Разветвленные магнитные системы позволяют получить режимы работы, свойства и характеристики различных систем. Такие системы содержат две обмотки возбуждения, направление токов в которых определяет пути замыкания потока в разветвленном магнитопроводе. Прохождение потока через различные полюсные участки системы оказывает влияние на ее характеристики.
На рис. 1.9 показаны схемы бесконтактных разветвленных магнитных систем, работающих в режимах муфты и тормоза [57, 64]. По сравнению с муфтой или тормозом, имеющими отдельные магнитные системы, разветвленная система обеспечивает уменьшение габаритов и массы узла из-за снижения расхода меди и магнитопроводящих материалов.
Токи в обмотках возбуждения могут быть направлены согласно или встречно. При согласном включении обмоток системы работают в режимах муфты и магнитные потоки направлены, как показано на рис. 1.9 сплошными линиями со стрелками. Встречное включение обмоток создает режимы торможения, при которых направления потоков соответствуют штриховым линиям.
В каждой системе неподвижная часть магнитопровода (статор) с двумя обмотками имеет в средней части зубцы, являющиеся полюсами тормоза, через которые замыкаются магнитные потоки при встречных включениях обмоток. Направления магнитных потоков в режимах муфты аналогичны ранее рассмотренным вариантам систем индукторного типа (см. рис. 1.4).
На рис. 1.9,а, б и д показаны системы с симметричным магнию проводом, а на рис. 1.9,в, г, — с несимметричным. В симметричных системах режимы муфты и тормоза имеют место при равных токах в обмотках возбуждения, в несимметричных системах одна из обмоток бывает недогружена при работе муфтой, вторая — при работе тормозом, вследствие чего обмотки используются меньше.
Рис. 1.9. Схемы бесконтактных симметричных и несимметричных магнитных систем муфт-тормозов:
1 — неподвижный магнитопровод; 2 — обмотка; 3 — якорь; 4 — индуктор муфты.
В схеме рис. 1.9,а якорь муфты является одновременно якорем тормоза, а в схеме рис. 1.9,б его функции выполняет индуктор (полюсная система) муфты, что облегчает условия охлаждения конструкции, поскольку тепловые потери в режимах муфты и тормоза выделяются в разных вращающихся частях.
Несимметричная система рис. 1.9,в имеет на якоре немагнитную прослойку конической формы, а магнитный поток в режиме торможения создается практически одной обмоткой, тогда как встречно направленная МДС второй обмотки препятствует ответвлению потока по пути, показанному сплошной линией. В режиме муфты отношение согласно направленных МДС обмоток пропорционально отношению магнитных сопротивлений участков системы, приходящихся на каждую обмотку.
Несимметричная система по схеме рис. 1.9,г имеет в режиме муфты· зубцы-полюсы только одной полярности, что исключает необходимость применения в одной из вращающихся частей немагнитных вставок [64].
Рис. 1.10. Магнитные потоки и тормозящие вихревые токи в симметричной системе при работе в режимах муфты (а) и тормоза (б)
Рис. 1.11. Разветвленная симметричная система с прорезями на якоре
Схемы рис. 1.9,д и е имеют внутренний статор с обмотками, промежуточный индуктор муфты, являющийся якорем тормоза, и внешний якорь муфты. Эти системы представляют собой обращенные варианты схем рис. 1.9,б и г. Данная компоновка систем улучшает охлаждение внешнего якоря муфты, увеличивает активный диаметр и передаваемый момент, снижает расход меди и потери на возбуждение.
Отмеченное преимущество симметричных систем, заключающееся в более полном использовании обмоток и магнитопровода при всех режимах работы, в значительной степени снижается присущим им недостатком: наличием потоков рассеяния, создающих тормозной момент в режимах муфты.
На рис. 1.10 приведены схемы симметричной системы, поясняющие возникновение тормозного момента при работе муфтой и тормозом и показан характер протекания вихревых токов. При работе системы муфтой две половины зубцов-полюсов статора имеют различную полярность по отношению к потоку рассеяния, показанному штриховой линией. Электродвижущие силы и токи под двумя половинами зубцов направлены навстречу друг другу, вследствие чего токи в средней части якоря замыкаются в поперечном направлении. При работе системы тормозом зубцы статора имеют по всей длине одну полярность и токов, замыкающихся в поперечном направлении, в вредней части якоря нет.
Разный характер протекания вихревых токов при работе муфтой и тормозом позволяет применить эффективный способ для снижения этих токов при работе муфтой и сохранения при работе тормозом. Сущность способа поясняет рис. 1.11. Промежуточная вращающаяся часть в середине имеет узкие аксиальные сквозные прорези, выполняющие роль шихтованного магнитопровода [60]. Прорези препятствуют протеканию токов тормозящего действия в режиме муфты (см. рис. 1.10,а), не увеличивая практически сопротивление якоря в режиме тормоза (см. рис. 1.10,б). Кольцевой паз между двумя половинами неподвижной зубцовой части удлиняет путь потока рассеяния в режиме муфты, не влияя на параметры системы в режиме тормоза.
Рис. 1.12. Разветвленные симметричные системы с дополнительными обмоткой (а), вращающейся частью (б) и немагнитными кольцами (в)
Во избежание влияния прорезей на полезные токи в режиме муфты, зубцы-полюсы вращающейся части должны быть размещены в шахматном порядке, это исключает поперечную составляющую токов в средней части якоря. В системах рис. 1.9,б и д шахматное размещение зубцов- полюсов не требуется, так как в режимах муфты и тормоза в качестве якорей используются различные вращающиеся части.
При некотором усложнении технологии изготовления симметричная система, приведенная на рис. 1.11, предпочтительнее несимметричных, так как более полное использование активных материалов повышает значения вращающегося и тормозного моментов. Так как в симметричной системе токи возбуждения обмоток равны, то при переходе из режима муфты в режим тормоза изменяется лишь направление тока в одной из обмоток, что упрощает управление. В несимметричной системе при этом требуется также изменение соотношения токов и МДС обмоток.
На рис. 1.12,а показана разветвленная симметричная система, не создающая тормозного момента в режиме муфты [76]. Ведущая и ведомая части Ϊ и 2 выполнены такими же, как в ранее рассмотренных системах. В отличие от последних неподвижная часть 3 кроме основных обмоток 4- и 6 имеет в средней части дополнительную обмотку 5. Последняя в режиме муфты включается согласно с основными обмотками и компенсирует часть магнитного потока, создающую тормозной момент (см. рис. 1.10,а), а также увеличивает основной поток, создаваемый обмотками 4 и 6. В режиме тормоза обмотка 5 отключена и не оказывает влияния на магнитные потоки.
На рис. 1.12,6 показана разветвленная симметричная система, также не создающая в режиме муфты тормозного момента [79]. В этой системе неподвижная часть 3 с обмотками 4 и 6 не отличается от ранее рассмотренных (см. рис. 1.9,а, б, д). Ведущая и ведомая части 1 и 2 закреплены на валах 7 и δ и удалены друг от друга в осевом направлении. Система снабжена свободно установленной на подшипниках дополнительной промежуточной вращающейся частью 9, которая в режиме муфты приводится во вращение в результате взаимодействия с ведущей частью 1 и передает вращающий момент на ведомую часть 2, а в режиме тормоза взаимодействует с зубцами средней неподвижной части и передает тормозной момент на ведущую и ведомую часть
1 и 2.
Данная система обеспечивает удвоение скольжения в обоих режимах и смягчение характеристик, что равноценно последовательному соединению двух муфт скольжения или тормоза и муфты. В системе облегчается охлаждение, так как потери скольжения могут быть распределены между тремя вращающимися частями. Это достигается выполнением зубцов-полюсов на отдельных участках всех вращающихся частей.
В системе рис. 1.12,в неподвижная часть с обмотками 4 и 6 выполнена такой же, как в системе рис. 1.9,а. Якорь 2 имеет два немагнитных кольца, размещенных напротив обмоток, а индуктор — одно кольцо в центре.
Разветвленные магнитные системы обеспечивают также возможность совмещения в одной конструкции свойств и характеристик асинхронной и синхронной муфт. Схемы систем со скользящим токоподводом представлены на рис. 1.13,а и б, бесконтактные — на рис. 1.13,в и г [18, 59].
При согласном включении двух обмоток направление магнитного потока показано на схемах сплошными линиями со стрелками. Через зубцы средней части магнитных систем поток не проходит. В крайних массивных частях якорей индуктируются вихревые токи и система работает в асинхронном режиме, как муфта с массивным якорем. При встречном включении обмоток направления магнитных потоков показаны штриховыми линиями. Потоки проходят через одинаковые зубцы на средних частях индуктора и якоря, обеспечивая их электромагнитное притяжение друг к другу и синхронный реактивный момент, передаваемый с одной неподвижной части на другую.
В схемах рис. 1.13,а и г зубцы на средних частях якорей образованы сквозными междузубцовыми окнами, обеспечивающими улучшение охлаждения. Различие в относительном расположении вращающихся и неподвижных частей влияет на свойства систем так же, как в ранее рассмотренных схемах (см. рис. 1.4, 1.9).
Рис. 1.13. Разветвленные системы асинхронно-синхронных муфт:
1 — индуктор; 2 — обмотка; 3 — якорь
