PL215102B1 - Sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą magnetoreologiczną - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą magnetoreologiczną.

Sprzęgła hydrokinetyczne są zbudowane z dwóch wirników: pompy i turbiny osadzonych na wałach i zamkniętych we wspólnej obudowie wypełnionej cieczą roboczą. Sprzęgło hydrokinetyczne z zatrzymanym wirnikiem turbiny przekształca się w hamulec hydrokinetyczny.

W sprzęgłach hydrokinetycznych energia z wirnika pompy jest przenoszona na wirnik turbiny przez ciecz roboczą. Charakterystyczną cechą sprzęgła hydrokinetycznego jest to, że moment obrotowy zależy od prędkości kątowych wału wejściowego i wału wyjściowego sprzęgła. Zależność ta powoduje, że dla określonych wartości prędkości kątowych wałów sprzęgła hydrokinetycznego przenoszony moment obrotowy ma taką samą wartość, co dla wielu zastosowań jest korzystne. Jednak istnieje znaczna grupa maszyn, w których celowe jest uzyskanie momentów obrotowych o różnych wartościach przy tych samych prędkościach kątowych wałów. Wtedy stosuje się sterowane sprzęgła hydrokinetyczne. Sterowanie sprzęgieł hydrokinetycznych odbywa się najczęściej przez dławienie przepływu cieczy roboczej za pomocą przesłon. Sposób ten jest prosty w realizacji i pewny w działaniu. (Zbigniew Kęsy: Sterowanie przekładni hydrokinetycznej cieczą roboczą, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, 2003).

Dławienie przepływu cieczy roboczej można uzyskać również na drodze hydraulicznej przez zwiększenie oporów przepływu cieczy roboczej. Zastosowanie cieczy magnetoreologicznej, której opór przepływu rośnie w polu magnetycznym stwarza nowe możliwości sterowania sprzęgłami hydrokinetycznymi.

Ciecze magnetoreologiczne są mieszaninami ciała stałego i cieczy. Cząstki stałe cieczy magnetoreologicznych są wykonane z żelaza, kobaltu, stopów żelaza i kobaltu oraz tlenków żelaza. Na ciecz bazową tych cieczy najczęściej stosowany jest olej silikonowy, ze względu na mały wpływ temperatury na jego właściwości reologiczne. Ciecze magnetoreologiczne, w których cząstki stałe mają średnicę rzędu kilkudziesięciu nm są nazywane ferromagnetycznymi, a o średnicy cząstek stałych rzędu kilkunastu μm magnetycznymi. Ciecze magnetyczne są częściej w urządzeniach technicznych niż ciecze ferromagnetyczne, ze względu na dużo większe wartości naprężeń stycznych uzyskiwanych podczas aktywacji.

Znane są rozwiązania konstrukcyjne sprzęgieł hydrokinetycznych z cieczą magnetoreologiczną sterowanych za pomocą zmiany natężenia pola magnetycznego. (Patent PL 198 064). W sprzęgłach tych odizolowane od siebie magnetycznie łopatki wirników są połączone naprzemiennie z biegunami elektromagnesów, wytwarzających pole magnetyczne w kanałach, w których płynie magnetoreologiczna ciecz robocza. Zmiana wartości napięcia zasilającego cewki elektromagnesów powoduje wzrost natężenia pola magnetycznego powstałego miedzy łopatkami, co skutkuje wzrostem oporów przepływu cieczy. Wadą takiego rozwiązania jest skomplikowana konstrukcja wynikająca z konieczności zainstalowania elektromagnesów w obracających się kołach łopatkowych.

Sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą magnetoreologiczną zawierające regulowany zasilacz napięcia doprowadzający poprzez izolowane przewody napięcia do cewki elektromagnesu oraz zawierające wirnik pompy osadzony na wale wejściowym i wirnik turbiny osadzony na wale wyjściowym umieszczone we wspólnej nieruchomej obudowie, wypełnionej cieczą magnetoreologiczną, przy czym wał wejściowy i wał wyjściowy są ułożyskowane w obudowie poprzez łożyska i uszczelnione poprzez pierścienie uszczelniające charakteryzuje się tym, że w składającej się z dwóch połówek wykonanych z materiału paramagnetycznego obudowie umieszczony jest pomiędzy wirnikiem pompy i wirnikiem turbiny rdzeń elektromagnesu kołowego, zaś bliżej osi pomiędzy wirnikiem pompy i wirnikiem turbiny umieszczony jest pierścień wykonany z materiału ferromagnetycznego, przy czym pierścień wykonany z materiału ferromagnetycznego jest zamocowany do nieruchomej obudowy poprzez śruby rozmieszczone na obwodzie pierścienia, wykonane z materiału paramagnetycznego i wkręcone w nagwintowane otwory wykonane w rdzeniu elektromagnesu.

Zaletą wynalazku jest wytworzenie między wirnikami pompy i turbiny sprzęgła hydrokinetycznego kanału pierścieniowego, w którym poprzez elektromagnes wytwarzane jest pole magnetyczne o liniach pola prostopadłych do kierunku przepływu cieczy.

Magnetoreologiczna ciecz robocza, przepływająca podczas pracy sprzęgła hydrokinetycznego przez kanał pierścieniowy, podlega działaniu pola magnetycznego, co powoduje wystąpienie dodatkowych oporów przepływu, zależnych od wartości napięcia zasilającego cewkę elektromagnesu.

PL 215 102 B1

Zwiększenie wartości napięcia prowadzi do zwiększenia oporów przepływu cieczy roboczej w sprzęgle hydrokinetycznym i tym samym do zmniejszenia momentu obrotowego przenoszonego przez to sprzęgło.

Kanał pierścieniowy może być wytworzony między wirnikami pompy i turbiny sprzęgła hydrokinetycznego na dwa sposoby, tak by magnetororeologiczna ciecz robocza, przepływała przez ten kanał:

- z wirnika pompy do wirnika turbiny (bliżej średnicy zewnętrznej sprzęgła);

- z wirnika turbiny do wirnika pompy (bliżej osi sprzęgła).

Jednak to drugie rozwiązanie jest mniej korzystne, gdyż odległość między ściankami kanału pierścieniowego jest wtedy większa, co powoduje, że przy tej samej wartości napięcia zasilającego cewkę elektromagnesu, natężenie pola magnetycznego w kanale jest mniejsze, gdyż natężenie pola magnetycznego istotnie maleje ze wzrostem odległości między biegunami elektromagnesu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym schemat budowy sterowanego sprzęgła hydrokinetycznego z cieczą magnetoreologiczną według wynalazku.

Sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą magnetoreologiczną według wynalazku zawiera wirnik pompy 1, wirnik turbiny 2, rdzeń elektromagnesu kołowego 3 z cewką elektryczną 4 oraz pierścień 5, wykonany z materiału ferromagnetycznego, umieszczone we wspólnej nieruchomej obudowie, składającej się z dwóch połówek 6a i 6b wykonanych z materiału paramagnetycznego oraz rdzenia elektromagnesu kołowego 3, wypełnionej cieczą magnetoreologiczną. Wirnik pompy sprzęgła hydrokinetycznego 1 osadzony jest na wale wejściowym 7, a wirnik turbiny sprzęgła hydrokinetycznego 2 osadzony jest na wale wyjściowym 8. Wał wejściowy 7 i wał wyjściowy 8 są ułożyskowane w połówkach obudowy 6a oraz 6b poprzez łożyska 9 i uszczelnione poprzez pierścienie uszczelniające 10. Pierścień 5 jest zamocowany do nieruchomej obudowy poprzez śruby 11 rozmieszczone na obwodzie pierścienia 5, wykonane z materiału paramagnetycznego, wkręcone w nagwintowane otwory wykonane w rdzeniu elektromagnesu 3. Do doprowadzenia napięcia elektrycznego z regulowanego zasilacza napięcia 12 do cewki elektrycznej 4 służą dwa izolowane przewody elektryczne 13.

Claims (1)

1. Sterowane sprzęgło hydrokinetyczne z cieczą magnetoreologiczną zawierające regulowany zasilacz napięcia doprowadzający poprzez izolowane przewody napięcie do cewki elektromagnesu oraz zawierające wirnik pompy osadzony na wale wejściowym i wirnik turbiny osadzony na wale wyjściowym umieszczone we wspólnej nieruchomej obudowie, wypełnionej cieczą magnetoreologiczną, przy czym wał wejściowy i wał wyjściowy są ułożyskowane w obudowie poprzez łożyska i uszczelnione poprzez pierścienie uszczelniające, znamienne tym, że w składającej się z dwóch połówek (6a i 6b) wykonanych z materiału paramagnetycznego obudowie umieszczony jest pomiędzy wirnikiem pompy (1) i wirnikiem turbiny (2) rdzeń elektromagnesu kołowego (3), zaś bliżej osi pomiędzy wirnikiem pompy (1) i wirnikiem turbiny (2) umieszczony jest pierścień (5) wykonany z materiału ferromagnetycznego, przy czym pierścień (5) wykonany z materiału ferromagnetycznego jest zamocowany do nieruchomej obudowy poprzez śruby (11) rozmieszczone na obwodzie pierścienia (5), wykonane z materiału paramagnetycznego i wkręcone w nagwintowane otwory wykonane w rdzeniu elektromagnesu (3).