RU2658303C1

RU2658303C1 - Asynchronous stator magnetic coupling

Info

Publication number: RU2658303C1
Application number: RU2017100098A
Authority: RU
Inventors: Рафаэль Наильевич Узяков; Эдуард Леонидович Греков; Николай Александрович Манаков; Александр Анатольевич Горбань; Александр Викторович Колотвин
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-01-09
Publication date: 2018-06-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used to transfer mechanical energy with a sealed separation of the cavities of the driving and driven shafts and for driving mechanisms with large moments with a significant difference in the angular velocities of the half couplings. Asynchronous stator magnetic coupling contains two coupling halves. On the leading half-coupling there are fixed magnets with the number of pole pairs p (where p = 1, 2, …n), and the driven half-coupling has an axle winding and a stationary stator consisting of separate magnetic circuits arranged along the circumference, the number of which is z=2(p+kp/2) (where k=1, 2, …n). Magnetic cores are united by a stator casing made of non-magnetic metal. Stator passes through a screen separating the cavities of the driving and driven shafts. On both sides of the screen there are working parts of the stator, with which the coupling halves interact. Between the couplings and the stator, there is a basic air gap of the minimum possible size, at least ten times greater than the main air gap. When the driving half-coupling rotates, a rotating magnetic flux is formed in the stator, which, crossing the winding of the driven coupling half, induces an emf in it. Emerging in axle winding the electric current interacts with the rotating magnetic field of the stator, creating a rotating electromagnetic moment that rotates the driven coupling half in the same direction as the leading half coupling.

EFFECT: technical result is high specific characteristics with a significant (more than 20 mm) thickness of the separating screen, which provides a high pressure difference and radiation safety.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и электротехнике. Оно может быть использовано для передачи механической энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов.The invention relates to mechanical engineering and electrical engineering. It can be used to transfer mechanical energy with a tight separation of the cavities of the drive and driven shafts.

Известно большое разнообразие магнитных муфт для передачи энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов [Ганзбург Л.Б., Федотов А.И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. Справочник. Л., Машиностроение. 1980].There is a wide variety of magnetic couplings for energy transfer with a tight separation of the cavities of the driving and driven shafts [Ganzburg LB, Fedotov AI Design of electromagnetic and magnetic mechanisms. Directory. L., Engineering. 1980].

Общими недостатками известных устройств является то, что экран, разделяющий полости ведущего и ведомого валов, не может иметь значительную толщину, так как при этом увеличивается суммарное магнитное сопротивление и, следовательно, уменьшается максимальный передаваемый момент, а также пробуксовывание муфты при превышении расчетного момента, что не позволяет использовать их для разгона и привода механизмов с большими моментами инерции.General disadvantages of the known devices is that the screen separating the cavities of the drive and driven shafts cannot have a significant thickness, since this increases the total magnetic resistance and, therefore, decreases the maximum transmitted moment, as well as slipping of the clutch when the calculated torque is exceeded, which It does not allow to use them for acceleration and drive mechanisms with large moments of inertia.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является электромагнитная муфта-редуктор, имеющая неподвижный экран в виде корпуса из электроизоляционного материала со встроенными ферромагнитными элементами, содержащая ведущее звено в виде электромагнита с одной или большим числом пар полюсов, расположенное в цилиндрической полости неподвижного экрана, и ведомое звено - ферромагнитный якорь, имеющий два зубца, расположенный во внутренней полости экрана (см. описание изобретения к патенту RU №2451382 от 20.05.2012).Closest to the technical nature of the present invention (prototype) is an electromagnetic clutch gearbox having a fixed screen in the form of a housing made of insulating material with integrated ferromagnetic elements, containing a driving link in the form of an electromagnet with one or more pairs of poles, located in a cylindrical cavity of a stationary screen, and the driven link is a ferromagnetic anchor having two teeth located in the inner cavity of the screen (see the description of the invention to patent RU No. 2451382 of 20 .05.2012).

Недостатками устройства являются энергозависимость, сложность конструкции, незначительная прочность электроизоляционных материалов и невозможность использования для разгона и привода механизмов с большими моментами инерции.The disadvantages of the device are volatility, design complexity, low strength of electrical insulation materials and the inability to use mechanisms with large moments of inertia to accelerate and drive.

Задачей изобретения является обеспечение возможности передачи энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов при значительной (более 20 мм) толщине разделяющего экрана, обеспечивающего высокую разность давлений и радиационную безопасность, и обеспечение возможности передачи энергии при значительной разности угловых скоростей полумуфт для привода механизмов с большими моментами.The objective of the invention is to provide the possibility of energy transfer with a tight separation of the cavities of the drive and driven shafts with a significant (more than 20 mm) thickness of the separating screen, providing a high pressure difference and radiation safety, and providing the possibility of energy transfer with a significant difference in the angular velocities of the coupling halves for driving mechanisms with large moments.

Поставленная задача решается тем, что асинхронная статорная магнитная муфта содержит ведущую полумуфту 1, с установленными на ней постоянными магнитами 3 и 4, имеющую число пар полюсов р (где р=1, 2, …n), ведомую полумуфту 2, имеющую кольцеобразный магнитопровод 10 с короткозамкнутой обмоткой 11 в виде «беличьего колеса», и неподвижный статор 8, имеющий отдельные магнитопроводы 7, расположенные по окружности, число которых z=2(р+kp/2) (где k=1, 2, …n). Магнитопроводы, которые могут быть выполнены из шихтованной электротехнической стали, объединены корпусом статора 8, выполненным из немагнитного металла (аустенитная нержавеющая сталь, алюминиевый сплав и т.п.). Статор проходит через немагнитный экран 9, разделяющий полости ведущего и ведомого валов. С обеих сторон экрана 9 выступают рабочие части статора, с которыми взаимодействуют полумуфты. Между полумуфтами и статором имеется основной воздушный зазор минимально возможной величины. Зазор между элементами статора как минимум в десять раз больше, чем основной воздушный зазор. Магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами ведущей полумуфты 1, замыкается через многоэлементный ферромагнитный магнитопровод статора и магнитопровод 10 полумуфты 2.The problem is solved in that the asynchronous stator magnetic coupling contains a leading coupling half 1, with permanent magnets 3 and 4 mounted on it, having the number of pole pairs p (where p = 1, 2, ... n), a driven coupling half 2 having an annular magnetic circuit 10 with a short-circuited winding 11 in the form of a “squirrel wheel”, and a fixed stator 8 having separate magnetic cores 7 arranged in a circle, the number of which z = 2 (p + kp / 2) (where k = 1, 2, ... n). Magnetic cores, which can be made of burnt electrical steel, are connected by a stator housing 8 made of non-magnetic metal (austenitic stainless steel, aluminum alloy, etc.). The stator passes through a non-magnetic screen 9, separating the cavity of the drive and driven shafts. On both sides of the screen 9 are the working parts of the stator, with which the coupling halves interact. Between the coupling halves and the stator there is a main air gap of the smallest possible size. The gap between the stator elements is at least ten times larger than the main air gap. The magnetic flux generated by the permanent magnets of the driving coupling half 1 is closed through a multi-element ferromagnetic magnetic circuit of the stator and the magnetic circuit 10 of the coupling half 2.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема асинхронной статорной магнитной муфты, исполнение - 1, на фиг. 2 - эта же муфта, исполнение - 2.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic diagram of an asynchronous stator magnetic coupling, execution - 1, in FIG. 2 - the same coupling, execution - 2.

Представленная на фиг. 1 и фиг. 2 схема изобретения состоит из следующих основных элементов: ведущая полумуфта 1 с постоянными магнитами 3 и 4, ведомая полумуфта 2 с кольцеобразным магнитопроводом 10 и короткозамкнутой обмоткой «беличье колесо» 11, валы полумуфт 5 и 6, магнитопроводы статора 7, статор 8, экран 9, разделяющий полости ведущего и ведомого валов. Постоянные магниты 3 и 4, установленные на полумуфте 1, имеют разнонаправленную намагниченность и расположены попеременно.Presented in FIG. 1 and FIG. 2, the scheme of the invention consists of the following main elements: the leading coupling half 1 with permanent magnets 3 and 4, the driven coupling half 2 with an annular magnetic circuit 10 and a short-circuited winding "squirrel wheel" 11, the shafts of the coupling halves 5 and 6, the magnetic circuits of the stator 7, stator 8, screen 9 separating the cavity of the driving and driven shafts. Permanent magnets 3 and 4 mounted on the coupling half 1 have multidirectional magnetization and are alternately arranged.

Асинхронная статорная магнитная муфта работает следующим образом. Постоянные магниты 3 и 4, расположенные на полумуфте 1, создают магнитный поток, замыкающийся через магнитопроводы статора 7 и полумуфты 2. При вращении полумуфты 1 в статоре образуется вращающийся магнитный поток, который, пересекая обмотку 11, наводит в ней ЭДС. Возникающий в короткозамкнутой обмотке 11 электрический ток взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора 7, создавая вращающий электромагнитный момент, направленный в ту же сторону, что и вращение полумуфты 1. Создаваемый момент будет зависеть от величины скольжения между частотами вращения полумуфты 1 (магнитного поля в статоре 7) и полумуфты 2.Asynchronous stator magnetic coupling operates as follows. Permanent magnets 3 and 4, located on the coupling half 1, create a magnetic flux that closes through the stator 7 and coupling half magnetic cores. When the coupling half 1 rotates, a rotating magnetic flux forms in the stator, which, crossing the winding 11, induces an EMF in it. The electric current arising in the short-circuited winding 11 interacts with the rotating magnetic field of the stator 7, creating a rotating electromagnetic moment directed in the same direction as the rotation of the coupling half 1. The generated torque will depend on the amount of slip between the rotation frequencies of the coupling half (magnetic field in the stator 7 ) and coupling halves 2.

Claims

An asynchronous stator magnetic coupling containing two coupling halves, permanent magnets having the number of pole pairs p (where p = 1, 2, ... n) are installed on the driving coupling half, and the driven coupling half has a short-circuited winding, characterized in that it has a fixed stator consisting of individual magnetic circuits arranged around a circle, the number of which is z = 2 (p + kp / 2) (where k = 1, 2, ... n), and the coupling coupling does not interact directly with each other, but through the stator.