Основное влияние на конструкцию муфты оказывает форма ее магнитной системы. По исполнению полюсов муфты делятся на индукторные, панцирные и явнополюсные, причем индуктор и якорь могут быть по отношению друг к другу внутренними, внешними или торцовыми элементами.
Индукторные и панцирные муфты бывают с одной или несколькими обмотками возбуждения, явнополюсные муфты имеют обмотки на каждом полюсе. Их полюсная система выполняется такой же, как в явнополюсных синхронных машинах. В индукторных муфтах зубцы-полюсы разной полярности располагаются или друг против друга, или в шахматном порядке.
По выполнению активной части якорь муфты может быть массивным, с узкими продольными пазами и короткозамыкающими кольцами, с электропроводной гильзой, тонкостенным из алюминиевого сплава, шихтованным с короткозамкнутой или фазной обмоткой, зубчатым (в синхронных реактивных или асинхронно-синхронных муфтах. Рабочие части якорей по конфигурации бывают цилиндрическими (барабанными) или плоскими (дисковыми) [3, 22, 32].
Магнитные системы со скользящим токоподводом. Они могут быть индукторными, панцирными и явнополюсными. Первые две разновидности наиболее просты по конструкции и получили наибольшее распространение в промышленности, хотя в последние годы вытесняются бесконтактными. На рис. 1.1 схематически показаны такие магнитные системы простейшего вида, содержащие одну обмотку-возбуждения, внутренний индуктор и внешний якорь.
Магнитная система муфты панцирного типа с двумя обмотками возбуждения приведена на рис. 1.3. В этой системе два одинаковых индуктора с обмотками размещены рядом, что позволяет повысить момент муфты за счет увеличения ее длины при сохранении неизменным диаметра. Так как каждый индуктор муфты имеет магнитный поток, не связанный с потоком второго индуктора, то электромагнитная постоянная времени всей системы сохраняется такой же, как при одном индукторе. Такое выполнение магнитной системы позволяет также унифицировать конструкиндукторов с обмотками, однотипных для одноиндукторных или сдвоенных систем.
Рис. 1.3. Схема магнитной системы с двумя однотипными индукторами:
1 — якорь; 2 и 4 — обмотки; 3 и 5 — индукторы; 6 — контактное кольцо
Диаметральные и осевые размеры магнитной системы по-разному влияют на форму механической характеристики муфты (см. § 4.3), поэтому система, показанная на рис. 1.3, позволяет получить механические характеристики, отличающиеся по форме от характеристик муфты такой же мощности с одним индуктором (см. рис. 1.1).
В магнитной системе с двумя индукторами, расположенными по разные стороны якоря и магнитоизолированными друг от друга, увеличены диаметральные размеры при сохранении длины [16, 19, 40, 42, 55]. В отличие от ранее рассмотренных систем магнитный поток не замыкается по якорю, а проходит через него нормально поверхностям, вследствие чего толщина обода якоря не связана с его насыщением и может быть значительно уменьшена. Муфта с такой системой имеет меньшую инерционность якоря и обеспечивает вращающий момент, превышающий сумму моментов от каждого индуктора на 10—15 %. Поскольку магнитный поток системы сцеплен с обеими обмотками, электромагнитная инерционность системы выше инерционности системы, показанной на рис. 1.3.
Явнополюсная магнитная система [4, 16, 19] имеет полюсы чередующейся полярности, на каждом из которых размещена отдельная обмотка возбуждения. Явнополюсные системы сложнее в изготовлении и требуют повышенного расхода меди, вследствие чего не получили большого распространения. В связи с тем что магнитный поток каждой обмотки сцеплен лишь с двумя соседними обмотками, при большом числе полюсов электромагнитная инерционность явнополюсной системы значительно меньше, чем индукторных или панцирных, что является ее преимуществом в приводах, требующих быстродействия.
Явнополюсные системы выполняются только со скользящим токоподводом, имеют чаще всего шихтованный якорь с короткозамкнутой обмоткой, и используются для плавного безударного соединения двигателя с рабочим механизмом и предохранения двигателя от перегрузок.
Магнитные бесконтактные системы.
Магнитные системы бесконтактных муфт имеют кроме вращающихся индуктора и якоря неподвижную часть магнитопровода с обмоткой возбуждения, отделенную от якоря или от якоря и индуктора муфты концентрическими воздушными зазорами. В большинстве конструкций ближайший к неподвижной части магнитопровода якорь или индуктор выполняется из двух ферромагнитных цилиндров, соединенных кольцом из немагнитного материала, препятствующим замыканию магнитного потока через якорь или индуктор и переводящим поток на другой якорь или индуктор [48].
Разновидности бесконтактных магнитных систем индукторного типа схематически показаны на рис. 1.4. Немагнитные соединительные кольца роторов и элементы, не относящиеся к магнитопроводам, показаны зачерненными. Направления магнитных потоков даны линиями со стрелками.
В схеме рис. 1.4, а якорь размещен между неподвижной частью магнитопровода и полюсной системой (индуктором) и содержит немагнитное кольцо, соединяющее две. его половины, а в схеме рис. 1.4, б промежуточным элементом является зубчатый ротор-индуктор. При равных габаритах и массе система по схеме рис. 1.4, б обеспечивает меньший вращающий момент (из-за снижения активного диаметра), но лучшие условия охлаждения, которые обусловлены оребрением якоря с внутренней стороны и увеличением его обдуваемой поверхности. Схема рис. 1.4, в является промежуточной между схемами рис. 1.4, а и б [61]. В этой схеме одна половина вращающейся части 3 является якорем, а вторая — индуктором, благодаря чему тепловые потери скольжения распределяются между обеими половинами, возрастают нагреваемая масса и теплорассеивающая поверхность. Полюсные зубцы индукторов в некоторой степени выполняют роль охлаждающих ребер с воздушными каналами между ними для аксиального продува воздуха. Данная система позволяет выполнить в междузубцовых пазах индуктора дополнительные аксиальные ребра охлаждения, тогда как в других системах это нецелесообразно, поскольку полюсная система не нагревается.
Рис. 1.4. Схемы магнитных систем бесконтактных индукторных муфт: 1 — неподвижный магнитопровод; 2 — обмотка; 3 — якорь; 4 — индуктор
Магнитная система по схеме рис. 1.4,г характерна наличием зубцов-полюсов только одной полярности, благодаря чему исключается необходимость магнитной изоляции вращающихся частей друг от друга. Нерабочие воздушные зазоры отделяют неподвижную часть магнитопровода от его вращающихся частей, что увеличивает количество зазоров, приходящихся на один ряд зубцов-полюсов, и снижает удельную мощность муфт с такими системами.
Магнитная система по схеме рис. 1.4,д имеет внешний якорь и внутреннюю неподвижную часть магнитопровода. Она представляет собой обращенный вариант рис. 1.4,б. Такое исполнение обеспечивает уменьшение диаметра обмотки, необходимого количества меди и потерь на возбуждение, увеличение активного диаметра и вращающего момента при равных габаритах, улучшение охлаждения внешнего якоря. К недостаткам схемы относится наличие отдельного корпуса, тогда как в схеме рис. 1.4,б его роль выполняет неподвижная часть магнитопровода. Этим же схема 1.4,е отличается от схемы рис. 1.4,г.
Рис. 1.5. Схемы магнитных систем бесконтактных панцирных муфт. Обозначения те же, что и на рис. 1.4
Кроме того, в схеме рис. 1.4,е увеличена длина якоря и его инерционность из-за наличия нерабочей части, граничащей с неподвижной частью магнитопровода.
Конструктивные схемы бесконтактных магнитных систем панцирного типа приведены на рис. 1.5. В схеме рис. 1.5,а полюсная система имеет немагнитное кольцо, соединяющее ее разноименнополюсные части, а якорь выполнен внутренним. В схемах рис. 1.5,б и в неподвижная часть магнитопровода с обмоткой размещена внутри полюсной системы, а якорь — снаружи, благодаря чему улучшается его охлаждение и увеличивается активный диаметр. В схеме рис. 1.5,г, получившей в последние годы значительное распространение за рубежом, обмотка вынесена за пределы полюсной системы, вследствие чего ее размеры не ограничиваются размерами полюсов. Разноименные части полюсной системы соединены немагнитным кольцом на торцовой поверхности полюсов. Такое выполнение магнитной системы позволяет при ограниченных диаметральных размерах обеспечить необходимый момент муфты путем увеличения ее длины. Упрощается также технология изготовления полюсной системы, в которой одна половина выполняется по типу индукторных муфт, а вторая представляет собой ферромагнитное кольцо с зубцами на торцевой части.
На рис. 1.6 показано устройство агрегата, объединяющего муфту и двигатель в один общий узел [80]. Корпус 5 с двумя пакетами шихтованной стали 6 и 9, кольцевой обмоткой возбуждения 7 и трехфазной обмоткой 4 образует статор двигателя, выполняющего
Также роль неподвижной части магнитопровода бесконтактной муфты скольжения. Внешний индуктор 3 с немагнитной средней частью 8 и зубцами на внешней и внутренней поверхностях является одновременно ротором синхронного двигателя и ведущей частью муфты. На валу 1 агрегата закреплен массивный ведомый якорь 2 муфты. Вентилятор 10 обеспечивает охлаждение агрегата.
При включении трехфазной обмотки индуктор 3 разгоняется вхолостую за счет вихревых токов в средней части 8 и втягивается в синхронизм из-за наличия зубцов на внешней поверхности как реактивный синхронный двигатель.
Рис. 1.6. Агрегат с общими элементами муфты d двигателя
При включении обмотки возбуждения 7 образуется магнитный поток. Это обеспечивает взаимодействие ведомого якоря 2 с индуктором 3, как в обычной бесконтактной муфте скольжения.
Одновременно этот поток является потоком возбуждения синхронного двигателя. При росте нагрузки система автоматического регулирования муфты увеличивает ток возбуждения, что одновременно повышает синхронный момент двигателя и устойчивость его работы при колебаниях нагрузки.
