Магнитно-реологическая муфта с многослойными лентами
Изобретение относится к магнитно-реологической муфте. Магнитно-реологическая муфта состоит из стационарной части, вращающейся первичной части с первичными лентами и вторичной части с вторичными лентами. Между первичной и вторичной частями образовано рабочее пространство, содержащее магнитно-реологическую жидкость. Первичные и вторичные ленты выполнены чередующимися друг за другом в радиальном направлении. Между парами первичных и вторичных лент находятся первые ярма с магнитными катушками, ось обмотки которых направлена по радиусу и которые, располагаясь друг за другом в окружном направлении, имеют противоположную полярность. Первые ярма имеют цилиндрические торцевые поверхности, из которых исходят или в которые входят магнитные линии в радиальном направлении. Первичные и вторичные ленты являются замкнутыми цилиндрическими оболочками. Радиально снаружи и радиально внутри первых ярм предусмотрено наружное и внутреннее второе ярмо, причем магнитные линии поля входят во вторые ярма и радиально выходят их них в противоположном направлении. Решение направлено на сокращение гомогенизации магнитных линий поля, максимизацию их активной части и на обеспечение замкнутых линий поля магнитной индукции. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к магнитно-реологической муфте, состоящей из стационарной части, первичной части с первичными лентами и вторичной части с вторичными лентами, при этом по меньшей мере одна из первичной части и вторичной части выполнена с возможностью коаксиального вращения относительно соответственно другой части, причем между первичной частью и вторичной частью образовано содержащее магнитно-реологическую жидкость рабочее пространство, в котором первичные многослойные ленты и вторичные многослойные ленты чередуются друг за другом в радиальном направлении, причем на магнитно-реологическую жидкость воздействует регулируемое магнитное поле. Для различия между первичной частью и вторичной частью принимается, что вторичная часть окружает первичную часть и рабочее пространство, если не предписано ничего другого.
Для применения муфты указанного типа в системе привода транспортного средства потребление тока и размеры конструкции являются критическими и поэтому подлежат уменьшению. К этому присоединяются еще и другие требования: настолько широкий диапазон регулирования передаваемого момента, чтобы, с одной стороны, стал возможным запуск без пробуксовки из состояния покоя, а с другой стороны, также из соображений шума, по возможности полное расцепление; и, наконец, быстрое срабатывание, чтобы быть совместимыми с электронными устройствами регулирования динамики движения (ESB, ABS и т.д.).
Муфта указанного типа известна из EP 940286 A2. В ней магнитное поле создается катушкой, жестко закрепленной в корпусе. Благодаря конструкции магнитной катушки с ее ярмом линии поля (магнитная линия) являются относительно длинными, что уменьшает активную часть магнитного поля, которая является его воздействующей на магнитно-реологическую жидкость частью. Благодаря этому также между ее ярмом и вращающимися частями, в частности дисками, существует воздушный зазор, который из соображений допусков должен иметь значительную ширину. Вследствие этого магнитные линии прерываются и еще больше ослабляется воздействующее на магнитно-реологическую жидкость магнитное поле.
Лежащая в основе изобретения задача состоит в том, чтобы усовершенствовать муфту указанного типа в том отношении, что на самом малом рабочем пространстве и при минимальном потреблении тока может передаваться по возможности высокий вращающий момент.
Согласно изобретению это достигается с помощью отличительных признаков п.1 формулы изобретения. Четное число магнитных катушек с радиальной осью намотки, причем соседние магнитные катушки имеют противоположную полярность, и их расположение внутри содержащего магнитно-реологическую жидкость рабочего пространства (признак а)) и магнитные линии поля, по существу, в радиальном направлении выходящие из первых ярм или входящие в них (признак b)), обеспечивают наикратчайшие и в большей части своей длины действующие в рабочем пространстве замкнутые линии поля. Ленты могут быть расположены как внутри, так и снаружи, а также внутри и снаружи магнитных катушек, что подразумевает, по меньшей мере, на одной стороне. То, что первичные ленты и вторичные ленты являются замкнутыми цилиндрическими оболочками (признак с)), обеспечивает малые осевые размеры муфты и особенно благоприятную форму магнитного поля. Этой благоприятной форме способствуют также внешнее и внутреннее вторые ярма (признак d)), которые отклоняют магнитные линии и ограничивают рабочее пространство снаружи и изнутри.
Также дальнейшие признаки способствуют в целом сокращению и гомогенизации магнитных линий поля, маскимизации их активной части и минимизации магнитного короткого замыкания. Линии поля проходят радиально в одном направлении, отклоняются у обоих вторых ярм и проходят затем радиально в противоположном направлении. Магнитная индукция замкнутых линий поля является, таким образом, постоянной.
Для того чтобы компактно объединить первые ярма и обеспечить быстрый монтаж, они собраны своими магнитными катушками в первое ярмовое кольцо (пункт 2 формулы изобретения). Чтобы, далее, задерживать возникновение вихревых токов в ярмах, их составляют из (металлических) листов или же они состоят из спеченного материала с высокой магнитной проницаемостью. Благодаря этому магнитное поле можно быстро создать и снова погасить, что гарантирует требуемое для электронных ходовых и тормозных устройств быстрое регулирование.
Первые ярма могут быть соединены без возможности проворачивания с первичной частью или, альтернативно, со вторичной частью и вторые ярма - со вторичной частью или, альтернативно, с первичной частью (пункты 4, 5 формулы изобретения). Так как цилиндрические ленты на одном из двух своих краев соединены с первичной или со вторичной частью, то оба расположения являются одинаково благоприятными.
В особенно предпочтительном варианте выполнения снаружи и внутри первых ярм расположены первичные ленты и вторичные ленты, и вторые ярма имеют обращенные к лентам параллельные и коаксиальные цилиндрические поверхности (пункт 6 формулы изобретения). Первое ярмовое кольцо, таким образом, расположено почти в радиальном центре между лентами, благодаря чему число близких к генератору магнитного поля лент удвоено и магнитное поле используется благодаря этому лучшим образом.
В другом варианте выполнения изобретения первичные ленты и вторичные ленты расположены снаружи первых ярм и внутреннее второе ярмо соединено с первыми ярмами (пункт 7 формулы изобретения). Эта система при очень высоких числах оборотов является более благоприятной, так как воздействующие на первые ярма центробежные силы становятся меньше.
В предпочтительном развитии идеи изобретения ленты изготовлены из материала с высокой магнитной проницаемостью и имеют распределенные по своему периметру, проходящие в осевом направлении зоны с малой магнитной проницаемостью (пункт 8 формулы изобретения). Эти зоны уменьшают магнитное короткое замыкание внутри лент. Эти зоны могут состоять из ряда следующих друг за другом отверстий (пункт 9 формулы изобретения), которые предпочтительно расположены таким образом, что ряды следующих друг за другом отверстий представляют крутые винтовые линии (пункт 9 формулы изобретения). Ряды, таким образом, наклонены под острым углом к образующей цилиндрической оболочке (которую образуют ленты). Благодаря этому снижаются неравномерности вращающего момента.
Также в рамках этого мероприятия ряд расположенных друг за другом отверстий можно объединить в паз (пункт 11 формулы изобретения). Если ход зон с малой магнитной проницаемостью первичных лент отличается от хода зон вторичных лент, то возникновение колебаний или шумов задерживается.
В преобразованном варианте выполнения, наконец, первые ярма и внутреннее второе ярмо жестко соединены с корпусом, а внешнее второе ярмо соединено со вторичной частью и имеет на своей обращенной к лентам внутренней стороне параллельные и коаксиальные лентам цилиндрические поверхности (пункт 12 формулы изобретения). Благодаря жестко соединенным с корпусом первым ярмам для подвода энергии к магнитным катушкам не требуется никакого скользящего контакта, разумеется, не принимая в расчет воздушный зазор, который, однако, на основе системы согласно изобретению может поддерживаться очень небольшим. Муфта, таким образом, имеет отдаленное сходство с электромотором.
Далее изобретение поясняется и описывается более подробно на основе чертежей, на которых:
Фиг.1 - продольный разрез муфты согласно изобретению в первом варианте выполнения,
Фиг.2 - сечение по линии II-II на фиг.1,
Фиг.3 - аксонометрическое изображение к фиг.1,
Фиг.4 - продольный разрез муфты согласно изобретению во втором варианте выполнения,
Фиг.5 - сечение по линии V-V на фиг.4,
Фиг.6 - продольный разрез муфты согласно изобретению в третьем варианте выполнения,
Фиг.7 - первый пример выполнения лент,
Фиг.8 - второй вариант выполнения лент.
На фиг.1 корпус не показан и только обозначен стационарной частью 1, которая содержит скользящие контакты для подачи тока. Сама муфта позволяет осуществлять управляемую передачу вращающего момента от первичной части 3 посредством первичного вала 5 на вторичную часть 4. Первичная часть 3 образована связанным без возможности проворачивания с первичным валом диском 6 из материала малой магнитной проницаемости, несколькими лентами 7 и описываемым ниже генератором управляемого магнитного поля. Первичные ленты 7 представляют соответственно цилиндрическую оболочку с геометрической осью 9, край 8 которой жестко связан с диском 6.
Вторичная часть 4 установлена с возможностью вращения также вокруг оси 9, т.е. коаксиально, она состоит из оболочки 14 и крышек 15, 16 подшипников, которые охватывают первичную часть 3 и уплотнены относительно нее с помощью уплотнений 13. Крышки 15, 16 подшипников содержат затем подшипники 17, в которых направляется первичная часть 3 относительно вторичной части 4. Подшипники вторичной части в корпусе 1 не показаны. Крышка 16 подшипника вторичной части 4 состоит, по меньшей мере, отчасти из материала малой магнитной проницаемости, на ней жестко смонтированы своими краями 18 цилиндрические вторичные ленты 20. Таким образом, между первичной частью 3 и вторичной частью 4 образовано рабочее пространство 21, которое содержит магнитно-реологическую жидкость и в чередующейся последовательности радиусы, заданные первичными лентами 7 и вторичными лентами 20. Для разъемного соединения другой крышки 15 подшипника с оболочкой 14 можно предусмотреть распорное кольцо 22 или т.п.
В описанном примере выполнения между парами первичных и вторичных лент 7, 20, примерно в радиальном центре находится несколько первых ярм 24 с магнитными катушками 25, ось обмотки которых направлена по радиусу и которые, располагаясь друг за другом в окружном направлении, имеют противоположную полярность. Это значит, что за первым ярмом 24 с магнитной катушкой 25 в окружном направлении следует другое ярмо 24' с магнитной катушкой 25' противоположной полярности и так далее, вследствие чего по периметру распределено четное число первых ярм (см. фиг.2, 3).
Первые ярма 24, 24' имеют наружные цилиндрические торцевые поверхности 26, причем ось 9 вращения также является геометрической осью цилиндра. Пространство между отдельными первыми ярмами может быть залито материалом с малой магнитной проницаемостью или быть объединено иным способом в замкнутое кольцо 28, которое своим расположенным с одной стороны основанием 29 жестко связано с диском 6. Через это соединение осуществляется также подвод 33 тока от скользящих контактов 2 к магнитным катушкам 25, 25'. Первые ярма 24 имеют также внутренние цилиндрические торцевые поверхности 31, также с осью 9 вращения в виде оси цилиндра.
Далее, предусмотрено два вторых ярма, а именно наружное второе ярмо 34 и внутреннее второе ярмо 37, оба из материала с высокой магнитной проницаемостью. Наружное второе ярмо 34 представляет собой кольцо, которое предпочтительно одновременно является оболочкой вторичной части и имеет внутреннюю коаксиальную цилиндрическую поверхность 35, которая эквидистантна относительно самой наружной ленты 7, 20 и ограничивает снаружи рабочее пространство 21. Второе внутреннее ярмо 37 соединено без возможности проворота с крышкой 16 подшипника вторичной части 4 и имеет наружную коаксиальную цилиндрическую поверхность 38. Между первыми ярмами 24 и внутренним вторым ярмом 37 находится другая пара лент 7*, 20*. В показанном примере выполнения соответственно лишь одна первичная и одна вторичная лента 7, 20 нанесены вне (снаружи) ярмового кольца 28 и одна пара 7*, 20* внутри кольца 28 ярм; в большинстве случаев, однако, для передачи высокого вращающего момента необходимо несколько таких пар.
Описанная система магнитных катушек и ярм создает магнитное поле, что представлено линиями 40, 40', 41, 42 поля. На фиг.2 лучше всего можно увидеть, что магнитная катушка 25 в первом ярме 24 производит ведущие радиально наружу линии 40 поля, которые после пересечения рабочего пространства 21 и лент 7, 20 отклоняются во внешнем втором ярме 34 так, что они переходят в ведущие радиально внутрь линии 40' поля. После повторного пронизывания лент 7, 20 и соседнего с первым ярмом 40 первого ярма 40', магнитная катушка 25' которого имеет обратную полярность, они вновь пронизывают рабочее пространство 21 с лентами 7*, 20* (которые (находятся) радиально внутри ярмового кольца 28). Внутри второго ярма 37 они затем снова отклоняются в окружном направлении и в первом ярме 24 образуются снова направленные наружу линии поля. Во всех вариантах выполнения как первые ярма 24, так и вторые ярма 34, 37 состоят из наложенных друг на друга листов, в плоскости которых проходят линии поля; или они состоят из материала с высокой магнитной проницаемостью и низкой электропроводностью.
В примерах выполнения согласно фиг.4, 5, в которых обозначения соответствующих частей увеличены на 100, отличие состоит в том, что ярмовое кольцо 128 образует внутреннее ограничение рабочего пространства 121, т.е. все первичные и вторичные ленты 107, 120 находятся снаружи от него. Это сопровождается тем, что первые ярма 124 могут быть выполнены за одно целое с внутренним вторым ярмом 137. В показанном примере выполнения ярмовое кольцо 128 связано без возможности проворачивания со вторичной частью 104, вследствие чего подвод 133 тока от скользящих контактов 102 также проходит через крышки 115, 116 и оболочку 134 к магнитным катушкам 125. Также и здесь полярность соседних магнитных катушек 125,125' противоположна.
Представленный далее вариант выполнения согласно фиг.6, в котором соответствующие обозначения увеличены на 200, отличается от предыдущих тем, что первые ярма 224 со своими магнитными катушками 225 жестко связаны со стационарной частью 201 и, таким образом, не вращаются. Соответственно внутреннее второе ярмо 237 снова выполнено за одно целое с первыми ярмами 224. Между первым ярмом 224 и первичной частью 206 здесь существует воздушный зазор 250. Обусловленный конструкцией, он может, однако, выдерживаться очень малым, кроме того, передаваемый момент относительно магнитной напряженности поля является более высоким, так как ленты 207, 220 расположены на большем расстоянии от оси 209 вращения.
На фиг.7 на первичной ленте 7 показано два различных варианта выполнения зон с малой магнитной проницаемостью. Отверстия 50 расположены вдоль линии 52, которая является образующей ленты 7 и параллельна оси 9 вращения. Ряд 51 представляет собой винтовую линию. На фиг.8 представлены первичная лента 107 и вторичная лента 120, на которых вместо ряда отверстий предусмотрены пазы 150, 151. Паз 150 наклонен под острым углом 152 к образующей ленты 120. Паз 151 проходит по винтовой линии, его ход отличается от хода паза 150. Таким образом, при разном числе оборотов между первичной частью и вторичной частью получается перемещающаяся в направлении оси 109 точка пересечения. Зоны с малой магнитной проницаемостью уменьшают или устраняют магнитное короткое замыкание внутри лент. Перемещающаяся точка пересечения исключает возникающий при разном числе оборотов «эффект сирены». Описанные ряды отверстий или пазы соответственно распределены на некотором расстоянии по всей периферии лент, хотя на фиг.7 и 8 показан лишь один ряд или один паз.
1. Магнитно-реологическая муфта, состоящая из стационарной части (1; 101; 201), первичной части (3; 103; 203) с первичными лентами (7, 107, 207) и вторичной части (4; 104; 204) с вторичными лентами (20; 120; 220), при этом по меньшей мере одна из первичной части и вторичной части выполнена с возможностью коаксиального вращения относительно соответственно другой части, причем между первичной и вторичной частями образовано содержащее магнитно-реологическую жидкость рабочее пространство (21, 121, 221), в котором первичные ленты (7, 107, 207) и вторичные ленты (20, 120, 220) чередуются друг за другом в радиальном направлении, и причем на магнитно-реологическую жидкость оказывает воздействие регулируемое магнитное поле, отличающаяся тем, что
магнитные катушки (25, 25'; 125, 125'; 225, 225') с соответственно одним первым ярмом (24, 24'; 124, 124'; 224, 224') таким образом распределены по периметру в содержащем магнитно-реологическую жидкость рабочем пространстве (21; 121; 221) с, по существу, радиальной осью обмотки, что, по меньшей мере, на внутренней и наружной стороне первых ярм (24; 24'; 124, 124'; 224, 224') находятся первичные ленты (7; 107; 207) и вторичные ленты (20; 120; 220), причем соседние магнитные катушки (25, 25'; 125, 125'; 225, 225') имеют противоположную полярность,
первые ярма (24, 24'; 124, 124'; 224, 224') имеют цилиндрические торцевые поверхности (26, 31; 126, 131; 226, 231), из которых исходят или в которые входят магнитные линии (40, 40'; 41, 42; 140, 140'; 141, 142; 240, 240'; 242, 242'), по существу, в радиальном направлении, причем ось изгиба цилиндрических торцевых поверхностей является осью вращения муфты (9; 109; 209),
первичные ленты (7; 107; 207) и вторичные ленты (20; 120; 220) представляют собой замкнутую цилиндрическую оболочку,
радиально снаружи и радиально внутри первых ярм (24; 24'; 124, 124'; 224, 224') наружное и внутреннее второе ярмо (34, 37; 134, 137; 234, 237) ограничивают снаружи и изнутри рабочее пространство (21; 121; 221), причем магнитные линии (40, 40'; 140, 140'; 240, 240') поля радиально входят во вторые ярма и снова выходят из них радиально в противоположном направлении.
2. Магнитно-реологическая муфта по п.1, отличающаяся тем, что первые ярма (24, 24'; 124, 124'; 224, 224') своими магнитными катушками (25, 25'; 125, 125'; 225, 225') объединены в первое ярмовое кольцо (28, 128; 228).
3. Магнитно-реологическая муфта по п.1, отличающаяся тем, что первые ярма (24, 24'; 124, 124'; 224, 224') и/или вторые ярма (34, 37; 134, 137; 234, 237) составлены из листов или состоят из спеченного материала с высокой магнитной проницаемостью.
4. Магнитно-реологическая муфта по п.1, отличающаяся тем, что первые ярма (24, 24') соединены без возможности проворачивания с первичной частью (3) и вторые ярма (34, 37) соединены без возможности проворачивания со вторичной частью (4) и что в первичной части (3) предусмотрены провода (33) для подачи тока к магнитным катушкам (25, 25').
5. Магнитно-реологическая муфта по п.1, отличающаяся тем, что первые ярма (124) соединены без возможности проворачивания со вторичной частью (4), вторые ярма (134, 137) также соединены без возможности проворачивания со вторичной частью (4), и что во вторичной части (4) предусмотрены провода (133) для подачи тока к магнитным катушкам.
6. Магнитно-реологическая муфта по п.4 или 5, отличающаяся тем, что снаружи и внутри первых ярм (24) расположены первичные ленты (7, 7*) и вторичные ленты (20, 20*), и что наружное второе ярмо (34) имеет внутреннюю параллельную и коаксиальную лентам (7, 20) цилиндрическую поверхность (35) и внутреннее второе ярмо (37) имеет наружную параллельную и коаксиальную лентам цилиндрическую поверхность (38).
7. Магнитно-реологическая муфта по п.1, отличающаяся тем, что первичные ленты (107) и вторичные ленты (120) расположены снаружи первых ярм (124, 124'), а внутреннее второе ярмо (137) соединено с первыми ярмами (124).
8. Магнитно-реологическая муфта по п.1, отличающаяся тем, что ленты состоят из материала с высокой магнитной проницаемостью и имеют распределенные по своему периметру проходящие в осевом направлении зоны с малой магнитной проницаемостью.
9. Магнитно-реологическая муфта по п.8, отличающаяся тем, что зоны с малой магнитной проницаемостью состоят из рядов (51, 52) расположенных друг за другом отверстий (50).
10. Магнитно-реологическая муфта по п.9, отличающаяся тем, что ряды расположенных друг за другом отверстий являются крутыми винтовыми линиями.
11. Магнитно-реологическая муфта по п.9, отличающаяся тем, что ряд расположенных друг за другом отверстий объединен в паз (150, 151).
12. Магнитно-реологическая муфта по п.9, отличающаяся тем, что ход зон с малой магнитной проницаемостью первичных лент (107) отличается от хода зон с малой магнитной проницаемостью вторичных лент (120).
13. Магнитно-реологическая муфта по п.1, отличающаяся тем, что первые ярма (224) и внутреннее второе ярмо (237) жестко соединены с корпусом (201) и наружное второе ярмо (234) соединено с вторичной частью (204) и на своей обращенной к лентам (207, 220) внутренней стороне имеет параллельные и коаксиальные лентам цилиндрические поверхности (235).
