RU2797308C1 - Overrunning magnetic clutch - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention is related specifically to couplings. Overrunning magnetic clutch contains half-couplings with magnetic cores connected to communicated shafts, on which permanent magnets are placed with alternation of poles along the circumferences of magnetic cores. One coupling half is rigidly connected by its magnetic circuit to one of the shafts. The second half-coupling with its magnetic circuit is connected to another shaft through a screw gear with limitation of screw movement.

EFFECT: expanding the functionality of the device.

1 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое устройство «Муфта обгонная магнитная» относится к машиностроительной отрасли промышленности, преимущественно - к трансмиссиям различного назначения в различных областях техники.The claimed device "Overrunning magnetic clutch" refers to the engineering industry, mainly to transmissions for various purposes in various fields of technology.

Обгонные муфты как класс технических устройств предназначены для передачи крутящего момента в направлении от ведущей вращающейся детали к ведомой. Особенностью данного механизма является то, что крутящий момент передается только в заданном направлении и до тех пор, пока угловые скорости вращения ведущего и ведомого звеньев остаются одинаковыми. Как только угловая скорость ведомого звена по тем или иным причинам превысит скорость ведущего, механизм свободного хода автоматически разобщает сцепленные части.Overrunning clutches as a class of technical devices are designed to transmit torque in the direction from the leading rotating part to the driven one. A feature of this mechanism is that the torque is transmitted only in a given direction and as long as the angular speeds of rotation of the driving and driven links remain the same. As soon as the angular velocity of the driven link for one reason or another exceeds the speed of the master, the freewheel mechanism automatically disconnects the coupled parts.

Обгонные муфты являются широко известными механизмами, различные принципы их действия описаны в многочисленных источниках, в том числе - в главе III тома 2 справочника [1], относящегося к классической технической литературе.Overrunning clutches are widely known mechanisms, various principles of their operation are described in numerous sources, including chapter III of volume 2 of the reference book [1], which belongs to the classical technical literature.

Общая закономерность устройства обгонных муфт состоит в том, что в указанных муфтах присутствуют узлы, например храповые механизмы с подпружиненными «собачками» или роликовые заклинивающие механизмы, в которых передача крутящего момента осуществляется только при одном направлении вращения входного вала.The general pattern of overrunning clutches is that there are nodes in these clutches, for example, ratchet mechanisms with spring-loaded “pawls” or roller wedge mechanisms, in which torque transmission is carried out only in one direction of rotation of the input shaft.

К подобным известным обгонным муфтам относятся, например, муфты согласно патентам [2] и [3].Such known overrunning clutches include, for example, clutches according to patents [2] and [3].

Недостатком всех типов обгонных муфт является их сложность и относительно малая надежность в следствие того, что сопрягаемые части муфт находятся в постоянном механическом контакте, приводящем к постепенным отказам механики либо к разрушению их подвижных элементов (подпружиненных «собачек», роликов, иных элементов муфт).The disadvantage of all types of overrunning clutches is their complexity and relatively low reliability due to the fact that the mating parts of the clutches are in constant mechanical contact, leading to gradual failures of the mechanics or to the destruction of their moving elements (spring-loaded "dogs", rollers, other clutch elements).

Существует класс соединительных муфт, связывающих вращающиеся входные и выходной валы и передающие вращающие моменты от одного вала к другому посредством магнитного поля между системами магнитов, связанных с взаимодействующими валами.There is a class of couplings that connect rotating input and output shafts and transmit torques from one shaft to another by means of a magnetic field between systems of magnets associated with interacting shafts.

Подобные магнитные муфтами широко используются в герметичных электроприводах [4], [5].Such magnetic couplings are widely used in sealed electric drives [4], [5].

Известна магнитная муфта по патенту 2091624 RU [6], являющаяся наиболее близкой по технической сущности к заявляемой муфте, содержащая полумуфты с магнитопроводами, на которых размещены постоянные магниты с чередованием полюсов по окружности.Known magnetic clutch according to patent 2091624 RU [6], which is the closest in technical essence to the claimed clutch, containing half-couplings with magnetic circuits, on which permanent magnets are placed with alternating poles around the circumference.

Муфта указанной конструкция выполняет функцию бесконтактной передачи вращающего момента от одного из валов к другому при любом их направлении вращения, но не может выполнять функцию обгонной муфты, которая должна передавать вращающий момент только при одном направлении вращения входного вала, а при обратном направлении вращения указанного вала полумуфты должны проскальзывать друг относительно друга без передачи вращающего момента.The coupling of the specified design performs the function of non-contact transmission of torque from one of the shafts to another in any direction of rotation, but cannot perform the function of an overrunning clutch, which must transmit torque only in one direction of rotation of the input shaft, and in the reverse direction of rotation of the specified shaft of the coupling half must slide relative to each other without transmitting torque.

Целью заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей магнитной муфты и реализации в ее конструкции функционала обгонной муфты.The purpose of the claimed invention is to expand the functionality of the magnetic clutch and the implementation in its design of the functionality of the overrunning clutch.

Поставленная цель достигается тем, что в известной магнитной муфте, содержащей соединенные с сообщаемыми валами полумуфты с магнитопроводами, на которых размещены постоянные магниты с чередованием полюсов по окружностям магнитопроводов, согласно изобретению, одна полумуфта жестко соединена своим магнитопроводом с одним из валов, а вторая полумуфта своим магнитопроводом соединена с другим валом через винтовую передачу с ограничением винтового перемещения.This goal is achieved by the fact that in a well-known magnetic coupling containing coupling halves with magnetic circuits connected to the communicated shafts, on which permanent magnets are placed with alternating poles along the circumferences of the magnetic circuits, according to the invention, one coupling half is rigidly connected by its magnetic circuit to one of the shafts, and the second coupling half by its is connected by a magnetic circuit to another shaft through a screw gear with limited screw movement.

Предлагаемая муфта обгонная магнитная представлена на фиг. 1.The proposed overrunning magnetic clutch is shown in Fig. 1.

Муфта содержит одну полумуфту 1 с магнитопроводом 2, на котором размещены постоянные магниты 3 с чередованием полюсов по окружности магнитопровода 2, соединенную с одним из сообщаемых валов 4, а также содержит вторую, связанную с валом 5, полумуфту 6 с магнитопроводом 7, на котором размещены постоянные магниты 8 с чередованием полюсов по окружности магнитопровода 7, согласно изобретению, одна полумуфта 1 жестко соединена своим магнитопроводом 2 с одним из сообщаемых валов 4, а вторая полумуфта 6 своим магнитопроводом 7 соединена с другим валом 5 через винтовую передачу 9 с ограничением винтового перемещения ограничителем 10.The clutch contains one coupling half 1 with a magnetic circuit 2, on which permanent magnets 3 are placed with alternating poles around the circumference of the magnetic circuit 2, connected to one of the communicated shafts 4, and also contains a second coupling half 6 connected to the shaft 5 with a magnetic circuit 7, on which permanent magnets 8 with alternating poles around the circumference of the magnetic circuit 7, according to the invention, one half-coupling 1 is rigidly connected by its magnetic circuit 2 to one of the communicated shafts 4, and the second half-coupling 6 by its magnetic circuit 7 is connected to another shaft 5 through a screw gear 9 with limiting the helical movement by a limiter 10.

Функционирование заявляемой муфты обгонной магнитной происходит следующим образом.The operation of the inventive overrunning magnetic clutch is as follows.

Предположим, что в исходном состоянии магнитная полумуфта 1, соединенная с валом 4, вращается в направлении черной стрелки, изображенной на сечении А-А вида II. Вал 5 вместе с винтом винтовой передачи 9 и полумуфтой 6, находящейся в крайнем положении винтовой передачи в контакте с ограничителем 10, неподвижен. При этом магниты 3 вращающейся полумуфты 1, находящиеся в частичном магнитном взаимодействии с магнитами 8 через воздушный зазор и соответствующие магнитопроводы 2 и 7, обегают магниты 8 неподвижной полумуфты 6, удерживая осевой силой винтовой передачи 9 полумуфту 6 в силовом контакте с ограничителем 10.Let us assume that in the initial state the magnetic coupling half 1, connected to the shaft 4, rotates in the direction of the black arrow shown in section A-A of type II. The shaft 5, together with the screw of the screw transmission 9 and the coupling half 6, which is in the extreme position of the screw transmission in contact with the limiter 10, is motionless. In this case, the magnets 3 of the rotating half-clutch 1, which are in partial magnetic interaction with the magnets 8 through the air gap and the corresponding magnetic circuits 2 and 7, run around the magnets 8 of the fixed half-clutch 6, holding the half-clutch 6 in force contact with the limiter 10 by the axial force of the screw gear 9.

Радиальная сила частично взаимодействующих магнитов полумуфт 1 и 6 недостаточна для приведения во вращение неподвижного вала 5. Заявляемая магнитная муфта в рассматриваемом случае при вращении полумуфты 1 в направлении, указанном стрелкой на сечении А-А вида II, находится в режиме обгона, т.е. функционирует как обгонная муфта.The radial force of the partially interacting magnets of the clutch halves 1 and 6 is not sufficient to bring the fixed shaft 5 into rotation. functions as a freewheel.

Изменим на противоположное направление вращение вала 4, соединенного с магнитной полумуфтой 1. Частичные силы магнитного взаимодействия - притяжения магнитов 3 полумуфты 1 к магнитам 8 полумуфты 6 при этом осуществляют проворачивание муфты 6 на винте винтовой передачи 9 в направлении, противоположном указанному черной стрелкой на виде А-А, что вызывает осевое (см. светлую стрелку на виде II промежуточного положения полумуфты 6) перемещение полумуфты 6, направленное внутрь полумуфты 1, вызывая нарастание величины магнитного взаимодействия полумуфт 1 и 6. В процессе указанного перемещения разнополюсные магниты, размещенные на магнитопроводах 2 и 7, под действием сил притяжения устанавливаются друг против друга и обеспечивают, в конечном итоге, упор торца полумуфты 6 в торец вала 5, передавая максимальный вращающий момент от вала 4 к валу 5. Заявляемая обгонная магнитная муфта при этом работает как соединительная муфта, обеспечивающая бесконтактную передачу вращающего момента от вала 4 к валу 5.Let's reverse the rotation of the shaft 4 connected to the magnetic half-clutch 1. Partial forces of magnetic interaction - the attraction of the magnets 3 of the half-clutch 1 to the magnets 8 of the half-clutch 6 while turning the clutch 6 on the screw of the screw transmission 9 in the direction opposite to that indicated by the black arrow in view A -A, which causes an axial (see the light arrow in the form II of the intermediate position of the half-coupling 6) movement of the half-coupling 6 directed inside the half-coupling 1, causing an increase in the magnitude of the magnetic interaction of the half-couplings 1 and 6. In the process of this movement, opposite-pole magnets placed on the magnetic cores 2 and 7, under the action of attractive forces, are installed against each other and ultimately ensure that the end of the half-coupling 6 stops against the end of the shaft 5, transferring the maximum torque from the shaft 4 to the shaft 5. transmission of torque from shaft 4 to shaft 5.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает положительный эффект, существенно упрощая конструкцию обгонной муфты, полностью исключив из состава муфты механические заклинивающие узлы, используя принцип магнитного взаимодействия вращающихся полумуфт, тем самым повышая надежность муфты. Воздушный зазор между вращающимися магнитными полумуфтами существенно упрощает центровку соединяемых муфтой валов, что также является бесспорным преимуществом заявляемой магнитной обгонной муфты по сравнению с механическими муфтами.Thus, the claimed invention provides a positive effect, greatly simplifying the design of the overrunning clutch, completely excluding mechanical jamming units from the clutch, using the principle of magnetic interaction of rotating coupling halves, thereby increasing the reliability of the clutch. The air gap between the rotating magnetic coupling halves greatly simplifies the alignment of the shafts connected by the coupling, which is also an indisputable advantage of the inventive magnetic overrunning clutch in comparison with mechanical clutches.

1. В.И. Анурьев. «Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т, Т. 2, глава III. М., Машиностроение, 1978.1. V.I. Anuryev. "Handbook of the designer-machine builder. In 3 vols, vol. 2, chapter III. M., Mashinostroenie, 1978.

2. Патент 2614408 RU, 2013.03.20, «ОБГОННАЯ МУФТА ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ СО ШТИФТАМИ И СОБАЧКАМИ». Автор: РУБИНО Маркое Томас (US). Патентообладатель: УОРНЕР ЭЛЕКТРИК ТЕКНОЛОДЖИ ЭлЭлСи (US).2. Patent 2614408 RU, 2013.03.20, "DOUBLE-ACTION OVERWAY CLUTCH WITH PINS AND DOGS". Author: RUBINO Marcoe Thomas (US). Patent holder: WARNER ELECTRIC TECHNOLOGY LLC (US).

3. Патент 2437008 RU, 2010.07.12. ОБГОННАЯ МУФТА (ВАРИАНТЫ) Автор(ы): Хохряков Борис Георгиевич (RU), Бакалов Сергей Иванович (RU), Васильев Виктор Васильевич (RU), Писанко Елена Даниловна (RU), Селезнев Геннадий Николаевич (RU). Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью НПО "Сибирский Машиностроитель" (RU).3. Patent 2437008 RU, 2010.07.12. OVERRUN CLUTCH (OPTIONS) Author(s): Khokhryakov Boris Georgievich (RU), Bakalov Sergey Ivanovich (RU), Vasiliev Viktor Vasilievich (RU), Pisanko Elena Danilovna (RU), Seleznev Gennady Nikolaevich (RU). Patentee(s): Limited Liability Company NPO "Siberian Mashinostroitel" (RU).

4. Н.Е. Вишневский, Н.П. Глуханов, И.С. Ковалев. Машины и аппараты с герметичным электроприводом, гл. V. Л., «Машиностроение» (Ленинградское отделение), 1977.4. N.E. Vishnevsky, N.P. Glukhanov, I.S. Kovalev. Machines and devices with sealed electric drive, ch. V. L., "Engineering" (Leningrad branch), 1977.

5. Справочник «Постоянные магниты» под. редакцией д.т.н., проф. Ю.М. Пятина. М., издательство «Энергия», 1980.5. Directory "Permanent magnets" under. edited by d.t.s., prof. Yu.M. Pyatina. M., publishing house "Energy", 1980.

6. Патент 2091624 RU, 31.03.1992. МАГНИТНАЯ МУФТА, Автор(ы): Николаев Е.А., Красильников А.Я., Сухоросов Л.Н., Патентообладатель: Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения.6. Patent 2091624 RU, March 31, 1992. MAGNETIC COUPLING, Author(s): Nikolaev E.A., Krasilnikov A.Ya., Sukhorosov L.N., Patentee: Sverdlovsk Research Institute of Chemical Engineering.

Claims (1)

Муфта обгонная магнитная, содержащая соединенные с сообщаемыми валами полумуфты с магнитопроводами, на которых размещены постоянные магниты с чередованием полюсов по окружностям магнитопроводов, отличающаяся тем, что одна полумуфта жестко соединена своим магнитопроводом с одним из валов, а вторая полумуфта своим магнитопроводом соединена с другим валом через винтовую передачу с ограничением винтового перемещения.An overrunning magnetic clutch, containing coupling halves with magnetic cores connected to the communicated shafts, on which permanent magnets are placed with alternating poles along the circumferences of the magnetic cores, characterized in that one half-coupling is rigidly connected by its magnetic circuit to one of the shafts, and the second half-coupling by its magnetic circuit is connected to another shaft through screw gear with limited screw movement.

Images