discs are equal. 5 p.p. f-ly, 3 dwg

Description

Полезная модель относится к устройствам передачи момента вращения постоянными магнитами и может быть использована в устройствах, предполагающих длительный ресурс эксплуатации в необслуживаемых помещениях, например на радиохимических производствах по переработке отработанного ядерного топлива или иных опасных производствах с ограничением доступа к обслуживанию оборудования.The utility model relates to devices for the transmission of torque by permanent magnets and can be used in devices that imply a long service life in unattended premises, for example, in radiochemical plants for the reprocessing of spent nuclear fuel or other hazardous industries with limited access to equipment maintenance.

Магнитная передача является бесконтактным способом передачи момента вращения, обладающим рядом преимуществ перед традиционными контактными способами, например зубчатым зацеплением или цепной передачей, требующих обязательного применения смазочных материалов. Магнитная передача может применяться в вакууме, под избыточным давлением, в инертных газах, в агрессивных средах, под слоем жидкости, при температурах до 400°С при применении термостойких постоянных магнитов SmCo; в агрессивных средах при применении соответствующих материалов, подшипников и защитного покрытия магнитов. Однако, при эксплуатации магнитных передач существует проблема, заключающая в том, что магниты вращающихся ведомого и ведущих колес при совмещении противоположных полюсов притягиваются друг к другу, а при совмещении одинаковых полюсов отталкиваются друг от друга. Эта сила воздействует на валы создавая значительные знакопеременные радиальные и осевые нагрузки на подшипники. Соответственно приходится применять более сложные и дорогостоящие подшипниковые узлы способные выдерживать как радиальные, так и осевые знакопеременные нагрузки большой величины.Magnetic transmission is a non-contact method of torque transmission, which has a number of advantages over traditional contact methods, such as gearing or chain transmission, which require the mandatory use of lubricants. Magnetic transmission can be used in vacuum, under excess pressure, in inert gases, in aggressive media, under a layer of liquid, at temperatures up to 400 ° C when using heat-resistant permanent magnets SmCo; in aggressive environments with the use of appropriate materials, bearings and protective coatings for magnets. However, when operating magnetic gears, there is a problem that the magnets of the rotating driven and driving wheels are attracted to each other when the opposite poles are aligned, and when the same poles are aligned, they are repelled from each other. This force acts on the shafts, creating significant alternating radial and axial loads on the bearings. Accordingly, it is necessary to use more complex and expensive bearing assemblies capable of withstanding both radial and axial alternating loads of large magnitude.

Известно устройство [RU №123263, МПК H02K 49/10, опубл. 2012 г.], описывающее радиальную магнитную передачу. Устройство включает цилиндрические колеса, установленные в корпусе на параллельных валах, в которых размещены прямоугольные постоянные магниты, причем каждый магнит располагают по отношению к соседнему магниту, противоположным полюсом, образуя сложный магнитный многополюсник по наружному диаметру. Устройство позволяет передавать крутящий момент от ведущего колеса ведомому без физического контакта за счет взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов.The known device [RU No. 123263, IPC H02K 49/10, publ. 2012], describing radial magnetic transmission. The device includes cylindrical wheels mounted in a housing on parallel shafts, in which rectangular permanent magnets are placed, and each magnet is positioned in relation to an adjacent magnet, with an opposite pole, forming a complex magnetic multipole in the outer diameter. The device allows the transmission of torque from the driving wheel to the driven one without physical contact due to the interaction of magnetic fields of permanent magnets.

Недостатком известного устройства является радиальная схема размещения магнитов в один ряд, что приводит к значительным знакопеременным нагрузкам на подшипниковые узлы валов.The disadvantage of the known device is the radial arrangement of magnets in one row, which leads to significant alternating loads on the bearing assemblies of the shafts.

Известно устройство [RU 2524813, F16D 27/01, опубл. 2014 г.], включающее ведомый и ведущий валы, на которых установлены, соответственно ведомый и ведущий диски из магнитопроницаемого материала с постоянными магнитами, установленными с одинаковым шагом по периферии. Постоянные магниты по меньшей мере одного цилиндра выполнены трапециевидной формы и установлены в трапециевидных полостях, выполненных в диске с зазором. Постоянные магниты трапециевидной формы могут быть установлены на осях. Полости зазоров могут быть заполнены смазывающей жидкостью. Ведущий и ведомый валы могут быть установлены параллельно. Продольные оси ведущего и ведомого валов могут быть выполнены соосно. Устройство позволяет осуществлять как радиальную, так и соосную передачу большой мощности без смазки редуктора.The known device [RU 2524813, F16D 27/01, publ. 2014], including the driven and driving shafts, on which are installed, respectively, driven and driving discs made of magnetically permeable material with permanent magnets installed with the same pitch along the periphery. The permanent magnets of at least one cylinder are trapezoidal and installed in trapezoidal cavities made in the disk with a gap. Trapezoidal permanent magnets can be mounted on the axles. Clearance cavities can be filled with lubricant. The input and output shafts can be installed in parallel. The longitudinal axes of the driving and driven shafts can be made coaxially. The device allows for both radial and coaxial transmission of high power without lubricating the gearbox.

Недостатком прототипа является радиальная схема размещения магнитов в один ряд, что приводит к значительным знакопеременным нагрузкам на подшипниковые узлы валов за счет возникновения осевых нагрузок при прохождении полюсов магнитов.The disadvantage of the prototype is the radial arrangement of magnets in one row, which leads to significant alternating loads on the bearing units of the shafts due to the occurrence of axial loads during the passage of the poles of the magnets.

Технической проблемой является снижение нагрузки на подшипники валов при передаче момента вращения постоянными магнитами.A technical problem is to reduce the load on the shaft bearings during the transmission of rotational torque by permanent magnets.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является радиальная магнитная передача высокой мощности, способная передать момент вращения на один или несколько потребителей с минимальной нагрузкой на подшипники валов.The technical result of the claimed utility model is a high-power radial magnetic transmission capable of transmitting the torque to one or more consumers with a minimum load on the shaft bearings.

Технический результат достигается тем, что магнитная передача содержит ведущий вал с расположенным на нем ведущим диском, состоящим из двух обойм из немагнитного материала с постоянными магнитами и магнитопроводного диска между ними, ведомый вал с расположенными на нем двумя ведомыми дисками, каждый из которых состоит из обоймы из немагнитного материала с постояными магнитами и магнитопроводного диска, причем магниты в обоймах ведущего и ведомых дисков установлены с одинаковым шагом, а ведущий диск расположен между ведомыми дисками таким образом, что противолежащие магниты ведущего и ведомых дисков в точке совмещения располагаются на одной вертикальной оси, при этом расстояния между каждой парой противолежащих магнитов ведущего и ведомых дисков равны.The technical result is achieved in that the magnetic transmission contains a drive shaft with a drive disk located on it, consisting of two clips of non-magnetic material with permanent magnets and a magnetic conductive disk between them, a driven shaft with two driven disks located on it, each of which consists of a clip made of a non-magnetic material with permanent magnets and a magnetic-conductive disk, and the magnets in the cages of the driving and driven discs are installed with the same pitch, and the driving disc is located between the driven discs in such a way that the opposing magnets of the driving and driven discs at the point of alignment are located on the same vertical axis, when the distances between each pair of opposing magnets of the driving and driven discs are equal.

Количество магнитов, размещаемых по радиусам ведущего и ведомых дисков четное.The number of magnets placed along the radius of the driving and driven disks is even.

Магнитная передача содержит корпус из магнитного или немагнитного материала.The magnetic transmission contains a housing made of magnetic or non-magnetic material.

Магнитная передача содержит несколько ведомых валов.The magnetic transmission contains several driven shafts.

Магниты имеют форму дисков, цилиндров, прямоугольников или сегментов.The magnets are in the form of discs, cylinders, rectangles or segments.

Ведущий и ведомый валы выполнены из любого магнитного или немагнитного материала.The input and output shafts are made of any magnetic or non-magnetic material.

Наличие магнитопроводных дисков в составе ведущего и ведомых дисков необходимо для замыкания полюсов постоянных магнитов с целью эффективного взаимодействия магнитов противолежащих обойм. Обоймы, в которые установлены магниты ведущих и ведомых дисков, выполнены из немагнитного материала в целях повышения эффективности замыкания магнитного поля. Тем самым обеспечивается высокая мощность магнитной передачи.The presence of magnetic conductive disks in the composition of the driving and driven disks is necessary to close the poles of permanent magnets in order to effectively interact with the magnets of the opposing clips. The clips in which the magnets of the driving and driven disks are installed are made of non-magnetic material in order to increase the efficiency of closing the magnetic field. This ensures a high magnetic transmission power.

Шаг s1 размещения магнитов на ведущем диске равен шагу s2 размещения магнитов на ведомых дисках для совпадения полюсов магнитов ведущего диска с полюсами магнитов ведомых дисков, что позволяет избежать проскальзывания магнитной передачи. Для полноты замыкания магнитного поля выбрано четное количество магнитов, размещаемых по радиусам R1 и R2 ведущего и ведомых дисков, причем магниты на ведущем и ведомых дисках расположены с чередованием полюсов (S-N). По вертикальной оси совпадения магнитов полюса магнитов размещены последовательно (S/N-S/N-S/N-S/N).The step s1 of placing the magnets on the drive disk is equal to the step s2 of placing the magnets on the driven disks to match the poles of the magnets of the drive disk with the poles of the magnets of the driven disks, thus avoiding slippage of the magnetic transmission. For completeness of closing the magnetic field, an even number of magnets is selected, placed along the radii R1 and R2 of the driving and driven disks, and the magnets on the driving and driven disks are arranged with alternating poles (S-N). Along the vertical axis of coincidence of the magnets, the poles of the magnets are placed in series (S / N-S / N-S / N-S / N).

Размещение ведущего диска между двумя ведомыми дисками таким образом, что магниты ведущего и ведомых дисков в точке совпадения располагаются на одной вертикальной оси, обеспечивает компенсацию знакопеременных радиальных и осевых нагрузок на подшипники, которые возникают при совмещении полюсов соответствующих магнитов ведущего и ведомых дисков. Равенство расстояний между магнитами ведущего диска и противолежащими им магнитами ведомых дисков a1 и а2 (a1=a2) обеспечивает уравновешивание осевых нагрузок на вал.Placing the driving disc between two driven discs in such a way that the magnets of the driving and driven discs are located on the same vertical axis at the point of coincidence provides compensation for alternating radial and axial loads on bearings that arise when the poles of the corresponding magnets of the driving and driven discs are aligned. The equality of the distances between the magnets of the driving disc and the opposing magnets of the driven discs a 1 and a 2 ( a 1 = a 2) ensures that the axial loads on the shaft are balanced.

Таким образом, в магнитной передаче образуются симметричные пары магнитных полей, взаимодействие которых уравновешивает осевые силы их притяжения и отталкивания, вследствие чего, компенсируются осевая и радиальная нагрузки на валы и подшипники. Тем самым обеспечивается снижение нагрузки на подшипники валов при передаче момента вращения постоянными магнитами.Thus, symmetrical pairs of magnetic fields are formed in the magnetic transmission, the interaction of which balances the axial forces of their attraction and repulsion, as a result of which the axial and radial loads on shafts and bearings are compensated. This ensures that the load on the shaft bearings is reduced when the torque is transmitted by permanent magnets.

Конструкция магнитной передачи изображена на Фиг. 1.The structure of the magnetic transmission is shown in FIG. 1.

Схемы расположения обойм с магнитами изображены на Фиг. 2. и Фиг. 3.The arrangement diagrams of the clips with magnets are shown in Fig. 2. and FIG. 3.

В корпусе (1) установлен ведущий вал (2) и ведомый вал (3) в подшипниковом узле (4). На ведущем валу (2) размещен ведущий диск, состоящий из магнитопроводного диска (5) и двух обойм (6) с постоянными магнитами. На ведомом валу (3) размещено два ведомых диска, состоящих из магнитопроводного диска (7) и обоймы (8) с постоянными магнитами.The housing (1) contains the drive shaft (2) and the driven shaft (3) in the bearing assembly (4). On the drive shaft (2) there is a drive disk, which consists of a magnetic conductive disk (5) and two clips (6) with permanent magnets. On the driven shaft (3) there are two driven discs, consisting of a magnetic conductive disc (7) and a holder (8) with permanent magnets.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Двигатель передает вращение на ведущий вал (2). При вращении ведущего вала (2) в подшипниковых узлах (4) расположенных в корпусе (1) вращается закрепленный на нем ведущий диск, состоящий из двух обойм (6) с постоянными магнитами и одного магнитопроводного диска (5), замыкающего полюса постоянных магнитов.The motor transmits rotation to the drive shaft (2). When the drive shaft (2) rotates in the bearing assemblies (4) located in the housing (1), the drive disk fixed on it rotates, consisting of two clips (6) with permanent magnets and one magnetic conductive disk (5), closing the pole of permanent magnets.

Вращение ведущего вала (2) приводит во вращение ведущий диск, состоящий из двух обойм с магнитами (6) и магнитопроводного диска между ними (5). Вращение ведущего диска приводит в движение ведомые диски, закрепленные на ведомом вале (3), за счет взаимодействия постоянных магнитов, расположенных в обоймах ведущего (6) и ведомых (8) дисков соответственно. При вращении ведущего и ведомых дисков образуются симметричные пары магнитных полей, взаимодействие которых уравновешивает осевые силы притяжения и отталкивания магнитов, вследствие чего компенсируется осевая нагрузка на ведущий и ведомый валы (2) и (3), а также на подшипниковые узлы (4). Тем самым решается проблема - передача вращения от ведущего вала (2) на ведомый вал (3) без нагрузки на подшипниковые узлы (4).Rotation of the drive shaft (2) rotates the drive disk, which consists of two holders with magnets (6) and a magnetic conductive disk between them (5). The rotation of the driving disc drives the driven discs fixed on the driven shaft (3), due to the interaction of permanent magnets located in the clips of the driving (6) and driven (8) discs, respectively. When the drive and driven disks rotate, symmetrical pairs of magnetic fields are formed, the interaction of which balances the axial forces of attraction and repulsion of the magnets, as a result of which the axial load on the drive and driven shafts (2) and (3), as well as on the bearing assemblies (4), is compensated. This solves the problem - the transfer of rotation from the drive shaft (2) to the driven shaft (3) without load on the bearing units (4).

Изготовление заявленного устройства возможно при использовании стандартных материалов и на стандартном оборудовании. Это позволяет сделать вывод о том, что устройство промышленно применимо.Manufacturing of the claimed device is possible using standard materials and standard equipment. This allows us to conclude that the device is industrially applicable.

Claims

1. Magnetic transmission, including a drive shaft with a drive disk located on it, consisting of two clips of non-magnetic material with permanent magnets and a magnetic conductive disk between them, a driven shaft with two driven disks located on it, each of which consists of a clip of non-magnetic material with permanent magnets and a magnetic conductive disk, and the magnets in the cages of the driving and driven discs are installed with the same pitch, and the driving disc is located between the driven discs in such a way that the opposing magnets of the driving and driven discs at the point of alignment are located on the same vertical axis, while the distance between each pair of opposing magnets of the driving and driven discs are equal.

2. Magnetic transmission according to claim 1, characterized in that the number of magnets placed along the radii of the driving and driven disks is even.

3. Magnetic transmission according to claim 1, characterized in that it comprises a housing made of magnetic or non-magnetic material.

4. Magnetic transmission according to claim 1, characterized in that it contains several driven shafts.

5. The magnetic transmission of claim. 1, characterized in that the magnets are in the form of disks, cylinders, rectangles or segments.

6. Magnetic transmission according to claim 1, characterized in that the driving and driven shafts are made of magnetic or non-magnetic material.