RU2216662C1

RU2216662C1 - Magnetic clutch

Info

Publication number: RU2216662C1
Application number: RU2002126001/28A
Authority: RU
Inventors: Е.И. Аверкин; Н.А. Белик; В.П. Евдокимов; В.П. Маслов; П.П. Соколов; И.И. Фокин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Петербургский трамвайно-механический завод"; Аверкин Евгений Иванович; Белик Николай Алексеевич; Евдокимов Виктор Петрович; Маслов Валерий Павлович; Соколов Павел Петрович; Фокин Илмари Иванович
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2003-11-20
Also published as: RU2002126001A

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to magnetic clutches designed for connection of shafts and it can be used as reduction gear in different branches of industry. Proposed clutch contains first rotor consisting of two disks rigidly connected with corresponding semi shafts and with each other means of shell made of nonmagnetic material and first shaft and second rotor in form of disk made of nonmagnetic material with fitted-on permanent magnets installed over circumference with magnetization along axis of clutch and forming multiple-pole magnetic system with alternating polarity of poles. Disk of second rotor is located between disks of first rotor being magnetically coupled with said disks and it is rigidly connected with second shaft installed on bearings inside first shaft. Novelty is that clutch contains stator consisting of two disks made of magnetically-soft material arranged at equal distance from disk of second rotor and connected to each other by shell, thus forming clutch housing. Permanent magnets with magnetization along axis of clutch are secured to inner side surfaces of stator disks over circumference, said magnets form two separate multiple-pole magnetic systems with alternating polarity of poles and pole pitch of t₁. Permanent magnets of second rotor are arranged at pitch of t₂. Number of pole pitches t₂ differ from number of pole pitches t₁ by whole number. Disks of first rotor consists, each, of outer and inner rings made of nonmagnetic dielectric material and grid is mounted between disks formed by strips of magnetically-soft material. Invention provides possibility of reduction of speed of rotation at transfer of rotation between shafts and possibility of control of ratio. EFFECT: increased load capacity. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к магнитным муфтам, предназначенным для передачи вращения от одного вала к другому, и может найти применение в качестве не только муфты, но и редуктора в электрических транспортных средствах, в автомобилестроении, судостроении, авиастроении, тракторостроении и других отраслях промышленности и сельского хозяйства. The invention relates to mechanical engineering, in particular to magnetic couplings designed to transmit rotation from one shaft to another, and can find application as not only couplings, but also reducers in electric vehicles, in the automotive industry, shipbuilding, aircraft manufacturing, tractor manufacturing and other industries industry and agriculture.

Известны торцовые магнитные муфты (см., например, [1-3]), содержащие соосно расположенные первый ротор с постоянными магнитами (ПМ), жестко скрепленный с первым валом (первая полумуфта), и второй ротор с ПМ, жестко скрепленный со вторым валом (вторая полумуфта). ПМ обоих роторов намагничены вдоль оси муфты и установлены по окружности, образуя две многополюсные магнитные системы (МС) с равным (как правило) числом полюсов с чередующейся полярностью. Known mechanical magnetic couplings (see, for example, [1-3]) containing coaxially arranged first rotor with permanent magnets (PM), rigidly bonded to the first shaft (first coupling half), and a second rotor with PM, rigidly bonded to the second shaft (second coupling half). The PM of both rotors are magnetized along the axis of the coupling and installed around the circle, forming two multipolar magnetic systems (MS) with an equal (as a rule) number of poles with alternating polarity.

Благодаря силам взаимного притяжения ПМ обоих роторов при принудительном вращении одного из валов второй вал вращается в том же направлении и с той же угловой скоростью, что и первый вал. Due to the forces of mutual attraction of the PM of both rotors during the forced rotation of one of the shafts, the second shaft rotates in the same direction and at the same angular speed as the first shaft.

К недостаткам торцовых магнитных муфт следует отнести сравнительно невысокий передаваемый крутящий момент, сравнительно невысокую скорость вращения, ограниченную значением порядка 10 тыс. об/мин [2, с.120], низкую надежность. The disadvantages of mechanical magnetic couplings include a relatively low transmitted torque, a relatively low rotation speed limited by a value of the order of 10 thousand rpm [2, p. 120], low reliability.

Причиной этого являются осевые силы взаимного магнитного притяжения роторов, которые вызывают повышенный износ подшипников и изменение рабочего зазора муфты, что нарушает его работу в целом. Кроме того, указанные магнитные муфты не способны обеспечить передачу вращения от одного вала к другому с редукцией. The reason for this is the axial forces of the mutual magnetic attraction of the rotors, which cause increased wear of the bearings and a change in the working clearance of the coupling, which disrupts its operation as a whole. In addition, these magnetic couplings are not able to provide transmission of rotation from one shaft to another with reduction.

Многие из отмеченных недостатков позволяет устранить магнитная муфта по изобретению [4] , наиболее близкая по совокупности существенных признаков к предлагаемой муфте и потому выбранная в качестве прототипа. Many of the noted disadvantages can be eliminated by the magnetic coupling according to the invention [4], which is closest in combination of essential features to the proposed coupling and therefore selected as a prototype.

Магнитная муфта [4] содержит первый ротор, состоящий из двух дисков, снабженных каждый расположенными по окружности ПМ, образующими две отдельные многополюсные МС с чередующейся полярностью полюсов, и второй ротор в виде диска из немагнитного материала с установленными в нем по окружности ПМ, так же образующими многополюсную МС с чередующимися по полярности полюсами. Диски первого ротора жестко скреплены с первым валом и по их периферии друг с другом (например, посредством обечайки из немагнитного материала) с образованием корпуса муфты. Диск второго ротора жестко скреплен со вторым валом и расположен между дисками первого ротора на одинаковом расстоянии от них. The magnetic coupling [4] contains a first rotor, consisting of two disks, each equipped with a PM located around a circle, forming two separate multipolar MCs with alternating poles polarity, and a second rotor in the form of a disk of non-magnetic material with PM installed around it forming a multi-pole MC with poles alternating in polarity. The disks of the first rotor are rigidly fastened to the first shaft and along their periphery with each other (for example, by means of a shell of non-magnetic material) with the formation of the clutch housing. The disk of the second rotor is rigidly bonded to the second shaft and is located between the disks of the first rotor at the same distance from them.

В магнитной муфте-прототипе осевые силы, возникающие при взаимодействии ПМ первого и второго роторов, взаимно уравновешиваются вследствие того, что диск второго ротора равноудален от дисков первого ротора. Благодаря этому происходит взаимокомпенсация осевых магнитных сил, что позволяет увеличить передаваемый крутящий момент на 90-95%, увеличить скорость вращения, уменьшить износ подшипников, повысить надежность муфты. In the magnetic coupling prototype, the axial forces arising from the interaction of the PM of the first and second rotors are mutually balanced due to the fact that the disk of the second rotor is equidistant from the disks of the first rotor. Due to this, the axial magnetic forces are compensated, which allows to increase the transmitted torque by 90-95%, increase the rotation speed, reduce bearing wear, and increase the reliability of the coupling.

Недостаток прототипа, как и известных торцовых муфт, состоит в том, что передача с их помощью вращения от одного вала к другому не может быть осуществлена с редукцией скорости вращения. Это ограничивает сферу применения прототипа и других известных торцовых муфт. The disadvantage of the prototype, as well as known mechanical couplings, is that the transmission with their help of rotation from one shaft to another cannot be carried out with a reduction in the speed of rotation. This limits the scope of application of the prototype and other known mechanical couplings.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности передачи вращения от одного вала к другому с редукцией скорости вращения при постоянном высоком крутящем моменте. An object of the present invention is to enable the transmission of rotation from one shaft to another with a reduction in rotation speed at a constant high torque.

Эта задача решается тем, что магнитная муфта, содержащая первый ротор, состоящий из двух дисков, жестко скрепленных с соответствующими полувалами и друг с другом по их периферии, например, с помощью обечайки из немагнитного материала, образующими первый вал, второй ротор в виде диска из немагнитного материала с установленными на нем по окружности ПМ с намагниченностью вдоль оси муфты, образующими многополюсную МС с чередующейся полярностью полюсов, причем диск второго ротора расположен между дисками первого ротора на одинаковом расстоянии от них, магнитосвязан с ними и жестко скреплен со вторым валом, установленным на подшипниках внутри первого вала, дополнительно содержит статор со втулками для размещения в них на подшипниках первого и второго валов, состоящий из двух дисков либо двух плоских деталей произвольной формы из магнитомягкого материала, равноудаленных от диска второго ротора и скрепленных друг с другом по их периферии, например, посредством обечайки, с образованием корпуса муфты, к внутренним боковым поверхностям дисков или плоских деталей произвольной формы статора по окружностям прикреплены ПМ с намагниченностью вдоль оси муфты и полюсным шагом t₁, образующие две отдельные многополюсные МС с чередующейся полярностью полюсов, ПМ второго ротора расположены с полюсным шагом t₁, количество полюсных шагов t₂ отличается от количества полюсных шагов t₁ на целое число, диски первого ротора состоят каждый из внешнего и внутреннего кольца из немагнитного диэлектрического материала, между которыми вмонтирована решетка, образуемая пластинами из магнитомягкого материала, расположенными радиально с зазором друг относительно друга так, что отношение суммарного объема зазоров между пластинами к суммарному объему пластин находится в пределах 0,8 - 1,5, пластины вставлены в пазы, выполненные по ободу каждого из внутренних колец дисков первого ротора, и в пазы, выполненные по внутреннему ободу каждого из наружных колец дисков первого ротора, угол между смежными пластинами в их средней части одинаков по периметру решетки, каждая из решеток имеет одну или несколько зон, в пределах которых угол β между каждой пластиной решетки и одним из краев внешнего либо внутреннего кольца дисков первого ротора постепенно возрастает от центра зоны до одного из ее краев в пределах от 90 до 140^o и постепенно уменьшается в пределах от 90 до 140^o в противоположном направлении до второго края с образованием соответственно одного либо нескольких стыковых участков, где крайние пластины на стыке смежных зон расположены под углом γ друг к другу, составляющем от 80 до 100^o, причем tgγ/2= t₂/h, где h - ширина решетки, пластины решеток, а также пары ПМ статора являются зеркальным отражением друг друга относительно плоскости, проходящей через центр диска второго ротора параллельно его боковым поверхностям.This problem is solved in that the magnetic coupling containing the first rotor, consisting of two disks, rigidly fastened to the respective half shafts and to each other along their periphery, for example, by using a shell of non-magnetic material forming the first shaft, the second rotor in the form of a disk of non-magnetic material with PM mounted on it around the circumference with magnetization along the axis of the coupling, forming a multipolar MC with alternating polarity of the poles, and the disk of the second rotor is located between the disks of the first rotor at the same distance and from them, magnetically connected with them and rigidly fastened to a second shaft mounted on bearings inside the first shaft, further comprises a stator with bushings for placement on the bearings of the first and second shafts, consisting of two disks or two flat parts of arbitrary shape made of soft magnetic material equidistant from the disk of the second rotor and fastened to each other along their periphery, for example, by means of a shell, with the formation of the coupling body, to the inner side surfaces of the disks or flat parts of arbitrary shape we stator on circles are attached PM with magnetization along the axis of the coupling and pole pitch t ₁ , forming two separate multipolar MS with alternating polarity of poles, PM of the second rotor are located with pole pitch t ₁ , the number of pole steps t ₂ differs from the number of pole steps t ₁ by an integer, the disks of the first rotor consist each of the outer and inner rings of non-magnetic dielectric material, between which a lattice is formed, formed by plates of magnetically soft material located radially with a gap relative to each other so that the ratio of the total volume of gaps between the plates to the total volume of the plates is in the range of 0.8 - 1.5, the plates are inserted into the grooves made along the rim of each of the inner rings of the disks of the first rotor, and into the grooves made along the inner rim of each of the outer rings of the disks of the first rotor, the angle between adjacent plates in their middle part is the same along the perimeter of the lattice, each of the lattices has one or more zones, within which the angle β between each plate of the lattice and one of the edges outer or inner ring drives the first rotor gradually increases from the center region to one of its edges in the range of from 90 to 140 ^o and gradually decreases in the range from 90 to 140 ^o in the opposite direction to the second edge to form, respectively, one or more splice sites where extreme plates at the junction of adjacent zones are located at an angle γ to each other of 80 to 100 ^o , with tgγ / 2 = t ₂ / h, where h is the width of the grating, the grating plates, as well as the PM stator pairs are mirror images of each other regarding loskosti passing through the center of the second rotor disk parallel to its side surfaces.

В предлагаемой магнитной муфте пластины решеток дисков первого ротора могут быть залиты самоотверждающимся немагнитным материалом, например, компаундом, композиционным немагнитным материалом либо керамическим материалом. In the proposed magnetic coupling, the plates of the gratings of the disks of the first rotor can be filled with self-curing non-magnetic material, for example, a compound, composite non-magnetic material or ceramic material.

МС второго ротора может быть образована ПМ, прикрепленными попарно с обеих сторон диска второго ротора. The MS of the second rotor can be formed by PM attached in pairs on both sides of the disk of the second rotor.

Технический результат изобретения состоит в возможности передачи вращения от первого вала магнитной муфты ко второму с уменьшением числа оборотов последнего либо от второго вала к первому с увеличением числа оборотов последнего при одновременном обеспечении постоянного крутящего момента. The technical result of the invention consists in the possibility of transmitting rotation from the first shaft of the magnetic coupling to the second with a decrease in the number of revolutions of the latter or from the second shaft to the first with an increase in the number of revolutions of the latter while providing constant torque.

В основе технического результата изобретения лежит разработанный авторами новый принцип передачи вращения от одного вала магнитной муфты к другому. Суть этого принципа состоит в создании вращающегося магнитного поля с помощью решетки, состоящей из пластин магнитомягкого материала с особой ориентацией этих пластин, вращающейся между двумя круговыми МС из ПМ с чередующейся полярностью полюсов, одна из которых (расположенная на статоре) неподвижна. Благодаря разному числу ПМ в этих МС передача вращения осуществляется с редукцией подобно тому, как это имеет место в зубчатых передачах. The technical result of the invention is based on a new principle developed by the authors for transferring rotation from one shaft of a magnetic coupling to another. The essence of this principle is to create a rotating magnetic field using a lattice consisting of plates of soft magnetic material with a special orientation of these plates, rotating between two circular PM from PM with alternating polarity of poles, one of which (located on the stator) is stationary. Due to the different number of PMs in these MSs, the transmission of rotation is carried out with reduction, similar to what occurs in gear transmissions.

Причинно-следственная связь между признаками изобретения и достигаемым техническим результатом будет более понятна из рассмотрения графических иллюстраций к описанию изобретения. The causal relationship between the features of the invention and the achieved technical result will be more clear from the consideration of graphic illustrations to the description of the invention.

Изобретение иллюстрируют: фиг. 1, на которой показана (частично в разрезе) конструкция предлагаемой муфты; фиг.2, где изображена кинематическая схема муфты; фиг.3, на которой в разобранном виде условно дана аксонометрия основных деталей муфты; фиг.4, на которой представлено сечение Б-Б фиг.1; фиг. 5, являющаяся разверткой по линии А-А фиг.1; фиг.6, отображающая геометрию развертки решетки с одной непрерывной зоной пластин и одним стыком между пластинами; фиг.7, отображающая геометрию развертки решетки с четырьмя зонами и четырьмя стыками между этими зонами. The invention is illustrated in FIG. 1, which shows (partially in section) the design of the proposed coupling; figure 2, which shows the kinematic diagram of the coupling; figure 3, in which an exploded view is conventionally given a perspective view of the main parts of the coupling; figure 4, which shows a section bB of figure 1; FIG. 5, which is a scan along line AA of FIG. 1; 6, showing the geometry of the sweep of the lattice with one continuous zone of the plates and one joint between the plates; Fig.7, showing the geometry of the scan lattice with four zones and four joints between these zones.

Предлагаемая муфта (см. фиг.1-4) содержит:
- статор, состоящий из дисков 1 и 2, например, из стали, к внутренним поверхностям которых прикреплены по окружности магниты 3 с намагниченностью вдоль оси муфты, образующие две многополюсные МС с чередующейся полярностью полюсов с шагом t₁, из втулок 4 и 5 и обечайки 6, образующей корпус муфты совместно с дисками 1 и 2;
- первый ротор, состоящий из двух дисков 7 и 8 из немагнитного диэлектрического материала, имеющих каждый соответственно наружное кольцо 9, внутреннее кольцо 10, наружное кольцо 9', внутреннее кольцо 10' и решетки 11 и 11' из пластин 12 из магнитомягкого материала, встроенных соответственно между кольцами 9 и 10 и кольцами 9' и 10';
- обечайку 13 из немагнитного материала, соединяющую по периферии диски 7 и 8 первого ротора;
- первый вал, состоящий из полувала 14, с которым жестко скреплен диск 7 первого ротора, и полувала 15, с которым жестко скреплен диск 8 первого ротора;
- второй ротор в виде диска 16 из немагнитного материала (например, сплава алюминия или пластика) с ПМ 17, образующими круговую многополюсную МС с полюсным шагом t₂;
- второй вал 18, с которым жестко скреплен диск 16 второго ротора.The proposed coupling (see Fig.1-4) contains:
- a stator, consisting of disks 1 and 2, for example, steel, to the inner surfaces of which magnets 3 are attached around the circumference with magnetization along the axis of the coupling, forming two multipolar MCs with alternating pole polarity with a pitch of t ₁ , from bushings 4 and 5 and the shell 6, forming a clutch housing together with discs 1 and 2;
- the first rotor, consisting of two disks 7 and 8 of non-magnetic dielectric material, each having an outer ring 9, an inner ring 10, an outer ring 9 ', an inner ring 10' and a lattice 11 and 11 'of plates 12 of soft magnetic material embedded respectively between rings 9 and 10 and rings 9 'and 10';
- a casing 13 of non-magnetic material connecting at the periphery of the disks 7 and 8 of the first rotor;
- the first shaft, consisting of a half shaft 14, with which the disk 7 of the first rotor is rigidly bonded, and a half shaft 15, with which the disk 8 of the first rotor is rigidly bonded;
- a second rotor in the form of a disk 16 of non-magnetic material (for example, an aluminum alloy or plastic) with PM 17 forming a circular multipolar MS with a pole pitch t ₂ ;
- the second shaft 18, with which the disk 16 of the second rotor is rigidly fastened.

В конструкции предлагаемой муфты, представленной на фиг.1, многополюсная МС второго ротора образована отдельными магнитами 17, встроенными в диск 16. Альтернативным вариантом является формирование такой МС посредством пар магнитов 17, прикрепляемых к диску 16 с двух сторон к его боковым поверхностям, как это показано на фиг.2 и фиг.3. In the design of the proposed clutch, shown in Fig. 1, the multipolar MS of the second rotor is formed by separate magnets 17 embedded in the disk 16. An alternative is the formation of such MS by pairs of magnets 17 attached to the disk 16 from two sides to its side surfaces, such as shown in figure 2 and figure 3.

На фиг.3 показана только часть пластин 12. Наружные и внутренние кольца дисков 7 и 8 первого ротора, между которыми вмонтированы пластины 12, изображены на фиг. 4, являющейся частичным сечением Б-Б фиг.1 плоскостью, проходящей через среднюю часть решетки 11 и среднюю часть колец 9 и 10 параллельно их боковым поверхностям. FIG. 3 shows only a portion of the plates 12. The outer and inner rings of the disks 7 and 8 of the first rotor, between which the plates 12 are mounted, are shown in FIG. 4, which is a partial section BB of FIG. 1 by a plane passing through the middle part of the grating 11 and the middle part of the rings 9 and 10 parallel to their side surfaces.

Пластины 12 вставлены в пазы 19, выполненные во внутреннем кольце 10 с шагом Δ₁, и в пазы 20 в наружном кольце 9, расположенные с шагом Δ₂.
Решетка 11 (как и решетка 11') из пластин 12 залита самоотверждающимся немагнитным материалом 21. Угол α (фиг.4) между соседними пластинами 12 в их средней части одинаков по периметру решетки 11, при этом центр O₁ является центром диска 7 первого ротора. Аналогичную конструкцию имеет и второй диск 8 первого ротора с решеткой 11'. Различие между решетками 11 и 11' состоит только в том, что их пластины 12 расположены зеркально-симметрично относительно плоскости, проходящей через центр диска 16 второго ротора параллельно его боковым поверхностям.The plates 12 are inserted into the grooves 19 made in the inner ring 10 with a step Δ ₁ , and in the grooves 20 in the outer ring 9 located with a step Δ ₂ .
The lattice 11 (as well as the lattice 11 ') of the plates 12 is filled with self-solidifying non-magnetic material 21. The angle α (Fig. 4) between adjacent plates 12 in their middle part is identical along the perimeter of the lattice 11, while the center O ₁ is the center of the disk 7 of the first rotor . The second disc 8 of the first rotor with the grill 11 'has a similar design. The difference between the gratings 11 and 11 'consists only in the fact that their plates 12 are mirrored symmetrically with respect to the plane passing through the center of the disk 16 of the second rotor parallel to its side surfaces.

Зеркально-симметричное расположение пластин 12 решеток 11 и 11', а также ПМ 3 дисков 1 и 2 статора видно из фиг.5, на которой дана развертка А-А фиг. 1 в варианте, когда каждая из решеток 11 и 11' с пластинами 12 имеет несколько зон, в пределах каждой из которых угол β между пластиной 12 решетки и одним из краев колец 9 и 10 постепенно возрастает от центра зоны до одного ее края в интервале от 90 до 140^o в одном направлении и постепенно уменьшается в интервале от 90 до 40^o в противоположном направлении с образованием нескольких стыковых участков, где крайние пластины 12 на стыке смежных зон расположены под углом γ друг к другу.The mirror-symmetric arrangement of the plates 12 of the gratings 11 and 11 ', as well as the PM 3 of the stator disks 1 and 2, can be seen from FIG. 5, which shows a reamer AA of FIG. 1 in the embodiment, when each of the gratings 11 and 11 'with the plates 12 has several zones, within each of which the angle β between the plate 12 of the grating and one of the edges of the rings 9 and 10 gradually increases from the center of the zone to one of its edges in the range from 90 to 140 ^o in one direction and gradually decreases in the range from 90 to 40 ^o in the opposite direction with the formation of several butt sections, where the extreme plates 12 at the junction of adjacent zones are located at an angle γ to each other.

Углы β и γ показаны на фиг.6 и 7, которые иллюстрируют геометрию расположения пластин 12 в решетках 11 и 11', обеспечивающую необходимое изменение угла β и создание решетками 11 и 11' вращающихся магнитных полей, в результате воздействия которых на МС 17 второго ротора последний приводится во вращение. The angles β and γ are shown in FIGS. 6 and 7, which illustrate the geometry of the arrangement of the plates 12 in the gratings 11 and 11 ', providing the necessary change in the angle β and the creation of the rotating magnetic fields by the gratings 11 and 11', as a result of which the MS 17 of the second rotor the latter is driven into rotation.

На фиг. 6 показана развертка "однозонной" решетки "abcd" из пластин 12, имеющая длину L и ширину h. L - это также длина окружности МС дисков 1 и 2 статора и МС второго ротора по наружному диаметру развертки А-А фиг.1. Угол β между пластинами 12 и краем "ab" решетки постепенно уменьшается от 90^o в центре зоны в направлении к краю "b" решетки и возрастает от центра зоны в направлении к краю "а" решетки. Угол γ, образующийся на стыке между крайними пластинами "ас" и "bd" решетки, может составлять от 80 до 100^o, при этом tgγ/2= t₂/h определяет предельный угол наклона пластин 12, при котором решетка при заданных значениях t₂ и h создает вращающееся магнитное поле, способное передать вращение второму валу. На фиг.6 O₂ - технологический центр формирования пазов 19 и 20 соответственно во внутреннем 10 и наружном 9 кольцах дисков первого ротора (см. фиг.4), позволяющий получить изменение угла β в указанных пределах от 90 до 140^o и от 90 до 40^o.In FIG. 6 shows a scan of a “single-zone” abcd grating of plates 12 having a length L and a width h. L is also the circumference of the MS of the disks 1 and 2 of the stator and the MS of the second rotor along the outer diameter of the scan AA AA of Fig. 1. The angle β between the plates 12 and the edge "ab" of the lattice gradually decreases from 90 ^° in the center of the zone towards the edge "b" of the lattice and increases from the center of the zone towards the edge "a" of the lattice. The angle γ formed at the junction between the extreme plates "ac" and "bd" of the lattice can be from 80 to 100 ^o , while tgγ / 2 = t ₂ / h determines the limiting angle of inclination of the plates 12, at which the lattice at given values of t ₂ and h creates a rotating magnetic field capable of transmitting rotation to the second shaft. In Fig.6 O ₂ - the technological center of the formation of the grooves 19 and 20, respectively, in the inner 10 and outer 9 rings of the disks of the first rotor (see figure 4), which allows to obtain a change in the angle β in the specified ranges from 90 to 140 ^o and from 90 to 40 ^o .

На фиг. 7 представлена решетка, имеющая, в отличие от решетки на фиг.6, не одну, а четыре зоны, в пределах которых угол β изменяется в указанных выше пределах. Соответственно этому имеются четыре стыковых участка с углом γ между крайними пластинами смежных зон и четыре технологических центра (О₃, O₄, O₅ и О₆) для формирования пазов 19 и 20 в кольцах дисков первого ротора.In FIG. 7 shows a lattice having, in contrast to the lattice in FIG. 6, not one, but four zones, within which the angle β varies within the above limits. Accordingly, there are four butt sections with an angle γ between the extreme plates of adjacent zones and four technological centers (O ₃ , O ₄ , O ₅ and O ₆ ) for forming grooves 19 and 20 in the disk rings of the first rotor.

Предлагаемая магнитная муфта работает следующим образом. The proposed magnetic coupling operates as follows.

В статическом состоянии муфты силовые линии магнитного поля замыкаются через пластины 12 решеток 11 и 11' между ПМ 3 МС дисков статора и ПМ 17 второго ротора. Это показано в верхней части фиг.5, где силовые линии магнитного поля обозначены стрелками. Благодаря тому, что магнитные потоки между ПМ 3 МС диска 1 статора, ПМ 17 МС диска 16 второго ротора и ПМ 3 МС диска 2 статора в параллельных ветвях поочередно направлены навстречу друг другу, имеет место (как и в прототипе) взаимная компенсация осевых магнитных сил, что повышает надежность муфты. In the static state of the coupling, the magnetic field lines are closed through the plates 12 of the gratings 11 and 11 'between the PM 3 MS of the stator disks and the PM 17 of the second rotor. This is shown in the upper part of FIG. 5, where the magnetic field lines are indicated by arrows. Due to the fact that the magnetic fluxes between the PM 3 MS of the disk 1 of the stator, PM 17 MS of the disk 16 of the second rotor and the PM 3 MS of the disk 2 of the stator in parallel branches are alternately directed towards each other, there is (as in the prototype) mutual compensation of axial magnetic forces , which increases the reliability of the coupling.

При работе муфты ведущим может быть как первый вал, состоящий из полувалов 14 и 15, так и второй вал 18. В первом случае ведомым является вал 18, во втором случае - первый вал. В случае, когда ведущим служит первый вал, решетка 11 с пластинами 12 вращается между МС диска 1 статора с ПМ 3 и МС второго ротора с ПМ 17, а решетка 11' - между МС диска 2 статора с ПМ 3 и МС второго ротора с ПМ 17. Поскольку пластины 12 расположены под углом β (постепенно изменяющим свое значение от пластины к пластине) как к краям решеток 11 и 11', так и по отношению к диску 16 второго ротора и ПМ 17, решетки 11 и 11' создают два плавно изменяющихся по величине вращающихся магнитных поля, зеркально-симметрично воздействующих с двух сторон на ПМ 17 МС диска 16 второго ротора. During the operation of the coupling, the drive can be either the first shaft, consisting of half shafts 14 and 15, and the second shaft 18. In the first case, the driven shaft is 18, in the second case, the first shaft. In the case where the first shaft is the drive, the grating 11 with the plates 12 rotates between the MS of the stator disk 1 with PM 3 and the second rotor MS with PM 17, and the grating 11 '- between the MS of stator disk 2 with PM 3 and the second rotor MS with PM 17. Since the plates 12 are located at an angle β (gradually changing their value from plate to plate) both to the edges of the gratings 11 and 11 ', and with respect to the disk 16 of the second rotor and PM 17, the gratings 11 and 11' create two smoothly changing the magnitude of the rotating magnetic fields, mirror-symmetrically acting on both sides of the PM 17 MS disk 16 second of the rotor.

Существенную роль в создании указанных вращающихся магнитных полей играет факт изменения угла β пластин 12 в пределах от 90 до 140^o от центра зоны (или зон) решеток 11 и 11' в одном направлении и от 90 до 40^o в противоположном направлении.A significant role in the creation of these rotating magnetic fields is played by the fact that the angle β of the plates 12 varies from 90 to 140 ^o from the center of the zone (or zones) of the gratings 11 and 11 'in one direction and from 90 to 40 ^o in the opposite direction.

Такое расположение пластин позволяет создать эффект вращающегося магнитного поля, создаваемого принудительно вращаемыми дисками 7 и 8, при этом обеспечивается плавное усиление или ослабление взаимодействия магнитных систем статора (1 и 2) и ротора 16, что приводит последний во вращение с числом оборотов, определяемым передаточным отношением i, которое зависит от числа Z₁ ПМ 3 статора (или числа полюсных шагов t₁) и от числа Z₂ ПМ 17 МС второго ротора (или числа полюсных шагов t₂). Если Z₁>Z₂, диск 16 второго ротора и, соответственно, вал 18 вращаются с меньшей угловой скоростью, нежели диски 7 и 8 первого ротора и жестко скрепленный с ними первый вал.This arrangement of the plates allows you to create the effect of a rotating magnetic field created by forced rotary disks 7 and 8, while providing a smooth amplification or weakening of the interaction of the magnetic systems of the stator (1 and 2) and the rotor 16, which brings the latter into rotation with the number of revolutions determined by the gear ratio i, which depends on the number Z ₁ PM 3 of the stator (or the number of pole steps t ₁ ) and the number Z ₂ PM 17 of the MS of the second rotor (or the number of pole steps t ₂ ). If Z ₁ > Z ₂ , the disk 16 of the second rotor and, accordingly, the shaft 18 rotate at a lower angular speed than the disks 7 and 8 of the first rotor and the first shaft rigidly bonded to them.

Таким образом, передача вращения от ведущего вала к ведомому осуществляется с редукцией скорости вращения. Передаточное отношение в данном случае определяется аналогично зубчатым передачам

Приведенное выражение справедливо, если решетки 11 и 11' имеют один стыковой участок с углом γ между пластинами 12 на стыке. Это выражение справедливо так же в случае, если пластины 12 решеток 11 и 11' разбиты на несколько зон "n" с таким же числом стыков между ними.Thus, the transmission of rotation from the drive shaft to the driven shaft is carried out with a reduction in rotation speed. The gear ratio in this case is determined similarly to gears

The above expression is true if the gratings 11 and 11 'have one butt portion with an angle γ between the plates 12 at the junction. This expression is also true if the plates 12 of the gratings 11 and 11 'are divided into several zones "n" with the same number of joints between them.

Если Z₁<Z₂, диск 16 второго ротора и, соответственно, ведомый вал 18 будут вращаться в направлении, противоположном направлению вращения дисков 7 и 8 первого ротора с передаточным отношением в соответствии с вышеприведенной формулой.If Z ₁ <Z ₂ , the disk 16 of the second rotor and, accordingly, the driven shaft 18 will rotate in a direction opposite to the direction of rotation of the disks 7 and 8 of the first rotor with a gear ratio in accordance with the above formula.

При Z₁= Z₂ передача вращения от первого (ведущего) вала ко второму (ведомому) валу 18 происходит без редукции скорости вращения.When Z ₁ = Z _{2 the} transmission of rotation from the first (leading) shaft to the second (driven) shaft 18 occurs without reducing the rotation speed.

В случае, когда ведущим служит вал 18, а ведомым - первый вал, состоящий из полувалов 14 и 15, при вращении вала 18, жестко скрепленного с диском 16 второго ротора, магниты 17 МС второго ротора создают совместно с МС из ПМ 3 дисков 1 и 2 статора вращающиеся магнитные поля, воздействующие симметрично на пластины решеток 11 и 11', приводя во вращение диски 7 и 8 первого ротора и, следовательно, жестко скрепленные с ними полувалы 14 и 15 первого вала. In the case where the drive shaft 18 is used, and the follower drive is the first shaft, consisting of half shafts 14 and 15, when the shaft 18 is rigidly attached to the disk 16 of the second rotor, the magnets 17 of the MS of the second rotor are created together with the MS from PM 3 of the disks 1 and 2 stator rotating magnetic fields acting symmetrically on the plates of the gratings 11 and 11 ', causing the disks 7 and 8 of the first rotor to rotate and, therefore, half-shafts 14 and 15 of the first shaft rigidly attached to them.

При Z₁<Z₂ первый вал, являющийся в данном случае ведомым, вращается с большей угловой скоростью, нежели ведущий вал 18. При этом передаточное отношение определяется вышеприведенной формулой.When Z ₁ <Z _{2, the} first shaft, which in this case is driven, rotates with a greater angular speed than the drive shaft 18. In this case, the gear ratio is determined by the above formula.

При Z₁>Z₂ первый вал будет вращаться в направлении, противоположном направлению вращения вала 18 с передаточным отношением по вышеприведенной формуле.When Z ₁ > Z _{2, the} first shaft will rotate in a direction opposite to the direction of rotation of the shaft 18 with a gear ratio according to the above formula.

При Z₁=Z₂ оба вала будут вращаться с одинаковой угловой скоростью.With Z ₁ = Z _2, both shafts will rotate at the same angular speed.

Необходимыми условиями создания в предлагаемой магнитной муфте передаточного отношения, помимо разного числа магнитов Z₁ и Z₂ (т.е. разного числа полюсов) соответственно в МС статора и в МС второго ротора, являются:
- наличие одной либо нескольких зон, в пределах которых значение угла β постепенно возрастает или убывает от центра зоны, с образованием одного либо нескольких стыковых участков;
- расположение крайних пластин 12 на границе окончания "однозонной" решетки или на границах зон "многозонной" решетки под углом γ, пределы которого составляют от 80 до 100^o, при этом tg γ/2=t₂/h, где h - ширина решетки, что служит одной из гарантий передачи вращения от решеток 11 и 11' второму ротору с заданным передаточным отношением;
- обеспечение отношения "k" суммарного объема зазоров между пластинами 12 в решетках 11 и 11' к суммарному объему пластин в пределах 0,8-1,5.The necessary conditions for creating a gear ratio in the proposed magnetic coupling, in addition to a different number of magnets Z ₁ and Z ₂ (i.e., a different number of poles), respectively, in the stator MS and in the second rotor MS are:
- the presence of one or more zones, within which the value of the angle β gradually increases or decreases from the center of the zone, with the formation of one or more butt sections;
- the location of the extreme plates 12 at the boundary of the end of the "single-zone" grating or at the boundaries of the zones of the "multi-zone" grating at an angle γ, the limits of which are from 80 to 100 ^o , with tg γ / 2 = t ₂ / h, where h is the width of the grating , which serves as one of the guarantees of transmission of rotation from the gratings 11 and 11 'to the second rotor with a given gear ratio;
- ensuring the ratio "k" of the total volume of the gaps between the plates 12 in the gratings 11 and 11 'to the total volume of the plates in the range of 0.8-1.5.

Если k>1,5, число пластин 12 и их толщина невелики, вследствие чего малы магнитная проводимость решеток и значения создаваемых ими вращающихся магнитных полей, которые оказываются неспособными передать вращение второму ротору из-за малого крутящего момента. При k<0,8 велики магнитные потоки рассеяния, что нарушает однородность создаваемых решетками 11 и 11' вращающихся магнитных полей и препятствует нормальной работе муфты. If k> 1.5, the number of plates 12 and their thickness are small, as a result of which the magnetic conductivity of the gratings and the values of the rotating magnetic fields created by them, which are unable to transmit rotation to the second rotor due to low torque, are small. For k <0.8, the magnetic fluxes of scattering are large, which violates the uniformity of the rotating magnetic fields created by the gratings 11 and 11 'and impedes the normal operation of the coupling.

Подобные нарушения вызывает изменение угла β свыше 140^o и ниже 40^o, что приводит к изменению угла γ за пределы 80-100^o и увеличению рассеяния магнитных потоков из-за взаимного перекрытия пластин.Such violations are caused by a change in the angle β above 140 ^o and below 40 ^o , which leads to a change in the angle γ beyond 80-100 ^o and an increase in the scattering of magnetic flux due to the mutual overlap of the plates.

Предлагаемая магнитная муфта способна обеспечить передаточное отношение от ведущего вала к ведомому и обратно в пределах от 1 до 10³.The proposed magnetic clutch is able to provide a gear ratio from the drive shaft to the driven shaft and vice versa in the range from 1 to 10 ³ .

В опытном образце муфты статор и его обечайка изготовлены из стали 10. Каждый из дисков статора содержит по 100 магнитов из материала на основе сплава Nd-Fe-B длиной 40 мм и поперечным сечением 5•5 мм. В качестве материала диска второго ротора использован текстолит. In the prototype coupling, the stator and its shell are made of steel 10. Each of the stator disks contains 100 magnets of material based on Nd-Fe-B alloy with a length of 40 mm and a cross section of 5 • 5 mm. As the material of the disk of the second rotor used textolite.

К внешним поверхностям диска второго ротора прикреплены попарно магниты из того же сплава, что и магниты статора, и тех же размеров. Число пар магнитов второго ротора равно 40. Magnets of the same alloy as the stator magnets of the same size are attached in pairs to the outer surfaces of the disk of the second rotor. The number of pairs of magnets of the second rotor is 40.

Внутреннее и наружное кольца дисков первого ротора выполнены из текстолита, обечайка - из сплава алюминия Д16Т, пластины решеток толщиной 0,35 мм - из электротехнической стали. Число пластин решеток, приходящееся на один полюсный шаг t₂ второго ротора, равно 14. Решетки залиты эпоксидной смолой с наполнителем из немагнитного материала. Ширина h решетки равна 7 мм. Наружный диаметр МС дисков статора, МС второго ротора и решеток дисков первого ротора равен 368 мм, внутренний диаметр 250 мм. Пластины решеток первого ротора разделены на две зоны с двумя стыковыми участками с углом γ= 100^o. Угол β пластин решеток в каждой из зон изменяется от центра зоны от 90 до 40^o в одном направлении и от 90 до 130^o в другом направлении. Передаточное отношение муфты составляет i=25. При крутящем моменте 40 Н•м на ведущем вале, которым служит первый вал, крутящий момент ведомого вала составляет 10³ Н•м, угловая скорость вращения ведущего вала 1,5•10³ рад/с (15 тыс. об/мин). Габариты муфты: диаметр 320 мм, ширина 60 мм.The inner and outer rings of the disks of the first rotor are made of PCB, the shell is made of an aluminum alloy D16T, and the plate of the gratings 0.35 mm thick is made of electrical steel. The number of lattice plates per pole step t _{2 of the} second rotor is 14. The lattices are filled with epoxy resin filled with non-magnetic material. The width h of the grating is 7 mm. The outer diameter of the MS of the disks of the stator, the MS of the second rotor and the lattices of the disks of the first rotor is 368 mm, the inner diameter of 250 mm. The plates of the gratings of the first rotor are divided into two zones with two butt sections with an angle γ = 100 ^o . The angle β of the grating plates in each of the zones varies from the center of the zone from 90 to 40 ^o in one direction and from 90 to 130 ^o in the other direction. The gear ratio of the clutch is i = 25. With a torque of 40 N • m on the drive shaft, which is the first shaft, the torque of the driven shaft is 10 ³ N • m, the angular velocity of rotation of the drive shaft is 1.5 • 10 ³ rad / s (15 thousand rpm). Dimensions of the coupling: diameter 320 mm, width 60 mm.

Изготовление муфты предполагает использование известных материалов, традиционных технологических процессов и оборудования, что свидетельствует о возможности промышленной реализации изобретения. The manufacture of the coupling involves the use of well-known materials, traditional processes and equipment, which indicates the possibility of industrial implementation of the invention.

Источники информации
1. Ганзбург Л.Б. и др. Бесконтактные магнитные механизмы, Л., 1985.Sources of information
1. Hansburg LB and other contactless magnetic mechanisms, L., 1985.

2. Ганзбург Л.Б. и др. Механизмы с магнитной связью, Л., 1973. 2. Hansburg LB and other Mechanisms with magnetic coupling, L., 1973.

3. Ганзбург Л.Б. и др. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов: Справочник, Л., 1980. 3. Hansburg LB and other Design of electromagnetic and magnetic mechanisms: Handbook, L., 1980.

4. Авторское свидетельство СССР 1118813, МПК F 16 D 27/01, опубликовано 15.10.1984. 4. USSR author's certificate 1118813, IPC F 16 D 27/01, published October 15, 1984.

Claims

1. A magnetic coupling containing a first rotor, consisting of two disks, rigidly fastened with respective half shafts and with each other on their periphery, for example, by means of a shell of non-magnetic material, forming the first shaft, the second rotor in the form of a disk of non-magnetic material with mounted on it around the circumference by permanent magnets with magnetization along the axis of the coupling, forming a multi-pole magnetic system with alternating polarity of the poles, while the disk of the second rotor is equally between the disks of the first rotor m distance from them, magnetically connected with them and rigidly bonded to a second shaft mounted on bearings inside the first shaft, characterized in that it further comprises a stator with bushings for placement on the bearings of the first and second shafts, consisting of two disks or two flat parts of arbitrary shape from soft magnetic material equidistant from the disk of the second rotor and fastened to each other along their periphery, for example, by means of a shell, with the formation of the clutch housing, to the inner side surfaces of the disks or Gloss parts freeform stator circumferentially attached permanent magnets with the magnetization along the axis of the sleeve forming two separate multipole magnet system with alternating polarity poles and a pole pitch t _1, the permanent magnets of the second rotor are arranged with a pole pitch t _2, the amount of polar steps t ₁ differs from the number of pole steps t ₁ per integer, the disks of the first rotor consist of each of the outer and inner rings of non-magnetic dielectric material, between which a sieve is mounted formed by plates of soft magnetic material located with a gap relative to each other so that the ratio of the total volume of gaps between the plates to the total volume of the plates is in the range of 0.8-1.5, the plates are inserted into grooves made along the rim of each of the inner rings the disks of the first rotor, and in the grooves made along the inner rim of each of the outer rings of the disks of the first rotor, the angle between adjacent plates in their middle part is the same along the perimeter of the lattice, each of the lattices has one or several zones, within which the angle β between each plate and one of the edges of the outer or inner ring of the disks of the first rotor gradually increases from the center of the zone to one of its edges in the range from 90 to 140 ^o (and gradually decreases in the range from 90 to 40 ^o in the opposite direction to the second edge of the zone with the formation, respectively, of one or more butt sections, where the extreme plates at the junction are located at an angle γ to each other, ranging from 80 to 100 ^o , and tg γ / 2 = t ₂ / h, where h is the width of the lattice plate lattices, as well as opposite pairs of stator magnets are mirror images of each other relative to a plane passing through the center of the disk of the second rotor parallel to its side surfaces.

2. The magnetic coupling according to claim 1, characterized in that the magnetic system of the second rotor is formed by permanent magnets attached to the disk of the second rotor in pairs on both sides.

3. The magnetic coupling according to claim 1, characterized in that the plates of the gratings of the disks of the first rotor are filled with self-curing non-magnetic material, for example, a compound with dielectric filler or ceramic material.