Электромагнитная муфта для передачи крутящего момента и привод, содержащий такую электромагнитную муфту

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МУФТА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И ПРИВОД, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ МУФТУ Раскрыты электромагнитная муфта (19) для передачи крутящего момента, содержащая первую полумуфту (7) с торцевыми зубцами (9), вторую полумуфту (2) с торцевыми зубцами (3), при этом торцевые зубцы (7) второй полумуфты (2) обращены в сторону торцевых зубцов (9) первой полумуфты (7), кольцевой электромагнит (13), имеющий П-образное осевое сечение, так что он содержит наружный и внутренний кольцевые полюса и расположенную между ними внутреннюю полость, причем кольцевой электромагнит (13) установлен соосно со второй полумуфтой (2) таким образом, что е торцевые зубцы (3) обращены в противоположную от него сторону,а в указанную внутреннюю полость кольцевого электромагнита (13) уложена управляющая обмотка (14), выполненная с возможностью подачи на нее постоянного тока для обеспечения разъемного сцепления торцевых зубцов (9) первой полумуфты (7) с торцевыми зубцами (3) второй полумуфты (2), внешний диаметр второй полумуфты (2) меньше внутреннего диаметра кольцевого электромагнита, внешний диаметр второй полумуфты меньше внутреннего диаметра наружного кольцевого полюса электромагнита (13), причм наружный кольцевой полюс, по меньшей мере,частично расположен напротив первой полумуфты (7) вдоль оси первой полумуфты (7) и второй полумуфты (2); и управляющий привод, содержащий электромагнитную муфту. Сеньков Алексей Петрович, Николаев Вячеслав Викторович, Бормотов Артем Валерьевич, Федосовский Михаил Евгеньевич (RU) Нилова М.И. (RU) Область техники Настоящее изобретение относится к области машиностроения, в частности к электромагнитной муфте для передачи крутящего момента, а также приводу, содержащему такую электромагнитную муфту. Уровень техники В уровне техники известны различные электромагнитные системы и устройства, используемые для передачи крутящего момента. Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является электромагнитная муфта (СА 1289491 С; F16D 27/118; 24.09.1991) для передачи крутящего момента, содержащая первую полумуфту с торцевыми зубцами, выполненную из магнитопроводящего материала и устанавливаемую с возможностью поворота; вторую полумуфту с торцевыми зубцами, выполненную из магнитопроводящего материала и устанавливаемую с возможностью поворота соосно с первой полумуфтой таким образом, что торцевые зубцы второй полумуфты обращены в сторону торцевых зубцов первой полумуфты; кольцевой электромагнит, имеющий П-образное осевое сечение, так что он содержит наружный и внутренний кольцевые полюса и расположенную между ними внутреннюю полость, причем кольцевой электромагнит выполнен с возможностью установки соосно со второй полумуфтой таким образом, что е торцевые зубцы обращены в противоположную от него сторону, а в его внутреннюю полость уложена управляющая обмотка, выполненная с возможностью подачи на нее постоянного тока с обеспечением разъемного сцепления торцевых зубцов первой полумуфты с торцевыми зубцами второй полумуфты. Недостатком электромагнитной муфты по СА 1289491 является относительно большое количество воздушных зазоров на пути магнитного потока кольцевого электромагнита с ослаблением магнитного потока, создаваемого кольцевым электромагнитом при подаче на его управляющую обмотку постоянного тока. В частности, вышеуказанный недостаток электромагнитной муфты по СА 1289491 обусловлен тем,что воздух плохо проводит магнитный поток, что приводит к ослаблению магнитного потока, создаваемого кольцевым электромагнитом при подаче на его управляющую обмотку постоянного тока. В частности, при подаче постоянного тока на управляющую обмотку кольцевого электромагнита в электромагнитной катушке по СА 1289491 происходит создание магнитного потока (см. фиг 1), который сначала проходит в осевом направлении от полюса электромагнита с отрицательной полярностью через воздушный зазор (А 1), сформированный между второй полумуфтой и полюсом электромагнита с отрицательной полярностью, затем проходит через вторую полумуфту, далее проходит через воздушный зазор (А 4),сформированный между второй и первой полумуфтами, потом проходит в радиальном направлении через первую полумуфту, а затем снова проходит в осевом направлении через воздушный зазор (A3),сформированный между первой и второй полумуфтами. Наконец, магнитный поток проходит через вторую полумуфту и затем через воздушный зазор (А 2), сформированный между второй полумуфтой и полюсом кольцевого электромагнита с положительной полярностью, с последующим замыканием магнитного контура в кольцевом электромагните. Таким образом, магнитный поток кольцевого электромагнита по СА 1289491 проходит в осевом направлении через четыре воздушных зазора (А 1-А 4 на фиг. 1), а именно два раза через воздушный зазор (A1, A2), сформированный между полюсами кольцевого электромагнита и второй полумуфтой, и два раза через воздушный зазор (A3, А 4), сформированный между второй и первой полумуфтами. Таким образом, очевидна потребность в дальнейшем совершенствовании электромагнитных муфт,используемых для передачи крутящего момента, в частности в увеличении магнитного потока кольцевого электромагнита с увеличением таким образом притяжения первой полумуфты ко второй полумуфте этого кольцевого электромагнита. Следовательно, насущная проблема состоит в разработке электромагнитной муфты для передачи крутящего момента, решающей обозначенный выше недостаток. Раскрытие изобретения Задача настоящего изобретения состоит в создании электромагнитной муфты для передачи крутящего момента, в которой увеличен магнитный поток кольцевого электромагнита. Поставленная задача решена благодаря тому, что в электромагнитной муфте, содержащей первую полумуфту с торцевыми зубцами, выполненную из магнитопроводящего материала и установленную с возможностью поворота, вторую полумуфту с торцевыми зубцами, выполненную из магнитопроводящего материала и установленную с возможностью поворота соосно с первой полумуфтой таким образом,что торцевые зубцы второй полумуфты обращены в сторону торцевых зубцов первой полумуфты, кольцевой электромагнит, имеющий П-образное осевое сечение, так что он содержит наружный и внутренний кольцевые полюса и расположенную между ними внутреннюю полость, причем кольцевой электромагнит установлен соосно со второй полумуфтой таким образом, что е торцевые зубцы обращены в противоположную от него сторону, а в указанную внутреннюю полость кольцевого электромагнита уложена управляющая обмотка, выполненная с возможностью подачи на нее постоянного тока для обеспечения разъемного сцепления торцевых зубцов первой полумуфты с торцевыми зубцами второй полумуфты, внешний диаметр второй полумуфты меньше внутреннего диаметра наружного кольцевого полюса электромагнита, причм наружный кольцевой полюс по меньшей мере частично расположен напротив первой полумуфты вдоль оси первой полумуфты и второй полумуфты. Выполнение второй полумуфты с внешним диаметром, который меньше внутреннего диаметра кольцевого электромагнита, и расположение наружного кольцевого полюса по меньшей мере частично напротив первой полумуфты вдоль оси первой и второй полумуфт обеспечивает технический результат в виде увеличения нагрузочной способности и увеличения быстродействия электромагнитной муфты вследствие уменьшения воздушных зазоров на пути магнитного потока кольцевого электромагнита. В одном из примеров реализации настоящего изобретения кольцевой электромагнит электромагнитной муфты содержит радиальные прорези, выполненные в кольцевых полюсах этого кольцевого электромагнита. Наличие радиальных прорезей в кольцевых полюсах кольцевого электромагнита обеспечивает технический результат в виде увеличения быстродействия электромагнитной муфты вследствие уменьшения вихревых токов в полюсах кольцевого электромагнита, что обеспечивает уменьшение времени нарастания магнитного потока кольцевого электромагнита при подаче на его управляющую обмотку постоянного тока и уменьшение времени спада магнитного потока кольцевого электромагнита при прекращении подачи постоянного тока. Еще в одном примере реализации настоящего изобретения первая полумуфта электромагнитной муфты содержит радиальные прорези. Наличие радиальных прорезей в первой полумуфте обеспечивает технический результат в виде увеличения быстродействия электромагнитной муфты вследствие уменьшения вихревых токов в этой первой полумуфте, что обеспечивает уменьшение времени нарастания и спада магнитного потока соответственно при подаче и прекращении подачи на его управляющую обмотку постоянного тока. В другом примере реализации вторая полумуфта электромагнитной муфты содержит радиальные прорези. Наличие радиальных прорезей во второй полумуфте обеспечивает технический результат в виде увеличения быстродействия электромагнитной муфты вследствие уменьшения вихревых токов в этой второй полумуфте, что обеспечивает уменьшение времени нарастания и спада магнитного потока соответственно при подаче и прекращении подачи на его управляющую обмотку постоянного тока. Согласно еще одному примеру реализации настоящего изобретения предложен управляющий привод, содержащий электромагнитную муфту, имеющую вышеописанную конструкцию, двигатель, соединенный с первой полумуфтой электромагнитной муфты с возможностью е поворота, управляющий стержень и передачу, соединенную со второй полумуфтой электромагнитной муфты и с управляющим стержнем таким образом, что обеспечена возможность преобразования поворотного движения второй полумуфты в поступательное движение управляющего стержня. В другом примере реализации настоящего изобретения привод может дополнительно содержать упругий элемент, взаимодействующий с управляющим стержнем, причем упругий элемент выполнен с возможностью сжатия при поступательном перемещении управляющего стержня и возможностью возврата в несжатое состояние при прекращении подачи постоянного тока на обмотку второй полумуфты электромагнитной муфты. Наличие упругого элемента в управляющем приводе уменьшает время расцепления торцевых зубцов первой и второй полумуфт. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана известная электромагнитная муфта по СА 1289491 с указанием силовых линий магнитного потока. На фиг. 2 показан вид в осевом разрезе электромагнитной муфты в соответствии с настоящим изобретением с указанием силовых линий магнитного потока и воздушных зазоров на пути этого магнитного потока. На фиг. 3 показана электромагнитная муфта по фиг. 2 со сцепленными зубцами первой и второй полумуфт. На фиг. 4 показан кольцевой электромагнит электромагнитной муфты по фиг. 2 с радиальными прорезями в его полюсах согласно одному из примеров реализации настоящего изобретения. На фиг. 5 показана первая полумуфта электромагнитной муфты по фиг. 2 с радиальными прорезями согласно еще одному примеру реализации настоящего изобретения. На фиг. 6 показана вторая полумуфта электромагнитной муфты по фиг. 2 с радиальными прорезями согласно другому примеру реализации настоящего изобретения. На фиг. 7 показан управляющий привод в соответствии с настоящим изобретением. Осуществление изобретения На фиг. 2 показан осевой разрез электромагнитной муфты согласно настоящему изобретению. Электромагнитная муфта по фиг. 2 содержит первую полумуфту (7) и вторую полумуфту (2). Первая полумуфта (7) выполнена из магнитопроводящего материала, например из ферромагнитной стали, и установлена с возможностью ее поворота. В частности, первая зубчатая полумуфта (7) выполнена с возможностью ее установки на ведущий вал (4), взаимодействующий с двигателем (не показан), и возможностью поворота вместе с этим валом. При подаче питания на этот двигатель он поворачивает ведущий вал (4). Первая полумуфта (7) электромагнитной муфты имеет форму кольца и содержит торцевые зубцы(9). В одном из примеров реализации настоящего изобретения первая полумуфта (7) может представлять собой зубчатое колесо. Вторая полумуфта (2) электромагнитной муфты содержит торцевые зубцы (3) и установлена с возможностью ее поворота. В частности, вторая полумуфта (2) выполнена из магнитопро-2 024449 водящего материала, например из ферромагнитной стали, с возможностью ее установки на ведомый вал(1) и возможностью ее поворота вместе с ведомым валом (1), причем ведомый вал (1) расположен соосно с ведущим валом (4). Первая полумуфта (7) и вторая полумуфта (2) электромагнитной муфты расположены соосно относительно друг друга таким образом, что торцевые зубцы (9) первой полумуфты (7) обращены в сторону торцевых зубцов (3) второй полумуфты (2). Первая полумуфта (7) имеет направляющие отверстия (10), которые расположены симметрично вокруг оси вращения первой полумуфты (7) и в которых проходят стопорные винты (11). Каждый из стопорных винтов (11) в направляющих отверстиях (10) первой полумуфты (7) содержит головку, выполненную на одном из его концов, а другой конец стопорного винта (11) закреплен в цилиндрической втулке (5) согласно фиг. 2. На каждом стопорном винте (11) установлен предварительно сжатый упругий элемент (12), например пружина, один из концов которого упирается в головку соответствующего стопорного винта (11), а другой конец этого упругого элемента (12) упирается в первую полумуфту (7). Кроме того, первая полумуфта (7) электромагнитной муфты имеет шлицы (8), выполненные в ее центральной проточке с возможностью соединения со шлицами (6) втулки (5). Электромагнитная муфта также содержит кольцевой электромагнит (13), который выполнен из магнитопроводящего материала, например из ферромагнитной стали, и который расположен соосно со второй полумуфтой (2) таким образом, что торцевые зубцы (3) второй полумуфты (2) обращены в противоположную от него сторону. Электромагнит (13) имеет П-образное осевое сечение, так что он содержит наружный и внутренний кольцевые полюса и расположенную между ними внутреннюю полость, причем наружные кольцевые полюса электромагнита (13) имеют положительную полярность, а внутренние кольцевые полюса электромагнита (13) имеют отрицательную полярность (см. фиг. 4). Во внутреннюю полость этого электромагнита (13) уложена управляющая обмотка (14), выполненная с возможностью подачи на нее постоянного тока от источника постоянного напряжения (не показан). В одном из примеров реализации настоящего изобретения электромагнит (13) выполнен таким образом, что внешний диаметр второй полумуфты (2) меньше внутреннего диаметра наружного кольцевого полюса электромагнита (13), а внешний диаметр наружного кольцевого полюса этого электромагнита (13) равен внешнему диаметру первой кольцевой полумуфты (7). В предпочтительном примере реализации настоящего изобретения внешний диаметр второй полумуфты меньше внутреннего диаметра наружного кольцевого полюса электромагнита (13), причем этот наружный кольцевой полюс, по меньшей мере, частично расположен напротив первой кольцевой полумуфты (7) вдоль оси первой полумуфты (2) и второй полумуфты(7), так что проекция наружного кольцевого полюса на плоскость, в которой лежит торцевая поверхность первой кольцевой полумуфты (2), снабженная торцевыми зубцами (9), по меньшей мере, частично перекрывает первую кольцевую полумуфту (2). При обесточенной управляющей обмотке (14) электромагнита (13) на первую полумуфту (7) действуют только силы упругости упругих элементов (12), под действием которых первая полумуфта (7) прижата к втулке (5) с обеспечением формирования максимального расстояния между первой полумуфтой(7) и второй полумуфтой (2), при котором зубцы (9) первой полумуфты (7) не входят в зацепление с зубцами (3) второй полумуфты (2). Таким образом, при обесточенной управляющей обмотке (14) электромагнита (13) отсутствует механическая связь между первой полумуфтой (7) и второй полумуфтой (2). При подаче постоянного тока на управляющую обмотку (14) кольцевого электромагнита (13) в обмотке (14) начинает течь постоянный ток, создающий магнитный поток Ф, силовые линии которого показаны на фиг. 2. Магнитный поток Ф проходит в осевом направлении от внутреннего полюса магнитопровода кольцевого электромагнита (13) через воздушный зазор (Б 3) между этим внутренним полюсом кольцевого электромагнита (13) и второй полумуфтой (2) во вторую полумуфту (2), затем проходит от второй полумуфты (2) через воздушный зазор (Б 2) между второй полумуфтой (2) и первой полумуфтой(7) в первую полумуфту (7), потом проходит в первой полумуфте (7) в радиальном направлении и далее в осевом направлении от первой полумуфты (2) через воздушный зазор (Б 1) между первой полумуфтой (7) и наружным полюсом магнитопровода электромагнита (13) в наружный полюс магнитопровода электромагнита (13) с последующим замыканием в нем магнитного контура. Таким образом, при подаче постоянного тока на управляющую обмотку (14) кольцевого электромагнита (13) на первую полумуфту (7) и вторую полумуфту (2), через которые проходят силовые линии магнитного потока Ф, действуют силы магнитного притяжения со стороны электромагнита (13), под действием которых происходит осевое перемещение первой полумуфты (7) по направлению ко второй полумуфте (2), при этом силы магнитного притяжения, действующие на первую полумуфту (7), преодолевают силы упругости предварительно сжатых упругих элементов (12). При осевом перемещении первой полумуфты (7) происходит смещение шлицов (8) первой полумуфты (7) относительно шлицов (6) втулки (5), что предотвращает проворот первой полумуфты (7) относительно втулки (5). В результате осевого перемещения первой полумуфты (7) по направлению ко второй полумуфте (2) под действием сил притяжения происходит сцепление торцевых зубцов (9) первой полумуфты (7) с торцевыми зубцами (3) второй полумуфты (2), которое показано на фиг. 3 с обеспечением возможности передачи поворотного движения (крутящего момента) от первой полумуфты (7) ко второй полумуфте (2). При прекращении подачи постоянного тока на управляющую обмотку (14) кольцевого электромаг-3 024449 нита (13) от источника постоянного напряжения (не показан) происходит спад магнитного потока Ф и,таким образом, уменьшение силы магнитного притяжения, действующей на первую полумуфту (7). При достижении силами магнитного притяжения, действующими на первую полумуфту (7), уровня, при котором они меньше сил упругости упругих элементов (12), происходит осевое перемещение первой полумуфты (7) по направлению от второй полумуфты (2) с обеспечением расцепления зубцов (9) первой полумуфты (7) и зубцов (3) второй полумуфты (2). В итоге, происходит возврат первой полумуфты (7) в свое исходное положение по фиг. 2, в котором зубцы (9) первой полумуфты (7) расположены на расстоянии от зубцов (3) второй полумуфты (2), то есть первая полумуфта (7) и вторая полумуфта (2) не имеют механической связи друг с другом. На фиг. 4 показан один из примеров реализации электромагнитной муфты, согласно которому кольцевой электромагнит (13) электромагнитной муфты имеет радиальные прорези (15) во внутреннем и наружном полюсах, которые препятствуют образованию вихревых токов в полюсах электромагнита (13),что обеспечивает уменьшение времени нарастания магнитного потока при подаче постоянного тока на управляющую обмотку (14) этого электромагнита (13) и уменьшение времени спада магнитного потока при прекращении подачи постоянного тока на управляющую обмотку (14) электромагнита (13). На фиг. 5 показан еще один пример реализации электромагнитной муфты, согласно которому вторая полумуфта (2) содержит радиальные прорези (16), которые препятствуют образованию вихревых токов во второй полумуфте (2), что обеспечивает уменьшение времени нарастания магнитного потока при подаче постоянного тока на управляющую обмотку (14) этого электромагнита (13) и уменьшение времени спада магнитного потока при прекращении подачи постоянного тока на управляющую обмотку(14) электромагнита (13). На фиг. 6 показан еще один пример реализации электромагнитной муфты, согласно которому первая полумуфта (7) содержит радиальные прорези (17), которые препятствуют образованию вихревых токов в первой полумуфте (2), что также обеспечивает уменьшение времени нарастания магнитного потока при подаче постоянного тока на управляющую обмотку (14) этого электромагнита (13) и уменьшение времени спада магнитного потока при прекращении подачи постоянного тока на управляющую обмотку (14) электромагнита (13). Вышеописанная электромагнитная муфта (19) может быть установлена в управляющем приводе,показанном на фиг. 7. Управляющий привод по фиг. 7 содержит двигатель (18), ротор которого соединен с первой полумуфтой (7) электромагнитной муфты (19) с возможностью ее поворота при подаче питания на двигатель (18), а также содержит управляющий стержень (20) для регулирования положения клапана и передачу (22), соединенную со второй полумуфтой (2) электромагнитной муфты (19) и этим управляющим стержнем (20). Кроме того, управляющий привод по фиг. 7 содержит противоротационное приспособление (23) для предотвращения поворота управляющего стержня (20). В одном из примером реализации настоящего изобретения передача (22) управляющего привода по фиг. 7 представляет собой шарико-винтовую передачу или ролико-винтовую передачу. При подаче постоянного тока на управляющую обмотку (14) электромагнита (13) происходит зацепление зубцов (9) первой полумуфты (7) с зубцами (3) второй полумуфты (2) с обеспечением передачи поворотного движения от первой полумуфты (7) ко второй полумуфте (2), при этом передача (22) управляющего привода, соединенная со второй полумуфтой (2), преобразовывает поворотное движение второй полумуфты (2) в поступательное движение управляющего стержня (20). В одном из примеров реализации настоящего изобретения управляющий стержень (20) соединен с клапаном, в частности с парораспределительным клапаном, причем в этом случае поступательное движение управляющего стержня (20) обеспечивает открытие или закрытие этого клапана. Еще в одном примере реализации настоящего изобретения управляющий привод дополнительно содержит упругий элемент (21) в виде пружины, взаимодействующий с управляющим стержнем (20),причем упругий элемент (21) выполнен с возможностью сжатия при поступательном перемещении управляющего стержня (20) с обеспечением накопления энергии и возможностью возврата в несжатое состояние при прекращении подачи постоянного тока на обмотку второй полумуфты (2) электромагнитной муфты (19) с обеспечением высвобождения накопленной энергии, что приводит к поступательному перемещению управляющего стержня (20) и быстрому закрытию клапана вследствие уменьшения времени размыкания кинематической связи между первой полумуфтой (7) и второй полумуфтой (2) электромагнитной муфты (19). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электромагнитная муфта (19) для передачи крутящего момента, содержащая первую полумуфту (7) с торцевыми зубцами (9), выполненную из магнитопроводящего материала и установленную с возможностью поворота,вторую полумуфту (2) с торцевыми зубцами (3), выполненную из магнитопроводящего материала и установленную с возможностью поворота соосно с первой полумуфтой (7) таким образом, что торцевые зубцы (3) второй полумуфты (2) обращены в сторону торцевых зубцов (9) первой полумуфты (7),-4 024449 кольцевой электромагнит (13), имеющий П-образное осевое сечение, так что он содержит наружный и внутренний кольцевые полюса и расположенную между ними внутреннюю полость, причм кольцевой электромагнит (13) установлен соосно со второй полумуфтой (2) таким образом, что е торцевые зубцы (3) обращены в противоположную от него сторону, а в указанную внутреннюю полость кольцевого электромагнита (13) уложена управляющая обмотка (14), выполненная с возможностью подачи на нее постоянного тока для обеспечения разъемного сцепления торцевых зубцов (9) первой полумуфты (7) с торцевыми зубцами (3) второй полумуфты (2),отличающаяся тем, что внешний диаметр второй полумуфты (2) меньше внутреннего диаметра наружного кольцевого полюса электромагнита (13), причм наружный кольцевой полюс, по меньшей мере,частично расположен напротив первой полумуфты (7) вдоль оси первой полумуфты (7) и второй полумуфты (2). 2. Муфта по п.1, в которой кольцевой электромагнит (13) содержит радиальные прорези, выполненные в его кольцевых полюсах. 3. Муфта по п.1, в которой первая полумуфта (7) содержит радиальные прорези. 4. Муфта по п.1, в которой вторая полумуфта (2) содержит радиальные прорези. 5. Управляющий привод, содержащий электромагнитную муфту (19) по любому из пп.1-4,двигатель (18), соединенный с первой полумуфтой (7) электромагнитной муфты (19) с возможностью е поворота,управляющий стержень (20) и передачу (22), соединенную со второй полумуфтой (2) электромагнитной муфты (19) и с управляющим стержнем (20) таким образом, что обеспечена возможность преобразования поворотного движения второй полумуфты (2) в поступательное движение управляющего стержня (20). 6. Привод по п.5, дополнительно содержащий упругий элемент (21), взаимодействующий с управляющим стержнем (20), причем упругий элемент выполнен с возможностью сжатия при поступательном перемещении управляющего стержня и возможностью возврата в несжатое состояние при прекращении подачи постоянного тока на обмотку второй полумуфты (2) электромагнитной муфты (19).