Устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости

 

Изобретение относится к устройству, которое содержит магнитную ведущую часть (13) и магнитную ведомую часть (14). Ведомая часть помещена на дне резервуара (5₁), который содержит подлежащую перемешиванию жидкость. Ведущая часть (13) функционирует таким образом, чтобы вызывать вращение ведомой части (14) вокруг заданной оси (8₁) вращения за счет ее магнитного взаимодействия с ведущей частью. Согласно изобретению ведущая и ведомая части выполнены по конфигурации такими, чтобы создавать магнитное поле, линии (15) которого проходят вблизи ведомой части, по существу, перпендикулярно оси ее вращения. За счет этого для одной и той же величины передаваемого момента существенно снижается осевое притяжение между ведущей и ведомой частями, так что ведомая часть (14) и днище резервуара (5₁) подвергаются меньшему износу при вращении ведомой части. 22 з.п.ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится в широком плане к устройствам для перемешивания жидкости и, в частности, к устройствам для перемешивания с магнитным взаимодействием.

Устройства для перемешивания с магнитным взаимодействием в общем случае обеспечивают бесконтактную передачу вращательного движения от ведущей магнитной части на ведомую магнитную часть. Ведущая и ведомая части расположены соответственно снаружи и на днище резервуара, который содержит подлежащую перемешиванию жидкость. Эта передача движения может быть определена также как "взаимодействие осевого типа без направления ведомой части".

По сравнению с менее современными устройствами перемешивания с механическим взаимодействием бесконтактная передача вращательного движения позволяет устранить необходимость пересечения стенок резервуара вращающимися механическими средствами соединения, что связано с риском утечек.

Уровень техники На фиг.1А и 1В представлены известные устройства для перемешивания с магнитным взаимодействием.

Устройство по фиг.1А содержит ведущую магнитную часть 1, которая может приводиться во вращение вокруг оси двигателем 2 через средство 3 трансмиссии, и ведомую часть 4. Ведомая часть 4 расположена на днище резервуара 5, который удерживается опорными средствами 6 над ведущей частью 1. Резервуар 5 и опорные средства 6 изготовлены из немагнитного материала. Ведущая часть 1 и ведомая часть 4, средство 3 трансмиссии и двигатель 2 расположены концентрично вокруг вертикальной оси 8 симметрии. Ведомая часть 4 в стандартном случае представляет собой постоянный магнит в форме стержня с двумя магнитными полюсами N-S (север-юг). Ведущая часть 1 образована постоянным магнитом U-образной формы, магнитные полюса которого расположены напротив магнитных полюсов стержня 4 при неподвижном положении устройства для перемешивания. Магниты 1 и 4 обычно изготавливаются из таких материалов как ферриты или Алнико (Алюминий/никель/кобальт).

При работе двигателя 2 ведомая часть 4 приводится во вращение вокруг оси 8 симметрии за счет магнитного взаимодействия с ведущей частью 1 через воздушный зазор 7. Более конкретно, когда ведущая часть 1 вращается вокруг оси 8 под действием привода двигателя 2, вращающий момент передается на ведомую часть 4, которая вращается вокруг той же оси.

Резервуар 5 содержит химические реактивы в жидкой форме. Вращение магнитного стержня 4 вокруг оси позволяет перемешивать жидкости в резервуаре 5 и способствует, например, образованию осадков, которые выводятся с помощью отвода 50 на боковой стенке резервуара 5. В указанном случае реакции осаждения показанное на фиг.1А устройство для перемешивания называется "устройство для осаждения". Устройство этого типа описано, например, в патентном документе DE 4434558.

На фиг.1В показан другой пример известного устройства для перемешивания. Аналогичные элементы устройства обозначены теми же позициями, что и на фиг. 1А. Устройство по фиг.1В отличается от устройства по фиг.1А тем, что ведущая часть 1, двигатель 2 и средство 3 трансмиссии заменены статическим приводом 9, питаемым от источника 10 переменного напряжения (с прямоугольными импульсами). Статический привод 9 содержит вертикально расположенные электромагниты (представленные схематично на фиг.2В), которые питаются напряжением от источника 10 с переменной коммутацией. Статический привод 9 создает тот же эффект, что и элементы 1, 2 и 3 в устройстве по фиг.1А, то есть создает вращающееся магнитное поле, которое вызывает вращение магнитного стержня 4 вокруг вертикальной оси 8' симметрии за счет магнитного взаимодействия.

Устройство со статическим приводом по фиг.1В имеет ряд преимуществ по сравнению с устройством с двигателем вращения по фиг.1А. Так, в частности, в данном случае не требуется применения движущихся механических частей и достигается значительно большая компактность. Кроме того, в устройстве со статическим приводом можно изменять передаваемый на ведомую часть момент простым образом, изменяя силу тока, подаваемого на обмотки электромагнитов. В устройстве с двигателем вращения регулирование передаваемого момента можно производить только путем физического изменения величины воздушного зазора с помощью механического устройства. Устройство этого типа описано, например, в патентном документе US 4199265.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является устройство для перемешивания жидкости с магнитным взаимодействием, описанное в патентном документе US 5533800. Это устройство, в основном, аналогично представленному на фиг. 1А, т.е. содержит ведущую часть в форме вращающегося магнита, и ведомую часть, выполненную в виде цилиндрического стержня, помещенного на днище резервуара с подлежащей перемешиванию жидкостью. В известном устройстве имеется также командное средство, включающее в себя приводное средство на основе электродвигателя для приведения во вращение ведущего магнита. Это, в свою очередь, вызывает вращение ведомого магнитного стержня вокруг заданной оси вращения в результате его магнитного взаимодействия с магнитом ведущей части.

Существенным недостатком всех рассмотренных известных устройств по фиг. 1А и 1В заключается в ограниченном сроке службы ведомого магнита, что обусловлено его неравномерным износом от трения, с концентрацией зоны износа вдоль его образующей, соответствующей линии контакта с днищем резервуара.

Кроме того, у большинства известных устройств, подобным показанным на фиг. 1А-2В, величина момента, который может быть передан на ведомую часть, является ограниченной. Действительно, увеличение этого момента повышает силу притяжения стержня 4 к днищу резервуара и увеличивает износ от трения как стержня, так и днища резервуара.

Фиг. 2А и 2В схематично изображают на виде спереди относительное расположение ведущей и ведомой частей для случаев выполнения ведущей части в виде постоянного магнита 1 (фиг.2А) и в виде электромагнитов 9 (фиг.2В). Фиг.2С схематично изображает на виде сверху взаимодействие частей устройства по фиг.2А. Как показано на фиг.2С, при работе устройства для перемешивания ведомая часть 4 постоянно отстает на угол относительно вращающегося поля, создаваемого ведущей частью. Линии магнитного поля между полюсами ведущей и ведомой частей, представленные стрелками 11 (фиг.2А и 2С) и 12 (фиг.2В), имеют горизонтальную составляющую (фиг.2С), которая способствует передаче момента на ведомую часть, а также вертикальную составляющую, параллельную оси вращения 8, 8' (фиг.2А и 2В). Создаваемое этой составляющей осевое усилие является очень существенным компонентом энергетического взаимодействия между ведущей и ведомой частями. Любое повышение момента, передаваемого на ведомый магнит 4, автоматически вызывает увеличение осевого притяжения между ведущей и ведомой частями и соответственно износ ведомого магнита 4 и днища резервуара 5 вследствие наличия этой осевой составляющей линий поля.

Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании устройства для перемешивания жидкости, которое по сравнению с известными устройствами позволяет снизить неравномерный износ ведомой части вдоль одной из образующих ведомого магнита.

Дополнительная задача состоит в уменьшении взаимного износа ведомой части и днища резервуара при одной и той же величине момента, передаваемого на ведомую часть.

Для решения названных задач предлагается устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости, которое содержит ведущую часть и ведомую часть, выполненную в виде, по существу, цилиндрического стержня и предназначенную для размещения на днище резервуара, который содержит подлежащую перемешиванию жидкость. В состав устройства по изобретению входит также командное средство для воздействия на ведущую часть таким образом, чтобы вызывать вращение ведомой части вокруг заданной оси вращения посредством магнитного взаимодействия с ведущей частью. Устройство по изобретению характеризуется тем, что дополнительно снабжено магнитным элементом, способным создавать асимметрию в линиях магнитного поля, получаемого в результате магнитного взаимодействия. Благодаря наличию такой асимметрии ведомая часть в виде стержня, содержащего по меньшей мере центральную цилиндрическую часть, приводится во вращение также вокруг своей продольной оси, перпендикулярной указанной оси вращения. Как следствие такого дополнительного вращения износ ведомой части происходит равномерно по всей боковой поверхности цилиндрической части стержня.

Согласно предпочтительным вариантам выполнения изобретения магнитный элемент, создающий асимметрию магнитного поля, может быть расположен на ведомой или на ведущей части, в частности, на магнитном полюсе ведущей части или ведомой части или вблизи него. Магнитный элемент представляет собой деталь, изготовленную из ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь или мягкое железо.

Далее, в предпочтительных вариантах выполнения ведущей и ведомой частям придана конфигурация, способствующая ориентации линий магнитного поля, создаваемого при магнитном взаимодействии, по существу перпендикулярно заданной оси вращения ведомой части вблизи нее.

Практически предпочтительным является выполнение ведущей и ведомой частей по конфигурации такими, чтобы способствовать ориентации линий магнитного поля, создаваемого при магнитном взаимодействии, параллельно продольной оси ведомой части вблизи нее.

Заданная ось вращения в типовом случае, но не исключительно, является вертикальной (воображаемой) осью симметрии ведомой части и/или ведущей части. При работе устройства ведущая часть просто лежит на днище резервуара и подвергается только воздействию своего веса, сил трения о днище резервуара и электромагнитных сил, которые генерируются ведущей частью и передаются через резервуар. Резервуар или по меньшей мере его часть вблизи ведущей части выполнен(а) из немагнитного материала для того, чтобы его (ее) могли пронизывать линии магнитного поля.

Таким образом, в противоположность типичным известным устройствам, большая часть линий магнитного поля в устройстве по изобретению имеет осевую составляющую (параллельную оси вращения) малой величины по сравнению с горизонтальной составляющей на уровне ведомой части. За счет этого для одного и того же передаваемого момента создается меньшая сила осевого притяжения, которая является нежелательной силой, так как она вызывает износ ведомой части и днища резервуара. Следовательно, на ведомую часть может быть передан более высокий момент без увеличения износа этой части и днища резервуара. Эксперименты показали, что при определенных условиях можно повысить передаваемый момент на величину до 30%.

Обеспечиваемая изобретением возможность повышения передаваемого момента позволяет получить более высокую интенсивность перемешивания и решать проблемы, возникающие, например, в случаях загрязнения днища резервуара или при возможных перепадах вязкости жидкостей в резервуаре. Кроме того, эта возможность позволяет увеличить размер воздушного зазора между ведущей и ведомой частями для того, чтобы, например, использовать резервуары с более толстыми стенками.

Согласно изобретению ведущая часть содержит постоянный магнит, который предпочтительно изготовлен из материалов Nd - Fe - В или Sm - Со. Эти материалы обладают хорошей устойчивостью к размагничиванию, в противоположность материалам, которые традиционно используются в известных устройствах перемешивания и которые имеют тенденцию довольно легко размагничиваться при отсутствии противодействующего магнитного поля. Вследствие этого в известных устройствах требуется периодическая замена магнитов, что повышает стоимость их эксплуатации.

Согласно первому примеру выполнения изобретения ведущая часть содержит по меньшей мере один постоянный магнит, имеющий по меньшей мере одну пару магнитных полюсов, активные поверхности которых по существу параллельны оси вращения. Магнитные полюса данной пары в типовом случае имеют разные полярности.

В оптимальном варианте по меньшей мере полюса постоянного магнита ведущей части выполнены из анизотропного материала. В этом случае постоянный магнит расположен таким образом, что направление намагничивания анизотропного материала по существу перпендикулярно оси вращения ведомой части. Анизотропный материал содержит, например, феррит стронция.

Магнитные полюса постоянного магнита ведущей части могут быть разделены центральной частью, выполненной из ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь или мягкое железо. Эта центральная деталь позволяет избежать магнитных утечек между полюсами постоянного магнита вдоль направления, параллельного оси вращения.

Командное средство содержит приводное средство для приведения во вращение ведущей части. Это приводное средство содержит двигатель и средство трансмиссии для подсоединения двигателя к ведущей части.

Согласно второму примеру выполнения изобретения ведущая часть содержит по меньшей мере один электромагнит, имеющий по меньшей мере две пары магнитных полюсов, активные поверхности которых по существу параллельны оси вращения. В этом случае командное средство содержит средство питания для питания указанного по меньшей мере одного электромагнита переменным током.

Указанный по меньшей мере один электромагнит в общем случае состоит из суммарного числа "р" электромагнитов, которое больше или равно двум, а средство питания выполнено с возможностью питания указанного числа "р" электромагнитов р-фазным переменным током. Электромагниты числом "р" размещены крестовиной, причем каждый электромагнит образует перекладину крестовины.

Согласно третьему примеру выполнения изобретения ведущая часть содержит по меньшей мере один постоянный магнит, имеющий по меньшей мере одну пару магнитных полюсов, причем расстояние, разделяющее магнитные полюса данной пары, по существу равно или больше размера ведомой части в любом направлении, перпендикулярном оси вращения. Под понятием "по существу равно" понимается расстояние, которое равно, незначительно больше или незначительно меньше размера ведомой части в любом направлении, перпендикулярном оси вращения. Расстояние, разделяющее магнитные полюса данной пары, измеряется между обращенными друг к другу внутренними поверхностями пары полюсов.

Предпочтительно, чтобы активные поверхности указанной по меньшей мере одной пары магнитных полюсов были, по существу, перпендикулярны оси вращения.

Ведущая часть приводится во вращение с помощью приводного средства, которое образовано двигателем и средством трансмиссии для подсоединения двигателя к ведущей части.

Согласно четвертому примеру выполнения изобретения ведущая часть содержит по меньшей мере один электромагнит, имеющий по меньшей мере две пары магнитных полюсов, причем расстояние, разделяющее магнитные полюса данной пары, по существу равно или больше размера ведомой части в любом направлении, перпендикулярном оси вращения. В этом случае командное средство содержит средство питания указанного по меньшей мере одного электромагнита переменным током. Этот по меньшей мере один электромагнит может состоять, например, из суммарного числа "р" электромагнитов, большего или равного двум, а средство питания выполнено с возможностью питания указанного числа "р" электромагнитов р-фазным переменным током. Ведущая часть выполнена в виде сердечника, который содержит число "р" пар зубцов, направленных, по существу, параллельно оси вращения. При этом каждая пара зубцов образует стержни сердечника с намотанными на них обмотками одного электромагнита. Сердечник образован листами по существу цилиндрической формы, расположенными концентрично с взаимным смещением в радиальном направлении.

В описанных выше примерах выполнения ведомая часть может быть выполнена в виде стержня, содержащего по меньшей мере центральную цилиндрическую часть. Дополнительно может быть предусмотрен магнитный элемент, способный придавать асимметрию линиям магнитного поля таким образом, что посредством магнитного взаимодействия ведомая часть приводится также во вращение вокруг своей продольной оси, перпендикулярной указанной выше оси вращения. Этот магнитный элемент может быть расположен на ведомой или на ведущей части, в частности, на магнитном полюсе ведущей части или ведомой части или вблизи него. Магнитный элемент представляет собой деталь, изготовленную из ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь или мягкое железо.

Согласно другому аспекту изобретения устройство для перемешивания содержит защитную оболочку, изготовленную из немагнитного материала и предназначенную для помещения внутрь нее резервуара и защиты ведущей части от содержащейся в нем жидкости. Благодаря этому устройство для перемешивания может использоваться для перемешивания опасных реактивов, содержащих, например, ядерные материалы.

Перечень фигур чертежей Примеры осуществления настоящего изобретения, его дополнительные особенности и преимущества будут ясны из описания примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1А схематично изображает первое известное устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости, фиг. 1В схематично изображает второе известное устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости, фиг. 2А схематично изображает относительное расположение ведущей и ведомой частей в устройстве по фиг.1А, фиг. 2В схематично изображает относительное расположение ведущей и ведомой частей в устройстве по фиг.1В, фиг. 2С схематично изображает на виде сверху относительное положение частей по фиг.2А, фиг. 3А схематично изображает устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости согласно первому примеру выполнения в соответствии с изобретением и, в частности, относительное расположение ведущей и ведомой частей в устройстве,
фиг. 3В схематично изображает на виде сверху относительное положение ведущей и ведомой частей в устройстве по фиг.3А,
фиг. 4А схематично изображает устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости согласно второму примеру выполнения в соответствии с изобретением, и в частности, относительное расположение ведущей и ведомой частей в устройстве,
фиг. 4В схематично изображает на виде сверху относительное положение ведущей и ведомой частей в устройстве по фиг.4А,
фиг. 5 схематично изображает устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости согласно третьему примеру выполнения в соответствии с изобретением и, в частности, относительное расположение ведущей и ведомой частей в устройстве,
фиг. 6А схематично изображает устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости согласно четвертому примеру выполнения в соответствии с изобретением и, в частности, относительное расположение ведущей и ведомой частей в устройстве,
фиг. 6В схематично изображает в перспективе магнитный контур, используемый в качестве ведущей части в устройстве по фиг.6А,
фиг. 7А схематично изображает в перспективе ведущий постоянный магнит, используемый в устройстве по фиг.3А,
фиг. 7В схематично изображает в перспективе ведущий постоянный магнит, используемый в устройстве по фиг.5,
фиг. 8А схематично изображает ведомый магнит, который может быть использован в устройствах по фиг.3А, 4А, 5 и 6А,
фиг.8В изображает на виде сбоку ведомый магнит по фиг.8А,
фиг.9 изображает схему воздействия на ведомый магнит магнитного элемента асимметрии, содержащегося в устройствах по фиг.3А, 4А, 5 и 6А.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Фиг.3А и 3В схематично изображают, соответственно на виде спереди и сверху, устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости согласно первому примеру выполнения изобретения. На фиг.3А и 3В упрощенно изображены ведущая часть 13, ведомая часть 14 и резервуар 5₁. Устройство по изобретению содержит также элементы по типу элементов 2, 3 и 6, которые показаны на фиг.1А и не представлены на фиг.3А и 3В в целях большей ясности. Ведущая часть 13 расположена под резервуаром 5₁, на днище которого помещена ведомая часть 14. С помощью двигателя ведущая часть 13 приводится во вращение вокруг вертикальной оси вращения 8₁ и посредством бесконтактного магнитного взаимодействия приводит во вращение ведомую часть 14 вокруг той же оси. Резервуар 5₁ или только его нижняя часть 50₁ вблизи ведущей части 13 выполнены из немагнитного материала.

Ведомая часть 14 выполнена в виде магнитного стержня, имеющего S-полюс 140 и N-полюс 141 и центральную цилиндрическую часть 142. Оба полюса могут быть выполнены в форме усеченных конусов. Магнитный стержень 14 изготовлен, например, из материала Nd - Fe - В.

Ведущая часть 13 содержит постоянный магнит, активные поверхности 130 и 131 которого параллельны оси вращения 8₁. Под активными поверхностями имеются в виду те поверхности, через которые выходит создаваемое магнитом магнитное поле. Этот постоянный магнит содержит образующую N-полюс полярную часть 132 и образующую S-полюс полярную часть 133, которые разделены между собой сердечником 134 из ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь или мягкое железо, а также немагнитное основание 135, несущее элементы 132-134. Ведущая и ведомая части 13 и 14 выполнены предпочтительно по существу одинаковыми по длине с тем, чтобы N- и S-полярные части 132 и 133 ведущей части 13 были расположены соответственно под N- и S-полюсами 140 и 141 магнитного стержня 14. При укладке на днище резервуара магнитный стержень 14 позиционируется таким образом, что его вертикальная ось 8₁ симметрии и вращения совпадает с вертикальной осью симметрии ведущей части 13.

Согласно изобретению полярные части 132 и 133 ведущей части 13 изготовлены из анизотропного материала, например, из феррита стронция. Анизотропный материал вырезан таким образом, что его направление 136 намагничивания, а следовательно, и остаточное поле ориентированы параллельно магнитному стержню 14, то есть перпендикулярно оси 8₁. Практически ось 8₁ вертикальна, а направление 136 намагничивания горизонтально.

Сердечник 134 из мягкой стали (или мягкого железа) позволяет избежать утечки части магнитного поля между полюсами 132 и 133 к стержню 14 вдоль оси 8₁, что увеличило бы осевое усилие между ведущей и ведомой частями. Магнитное поле в сердечнике 134 ориентировано горизонтально.

Ведущий магнит 132-133-134 и ведомый магнит 14 по изобретению создают магнитное поле взаимодействия. В основном линии 15 поля выходят по существу горизонтально от боковой активной поверхности 130 N-полярной части 132 и подходят по существу горизонтально к S-полюсу 140 ведомого магнитного стержня 14. Далее магнитные линии 15 выходят по существу горизонтально от N-полюса 141 стержня и подходят по существу горизонтально к боковой активной поверхности S-полярной части 133. Таким образом, линии 15 магнитного поля образуют петлю, как это показано на фиг.3А. Вблизи полюсов ведомого магнита 14 линии 15 магнитного поля ориентированы по существу параллельно продольной оси 143 ведомого магнита 14. При сравнении схем магнитных полей в устройствах по фиг.2А и 3А видно, что в устройстве по фиг.3А существенно ниже число линий магнитного поля, создающих значительную осевую составляющую усилия вблизи магнитного стержня 14. За счет этого сводится к минимуму осевое усилие притяжения между ведущей и ведомой частями устройства.

Согласно изобретению между ведущей частью 13 и резервуаром ₁ предусмотрена герметизирующая защитная оболочка 145. Защитная оболочка 145, изготовленная из немагнитного материала, позволяет защитить ведущую часть 13 и связанные с ней элементы (двигатель, средства трансмиссии) от химических реактивов, содержащихся в резервуаре 5₁. Это свойство изобретения особенно важно для использования устройства в ядерной технике. В том случае, когда содержащиеся в резервуаре реактивы представляют собой ядерные материалы, защитная оболочка 145 может использоваться для создания замкнутой камеры для представляющей опасность части устройства, а именно для ведомой части и резервуара.

Фиг. 4А и 4В схематично изображают, соответственно на виде спереди и сверху, устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости согласно второму примеру выполнения изобретения. Устройство для перемешивания содержит ведомую часть 16, идентичную ведомой части 14 в исполнении по фиг.3А и 3В, резервуар 5₂, защитную оболочку 160 и ведущую часть 17 со статическим приводом, размещенную под резервуаром 5₂. Предпочтительно длина ведущей части 17 равна длине ведомой части 16. Ведущая часть 17 содержит три жестко укрепленных электромагнита 170, 171 и 172, расположенных горизонтально и питаемых от источника переменного синусоидального многофазного тока (не показан). Активные поверхности 170a-170b, 171a-171b, 172a-172b электромагнитов 170, 171, 172 параллельны оси 8₂ вращения ведомой части 16.

Электромагниты расположены крестообразно в виде крестовины с тремя перекладинами, при этом каждый электромагнит образует одну перекладину. Каждый из электромагнитов 170, 171, 172 образован горизонтальным сердечником с двумя обмотками на концах, соответственно обмотками 170с-170d, 171c-171d, 172c-172d. Обмотки каждого электромагнита электрически соединены между собой. В качестве примера на фиг.4А показано соединение проводом 17' обмоток электромагнита 170.

Обмотки электромагнитов 170, 171, 172 питаются трехфазным током. В частности, пары обмоток 170c-170d, 171c-171d, 172c-172d питаются переменным током с относительным сдвигом по фазе на 120^o. Каждая активная поверхность электромагнита образует магнитный полюс, полярность которого изменяется в функции фазы переменного тока, подаваемого на соответствующие обмотки. За счет этого вращающееся магнитное поле создается эквивалентным образом тому, как оно создается вращающимся магнитом 13 в примере выполнения по фиг.3А и 3В. Благодаря горизонтальному расположению электромагнитов линии 18 магнитного поля между активными поверхностями 170а, 170b, 171а, 171b, 172а и 172b и магнитными полюсами ведомого магнита 16 сравнимы с линиями 15 магнитного поля на фиг. 3А и 3В. В частности, линии 18 вблизи ведомого магнита 16, в основном, ориентированы по существу параллельно его продольной оси.

В примере выполнения по фиг.4А и 4В используется три электромагнита. Очевидно, что может использоваться другое число электромагнитов, равное или большее двух. В общем случае для суммарного числа "р" электромагнитов, которое равно или больше двух, их располагают крестообразно, при этом каждый электромагнит образует одну из перекладин крестовины, а питающий ток должен быть р-фазным. Таким образом, каждый электромагнит питается переменным током, фаза которого смещена на +(360^o/р) и -(360^o/р) по отношению к соседним электромагнитам.

Фиг.5 изображает устройство для перемешивания жидкости согласно третьему примеру выполнения. Устройство содержит ведомый магнит 19, идентичный магнитам 14 и 16 и помещенный в резервуар 5₃, ведущий магнит 20 U-образной формы, резервуар 5₃, защитную оболочку 190 и элементы, идентичные элементам 2 и 3 на фиг.1А (не показаны) и предназначенные для приведения ведущего магнита 20 во вращение вокруг вертикальной оси 8₃ симметрии ведущего и ведомого магнитов. Ведущий магнит 20 содержит магнитный N-полюс 200 и магнитный S-полюс 201, расположенные симметрично относительно оси 8₃, при этом их активные поверхности 202 и 203 перпендикулярны оси 8₃, то есть параллельны ведомому магниту 19.

Согласно изобретению расстояние D между полюсами 200 и 201 ведущего магнита 20 по меньшей мере равно, то есть равно или больше длины L ведомого магнита 19. За счет этого линии 21 магнитного поля вблизи ведомого магнита 19 ориентированы по существу перпендикулярно оси 8₃ вращения ведомого магнита, то есть по существу параллельны его продольной оси.

Фиг. 6А изображает на упрощенном виде спереди устройство для перемешивания согласно четвертому примеру выполнения изобретения. Устройство содержит ведомый магнит 22, идентичный магнитам 14, 16 и 19 и помещенный в резервуаре 5₄, ведущую часть 23 со статическим приводом и защитную оболочку 220.

Ведущая часть 23 содержит несколько вертикально расположенных электромагнитов, из которых на фиг.6А показан один. Каждый электромагнит содержит две обмотки 23а-23b, намотанных на два вертикальных сердечника, которые расположены симметрично относительно вертикальной оси 8₄ симметрии ведомого магнита 22 и ведущей части 23. Обмотки каждого электромагнита соединены между собой, например, с помощью провода 23'.

Каждый электромагнит питается переменным током от источника питания (не показан) и образует два магнитных полюса переменной полярности, активные поверхности 23с, 23d которых перпендикулярны оси 8₄. Полярность магнитных полюсов изменяется периодически в функции фазы тока питания электромагнита, так что в результате в воздушном зазоре между ведущей и ведомой частями создается вращающееся магнитное поле.

На фиг.6В показан в перспективе пример магнитного контура, используемого в статическом приводе 23. На этом чертеже для большей ясности не показаны обмотки. Магнитный контур содержит сердечник, образованный тремя парами вертикальных зубцов 230-231, 232-233 и 234-235, которые расположены по кругу на цилиндрическом основании (ярме) 236. Каждый зубец 230-235 представляет собой стержень, на котором намотана обмотка. Таким образом, каждая пара зубцов 230-231, 232-233 и 234-235 предназначена для установки двух обмоток симметрично относительно оси 8₄ симметрии для образования электромагнита. Сердечник образован слоями в виде концентричных цилиндров 237, взаимно смещенных в радиальном направлении.

Согласно изобретению внутренний диаметр D1 каркаса примерно равен длине LO ведомого магнита 22 или больше нее, с тем, чтобы на уровне полюсов ведомого магнита 22 линии 22' магнитного поля были ориентированы по существу перпендикулярно оси 8₄.

В примере выполнения по фиг.6В используются три пары обмоток. Эти три пары обмоток питаются переменным током со сдвигом по фазе на 120^o и -120^o по отношению к двум другим парам обмоток. В общем случае, как это уже было описано применительно к примеру выполнения по фиг.4А и 4В, магнитный контур ведущей части 23 может содержать число "р" пар обмоток, равное или больше двух. Другими словами, общее число "р" пар обмоток образует два электромагнита или большее число электромагнитов. Эти обмотки питаются током с числом фаз, равным "р".

В четырех описанных примерах выполнения предусматривается использование ведомого магнита, по существу, цилиндрической формы. Для специалиста в данной области ясно, что ведомый магнит может иметь другие формы. Так, например, он может иметь конфигурацию горизонтальной крестовины с двумя парами магнитных полюсов. В третьем и четвертом примерах выполнения по фиг.5 и 6А, 6В расстояние D между магнитными полюсами ведущего магнита 20 (фиг.5) и диаметр DI каркаса магнитного контура 23 в общем случае выбираются такими, что они по существу равны или больше размера ведомого магнита в любом направлении, перпендикулярном оси вращения.

Во всех описанных выше примерах по фиг.3-6 при выполнении ведомого магнита 14, 16, 19 и 22 в виде стержня, по существу, цилиндрической формы он приводится во вращение вокруг оси 8₁-8₄ симметрии, ориентированной перпендикулярно продольной оси стержня. Часть ведомого магнита, находящаяся в контакте с днищем резервуара 5₁-5₄ в каждый данный момент, представляет собой образующую линию, которая обозначена позицией 144 на фиг.3А и параллельна продольной оси ведомого магнита.

Согласно варианту выполнения изобретения предусмотрено несимметричное или неуравновешенное расположение магнитного элемента на ведомом магните или на ведущей части. Цель данного решения состоит в том, чтобы в процессе вращения ведомого магнита его образующая линия контакта с днищем резервуара не оставалась постоянной и износ ведомого магнита от трения не происходил по одной образующей линии или вблизи нее. Этот магнитный элемент предпочтительно представляет собой деталь из ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь, и служит для создания асимметрии в линиях магнитного поля между ведущей и ведомой частями для того, чтобы вызвать вращение ведомого магнита вокруг его продольной оси. В первом и третьем примерах выполнения изобретения, где в качестве ведущей части используется вращающийся постоянный магнит (фиг. 3 и 5), элемент асимметрии предпочтительно расположен на одном из магнитных полюсов ведущего магнита, чтобы не подвергаться износу. Однако он может быть также помещен и на одном из магнитных полюсов ведомого магнита. Во втором и четвертом примерах выполнения с использованием статического привода в качестве ведущей части (фиг.4 и 6) элемент асимметрии расположен на одном из магнитных полюсов ведомого магнита.

На фиг. 7А показан в перспективе ведущий магнит 13 в примере выполнения устройства по фиг.3А и 3В. Элемент 137 асимметрии может быть помещен в соответствующей выемке, выполненной на полярной части 133. На фиг.7В показано размещение элемента асимметрии для третьего примера выполнения изобретения по фиг.5. Элемент 202 асимметрии помещен в соответствующей выемке, выполненной на полярной части 201 ведущего магнита 20.

На фиг.8А и 8В показан магнитный стержень по типу магнитов 14, 16, 19 и 22, на котором установлен магнитный элемент 240 асимметрии. Элемент 240 помещен на поверхности полюса 241 стержня 24 в соответствующей выемке и выполнен по форме в соответствии с формой полюса 241. Как уже было указано, магнитный стержень 24, несущий элемент 240 асимметрии, так же, как и ведомые магниты 16 или 22 с элементами асимметрии, используются в тех случаях, когда желательно поворачивать их вокруг продольной оси в примерах выполнения устройства со статическим приводом.

Фиг. 9 изображает на виде сверху схему воздействия магнитного элемента асимметрии на ведомый магнит 25.

Элемент асимметрии вызывает существенную модификацию линий магнитного поля между ведущей и проводной частями таким образом, что "магнитный центр тяжести" 250 ведомого магнита смещается от центра симметрии 251. За счет этого ведомый магнит вращается вокруг вертикальной оси, проходящей уже через точку 250, а не вокруг вертикальной оси, проходящей через точку 251. Силы трения F_A и F_B, передаваемые на магнит днищем резервуара с одной и другой стороны от точки 250, имеют различные суммарные величины. Неуравновешенность сил трения вызывает вращение магнитного стержня 25 вокруг его продольной оси 252, показанное стрелкой 253, одновременно с вращением магнитного стержня 25 вокруг вертикальной оси, проходящей через точку 250, показанным стрелкой 254.

Благодаря движению вращения или поворота ведомого магнита вокруг своей продольной оси силы трения, передаваемые на магнит днищем резервуара, распределяются по всей цилиндрической поверхности магнита в процессе его вращения вокруг вертикальной оси его симметрии. За счет этого износ магнита не концентрируется в одной определенной зоне, а равномерно распределяется по всей поверхности.

Формула изобретения

1. Устройство с магнитным взаимодействием для перемешивания жидкости, содержащее ведущую часть (13; 17; 20; 23), ведомую часть (14; 16; 19; 22), выполненную в виде, по существу, цилиндрического стержня и предназначенную для размещения на днище резервуара (5₁-5₄), который содержит подлежащую перемешиванию жидкость, и командное средство (2, 3; 10) для воздействия на ведущую часть таким образом, чтобы вызывать вращение ведомой части вокруг заданной оси (8₁- 8₄) вращения посредством магнитного взаимодействия с ведущей частью, отличающееся тем, что дополнительно содержит магнитный элемент (137, 202; 240), способный создавать асимметрию в линиях магнитного поля, получаемого в результате магнитного взаимодействия, таким образом, что ведомая часть приводится во вращение также вокруг своей продольной оси (252), перпендикулярной указанной оси (8₁-8₄) вращения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ведомая часть (14; 16; 19; 22) содержит постоянный магнит, предпочтительно изготовленный из Nd - Fe - В или Sm - Со.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что ведущая и ведомая части имеют конфигурацию, способствующую ориентации линий (15; 18; 21; 22') магнитного поля вблизи ведомой части, по существу, перпендикулярно указанной оси вращения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ведущая часть (13) содержит по меньшей мере один постоянный магнит, имеющий по меньшей мере одну пару магнитных полюсов (132, 133), активные поверхности (130, 131) которых, по существу, параллельны оси вращения.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что по меньшей мере полюса (132, 133) постоянного магнита ведущей части выполнены из анизотропного материала, а постоянный магнит ведущей части расположен таким образом, что направление (136) намагничивания анизотропного материала, по существу, перпендикулярно оси (8₁) вращения ведомой части.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что указанный анизотропный материал содержит феррит стронция.

7. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что магнитные полюса постоянного магнита ведущей части (13) разделены центральной деталью (134), выполненной из ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь или мягкое железо.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ведущая часть содержит по меньшей мере один электромагнит (17), имеющий по меньшей мере две пары магнитных полюсов, активные поверхности (172а, 173а, 172b, 173b, 172с, 173с) которых, по существу, параллельны оси вращения.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ведущая часть содержит по меньшей мере один постоянный магнит (20), имеющий по меньшей мере одну пару магнитных полюсов (200, 201), причем расстояние (D), разделяющее магнитные полюса данной пары, по существу, равно или больше размера (L) ведомой части в любом направлении, перпендикулярном оси (8₃) вращения.

10. Устройство по любому из пп.4-7, 9, отличающееся тем, что командное средство содержит приводное средство (2, 3) для приведения ведущей части во вращение.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что приводное средство содержит двигатель (2) и средство (3) трансмиссии для подсоединения двигателя к ведущей части.

12. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ведущая часть содержит по меньшей мере один электромагнит (23), имеющий по меньшей мере две пары магнитных полюсов, причем расстояние (DI), разделяющее магнитные полюса данной пары, по существу, равно или больше размера (LO) ведомой части (22) в любом направлении, перпендикулярном оси (8₄) вращения.

13. Устройство по п.9 или 12, отличающееся тем, что активные поверхности (23с, 23d) указанных по меньшей мере двух пар магнитных полюсов, по существу, перпендикулярны оси вращения.

14. Устройство по любому из пп.8, 12 и 13, отличающееся тем, что командное средство содержит средство (10) питания указанного по меньшей мере одного электромагнита переменным током.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один электромагнит состоит из суммарного числа “р” электромагнитов (23а, 23b), большего или равного двум, а средство питания выполнено с возможностью питания указанного числа “р” электромагнитов р-фазным переменным током.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что ведущая часть содержит сердечник, содержащий “р” пар зубцов (230-235), направленных, по существу, параллельно оси (8₄) вращения, при этом каждая пара зубцов образует стержень одного электромагнита.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что сердечник образован листами (237), по существу, цилиндрической формы, расположенными концентрично с взаимным смещением в радиальном направлении.

18. Устройство по п.4 или 9, отличающееся тем, что указанный магнитный элемент расположен на ведомой части или на ведущей части, предпочтительно на ведущей части.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что магнитный элемент расположен на магнитном полюсе ведущей части или ведомой части или вблизи него.

20. Устройство по п.8 или 12, отличающееся тем, что указанный магнитный элемент (240) расположен на ведомой части.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что указанный магнитный элемент (240) расположен на магнитном полюсе ведомой части или вблизи него.

22. Устройство по любому из пп.1-21, отличающееся тем, что указанный магнитный элемент представляет собой деталь, изготовленную из ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь или мягкое железо.

23. Устройство по любому из пп.1-22, отличающееся тем, что оно содержит защитную оболочку (145; 160; 190; 220), изготовленную из немагнитного материала и предназначенную для помещения внутрь нее резервуара и для защиты ведущей части от содержащейся в нем жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9