14.4. ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ МУФТЫ
Возможны два варианта исполнения гистерезисных муфт: в первом — магнитное поле индуктора создается обмоткой, во втором — постоянными магнитами. Недостатком первого варианта является наличие контактной системы для передачи тока в индуктор, достоинством — возможность электрического управления муфтой.
Рис. 14.7. Магнитогистерезисная муфта с радиальным рабочим зазором
Муфты с постоянными магнитами (магнитогистерезисные) обладают высокой надежностью. Однако регулирование передаваемого момента в них затруднено.
В магнитогистерезисной муфте (рис. 14.7) постоянные магниты 1 с полюсными наконечниками 2 укреплены в магнитопроводе 3 индуктора, связанного с ведущим валом. На ось ведомого вала насажен ротор, состоящий из втулки f> из немагнитного или магнитомягкого материала и колеи 4 активного слоя. Кольца активного слоя изготовлены из материала с довольно широкой петлей гистерезиса, имеющей высокие значения остаточной индукции и коэрцитивной силы. Шихтованная структура активного слоя позволяет уменьшить вихревые токи и асинхронный вращающий момент.
Пусть ротор заторможен, а индуктор вращается приводным двигателем с угловой скоростью ац. Под действием вращающегося магнитного поля индуктора в активном слое появляются потери на гистерезис от перемагничивания. Потери за один цикл перемагничивания определяются максимальным значением индукции в активном слое ротора.
При дальнейшем возрастании момента нагрузки (Мн> >МГ) муфта переходит в асинхронный режим, когда частота вращения муфты меньше частоты вращения индуктора.
На рис. 14.9 изображены механические характеристики муфты, представляющие собой зависимости момента нагрузки Мн и момента муфты Мг от скольжения. Пока Мн^Мг, ведомый вал вращается с синхронной скоростью (s = 0) (кривая 1). Если МН>МТ, то ведомый вал вращается со скольжением (кривая 2). Однако момент, передаваемый муфтой, остается постоянным, равным Мг.
При МН>МГ угол 6 = 6таж остается неизменным, т.е. ось полюсов, наведенных в активном слое, продолжает вращаться синхронно с полем индуктора, отставая при этом на постоянный угол Qmax- В то же время ротор движется со скольжением s. Если активный слой выполнен в виде литого цилиндра, то за счет вихревых токов кроме гистерезисного момента Mv появляется асинхронный момент (прямая 3), пропорциональный скольжению:
М = Ме + Mamaxs.
В этом режиме скольжение s^O, угловая скорость(o2<«>i, ротор отстает от вращающегося индуктора и в нем создается дополнительный момент, как в асинхронном двигателе.
Преимущество гистерезисной муфты заключается в постоянстве передаваемого момента. Если нагрузочный момент Мя резко возрастает (неполадки, поломки механизма), то максимальный момент, передаваемый на приводной двигатель, ограничен Мг и гистерезисная муфта защищает двигатель от перегрузки. Постоянство момента муфты обеспечивает быстрый разгон нагрузки.
В ряде схем автоматики необходима быстрая остановка привода. В этих случаях применяются тормоза на базе гистерезисной муфты. Ведомая часть муфты делается неподвижной, а ведущая соединяется с приводным двигателем. При торможении двигатель отключается и включается муфта. Постоянный тормозной момент муфты обеспечивает быструю остановку привода.
Гистерезисные муфты широко применяются для передачи момента в агрессивную среду, отделенную от окружающей среды металлической немагнитной оболочкой и находящуюся под высоким давлением. В этом случае применяются муфты с аксиальным рабочим зазором. Ведущая часть с индуктором отделена немагнитной стенкой от ведомой части с активным слоем в виде колец.
Вопросы теории, конструкции и проектирования магнито-гистерезисных муфт подробно рассмотрены в [14.3].