Анализ влияния активной длины якоря, пропорциональной длине зубцов, на вращающий момент муфты при условии постоянства остальных параметров магнитной системы (в том числе индукции в зазоре) был проведен в § 4.3.
Если принять постоянными размеры магнитопровода и МДС обмотки возбуждения, то влияние длины зубцов на момент не будет однозначным. В данном случае анализ относится к магнитной системе, в которой все размеры и параметры определены, а длина зубцов может быть увеличена или уменьшена.
На рис. 4.10 изображены схемы магнитных систем муфт, отличающихся длиной, формой и взаимным расположением зубцов-полюсов, и показан постепенный переход от одной системы к другой при изменении длины зубцов. В индукторной муфте с шахматным размещением зубцов и открытым пазом под обмотку возбуждения (рис. 4.10,а) зубцы имеют наименьшую длину. Удлинение зубцов к середине обмотки приводит к индукторной муфте с полузакрытым пазом (рис. 4.10,б), в которой индукция в зазоре распределена так же, как в предыдущей системе.
В результате дальнейшего увеличения длины зубцов с частичным перекрытием их в средней части образуется панцирная магнитная система с когтеобразными (клювообразными) полюсами (рис. 4.10,в), которую лишь условно можно назвать переменнополюсной. Фактически система является смешанной, так как на среднем участке зубцы имеют чередующуюся полярность, а на крайних участках распределение индукции по периметру якоря аналогично распределению индукции в индукторных муфтах.
При наибольшей длине зубцов, равной длине индуктора (рис. 4.10,г), получаем переменнополюсную систему, в которой на всех участках активной зоны индукция изменяет знак.
Рис. 4.10. Схемы магнитных систем с различными длиной и формой полюсов
Панцирная система, показанная на схеме рис. 4.10,б, имеет укороченные зубцы с сохранением их переменной полярности на всей активной длине. В системе по схеме рис. 4.10,е зубцы одного ряда выполнены аналогично зубцам индукторной муфты (рис. 4.10,а), а противоположная боковина индуктора вытянута в осевом направлении и ее зубцы введены в междузубцовые пазы первого ряда [56]. Подобное выполнение магнитной системы позволяет снизить длину якоря и обеспечить высокие значения индукции в зазоре. Бесконтактные магнитные системы подобного типа показаны на рис. 1.5,г и 1.16,г.
Так как в индукторных (рис. 4.10,а, б) и переменнополюсных (рис. 4.10,г—е) системах значения переменной составляющей индукции в зазоре и активной длины якоря отличаются друг от друга, то дальнейший анализ можно относить либо к одним системам, либо к другим. Сравнение их друг с другом рассмотрено отдельно (см. § 4.9).
Возможность проведения общего анализа по определению оптимальной длины зубцов индукторных и панцирных муфт обусловлена пропорциональностью в тех и других муфтах значений и близкой к пропорциональной зависимостью Βm0=f(Βz). Разница в коэффициенте пропорциональности влияет на абсолютные значения моментов, не изменяя положения их максимумов в функции длины зубцов.
При изменении длины зубцов входящие явно в выражение момента (4.24) значения l и 1г однозначно влияют на момент, уменьшая его при укорачивании зубцов. Однако с изменением длины зубцов меняются их площадь и индукция Вт0, влияние которой на момент оказывается противоположным влиянию длины зубцов, вследствие чего результирующая зависимость момента от длины зубцов имеет экстремум.
С увеличением длины зубцов возрастают площадь воздушного зазора, его проводимость и полная проводимость магнитной цепи, вследствие чего при постоянной МДС увеличивается магнитный поток. Однако возрастание потока отстает от увеличения площади зубцов (из-за наличия в цепи участка со сталью), поэтому индукция в зазоре уменьшается. Так как при длине зубцов, равной нулю или бесконечности, вращающий момент становится равным нулю (в последнем случае индукция в зазоре превращается в нуль), то существует оптимальное значение длины зубцов, при котором момент максимален.
Анализ влияния длины зубцов-полюсов на вращающий момент муфты проводится при следующих условиях и допущениях:
- размеры магнитной системы и МДС обмотки постоянны и не зависят от длины зубцов;
- пренебрегаем индукцией в пазу, вследствие чего амплитуда первой гармоники индукции в зазоре пропорциональна индукции над зубцами Вz (см. рис. 4.1);
- анализ проводится для номинального режима муфты, когда скольжение мало и влиянием магнитной проницаемости якоря на момент в выражении (4.24) можно пренебречь, а рабочую часть механической характеристики считать линейной:
- изменение магнитной проводимости зубцов не учитывается;
- форму обращенной к якорю поверхности зубцов принимаем прямоугольной, имеющей ширину, равную средней ширине трапецеидальных зубцов;
- плотность тока в обмотке возбуждения не зависит от ее сечения;
- потоки рассеяния не учитываются.
Параметры, которые принимаются постоянными, могут быть уточнены, после определения длины зубцов-полюсов.
