Магнитный редуктор

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках. Технический результат - уменьшение массы и потерь в стали магнитного редуктора, вибрации. Магнитный редуктор содержит корпус (1), подшипниковые щиты (2, 3), магнитопроводы (4, 5), вал быстрого вращения 11, немагнитную втулку (7) ротора быстрого вращения с постоянными магнитами 6, диски (5) статора, вал медленного вращения (12, на котором установлена немагнитная втулка (10) ротора медленного вращения с дисками (9). Диски (8) статора и диски (9) ротора медленного вращения чередуются и имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы в виде секторов. Подшипники (13, 14) установлены в подшипниковых щитах (2, 3), а подшипники (15, 16) установлены во втулке (17) подшипников, жестко связанной с диском (8) статора.7 ил.

 

Изобретение относится к электромагнитным механизмам, а конкретно к бесконтактным магнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках.

Известен магнитный редуктор, имеющий ротор быстрого вращения с постоянным магнитом, ротор медленного вращения в виде полого цилиндра и статор с магнитопроводом и с зубцами на его внутренней поверхности (Авт. свид. №280142, H02K 51/00) - [1].

Его недостатком является сравнительно малый передаваемый момент.

Известен магнитный редуктор, имеющий ротор быстрого вращения, ротор медленного вращения в виде полого цилиндра и статор с магнитопроводом и с зубцами на его внутренней поверхности, полые цилиндры, поочередно механически связанные с ротором медленного вращения и со статором, ротор быстрого вращения содержит постоянные магниты, намагниченные тангенциально и встречно, и клинообразные полюсные наконечники, полые цилиндры имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, параллельные оси вращения, угловые размеры всех зубцов и ферромагнитных элементов полых цилиндров одинаковые, магнитные элементы полых цилиндров, связанных со статором, имеют угловое положение, совпадающее с угловым положением зубцов магнитопровода статора, причем количество ферромагнитных элементов полых цилиндров, связанных со статором и с ротором медленного вращения, отличаются в пределах одного полюсного деления на единицу (патент №2369955, H02K 51/00, опубл. 10.10.2009, Бюл. №28) - [2].

Его недостатком является отсутствие возможности герметичного разделения полостей роторов быстрого и медленного вращения и передачи момента в герметичный объем. Кроме того, консольное расположение роторов быстрого и медленного вращения требует точного концентричного сопряжения полых цилиндров статора и ротора, что вызывает технологические сложности в обеспечении необходимых радиальных зазоров рабочих элементов ротора и статора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является магнитный редуктор-мультипликатор, содержащий индуктор, магнитопровод которого имеет зубцы, роторы быстрого и медленного вращения, а также статор, имеющие чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, причем количества ферромагнитных элементов статора и ротора медленного вращения отличаются на единицу в пределах одного полюсного деления, индуктор магнитного поля выполнен неподвижным, а ротор быстрого и ротор медленного вращения представляют собой диски, диски ротора медленного вращения чередуются с дисками статора, между диском ротора быстрого вращения и диском ротора медленного вращения располагается диск статора, количество дисков ротора медленного вращения и дисков статора один или более (патент на полезную модель №118136, H02K 51/00, опубл. 10.07.2012, Бюл. №19) - [3].

Его недостатком является большая масса, что связано с внешним магнитопроводом, замыкающим магнитный поток, проходящий через активную часть редуктора. Далее, магнитный редуктор имеет потери энергии в стали секторов, магнитная индукция в которых изменяется. При совпадении угловых размеров ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения наблюдается эффект прилипания, что вызывает вибрацию ротора медленного вращения.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в уменьшении массы и потерь в стали магнитного редуктора, а также в отсутствии вибрации в нем.

Технический результат достигается тем, что в магнитном редукторе, содержащем статор, роторы быстрого и медленного вращения, представляющие собой диски, диски ротора медленного вращения чередуются с дисками статора и имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, причем их количества отличаются на количество немагнитных элементов ротора быстрого вращения, между диском ротора быстрого вращения и диском ротора медленного вращения располагается диск статора, ротор быстрого вращения представляет собой индуктор с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, ферромагнитные элементы ротора медленного вращения и статора выполнены из электротехнической стали шихтованными, а магнитопровод статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам редуктора, причем магнитопровод, дальний от ротора быстрого вращения, имеет зубцы на поверхности, обращенной к диску ротора медленного вращения, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны.

Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1 - Фиг.7, где:

Фиг.1 - продольное сечение магнитного редуктора;

Фиг.2 - диск ротора быстрого вращения;

Фиг.3 - диск ротора медленного вращения;

Фиг.4 - диск статора;

Фиг.5 - пути прохождения магнитного потока в прототипе;

Фиг.6 - пути прохождения магнитного потока в предлагаемом магнитном редукторе;

Фиг.7 - форма листов шихтованного сектора.

Здесь 1 - корпус; 2, 3 - подшипниковые щиты; 4, 5 - магнитопроводы статора; 6 - постоянные магниты; 7 - втулка ротора быстрого вращения; 8 - диски статора; 9 - диски ротора медленного вращения; 10 - втулка ротора медленного вращения; 11 - вал быстрого вращения; 12 - вал медленного вращения; 13-16 - подшипники; 17 - втулка подшипников.

Корпус 1 жестко связан с подшипниковыми щитами 2, 3. На них установлены кольцевые магнитопроводы 4, 5 статора. На магнитопроводе 5 имеются зубцы.

Четыре постоянных магнита 6 установлены на втулке 7 ротора быстрого вращения. Диски 8 статора закреплены на корпусе 1. Диски 9 ротора медленного вращения установлены на втулке 10 ротора медленного вращения. Вал 11 быстрого вращения опирается на подшипники 13, 15, а вал 12 медленного вращения опирается на подшипники 14, 16. Подшипники 13, 14 установлены в подшипниковых щитах 2, 3. Подшипники 15, 16 установлены во втулке 17 подшипников, жестко связанной с диском статора, расположенным рядом с ротором быстрого вращения.

Магнитопроводы 4, 5 выполнены лентой из электротехнической стали путем навивки. Постоянные магниты 6 выполнены в виде четырех секторов из высококоэрцитивного магнитотвердого материала, намагничены по оси вращения и образуют на торцевых поверхностях чередующиеся полюсы. Диски статора и ротора имеют чередующиеся секторы из магнитомягкого и немагнитного материалов. Магнитные секторы выполнены шихтованными из электротехнической стали. Количества магнитных секторов дисков статора z_c и ротора z_p, приходящихся на одно полюсное деление, отличаются на единицу. На фиг.2, 3 показан случай, когда z_c=5, z_p=6.

Ротор быстрого вращения имеет четыре постоянных магнита 6, имеющие вид секторов (на фиг.2 показаны закрашенными), и немагнитные секторы (на фиг.2 не закрашены).

Диски 8 статора имеют ферромагнитные элементы (на фиг.3 показаны закрашенными) и немагнитные секторы (на фиг.3 не закрашены).

Диски 9 ротора медленного вращения имеют ферромагнитные элементы (на фиг.4 показаны закрашенными) и немагнитные сектора (на фиг.4 не закрашены).

Магнитный редуктор работает следующим образом. При вращении ротора быстрого вращения вместе с ним вращаются области большой магнитной индукции. В результате диски ротора медленного вращения поворачиваются так, что места совпадения положений магнитных секторов дисков статора и ротора находятся в зоне максимума модуля магнитной индукции. При повороте ротора быстрого вращения на угол π/2 ротор медленного вращения должен повернуться на один сектор, т.е. на угол π/2z_p. Следовательно, магнитный редуктор имеет передаточное отношение z_p. Поэтому скорость вращения ротора медленного вращения будет ω/z_p, а момент на валу медленного вращения - z_pM.

Наличие нескольких дисков статора и ротора вызывает многократную деформацию магнитного поля в зоне дисков, что увеличивает развиваемый момент и позволяет улучшить массогабаритные показатели.

На фиг.5 показаны пути прохождения магнитного потока в прототипе, где требуется внешний магнитоповод. В предлагаемом магнитном редукторе магнитный поток проходит в осевом направлении только в рабочей зоне и не требуется его замыкание по ярму снаружи рабочей зоны. На фиг.6 показаны пути прохождения магнитного потока в данной конструкции, где внешний магнитопровод отсутствует, а объем и масса значительно меньше.

На торцевой поверхности магнитопровода 5 статора, обращенной к активной зоне, имеются ферромагнитные выступы в виде секторов, повторяющие по форме и количеству ферромагнитные элементы дисков статора, что увеличивает развиваемый момент.

Магнитные секторы статора и ротора выполнены из электротехнической стали шихтованными для уменьшения потерь в стали на вихревые токи и гистерезис, поскольку в процессе работы магнитная индукция в секторах изменяется. На фиг.7 показана форма листов шихтованного сектора, выполняемого из электротехнической стали.

Передача момента редуктора является упругой. При увеличении момента нагрузки на валу медленного вращения он отстает на некоторый угол от положения, соответствующего холостому ходу.

Магнитный редуктор не имеет механических контактов между подвижными активными частями, бесшумен в работе, имеет большой срок службы, определяемый подшипниками, допускает ударные нагрузки, так как связь между валами осуществляется через магнитное поле.

Таким образом, в результате того что ротор быстрого вращения выполнен в виде индуктора с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, ферромагнитные элементов ротора медленного вращения и статора выполнены из электротехнической стали шихтованными, а магнитопровод статора в виде двух колец из ленты электротехнической стали методом навивки, расположенных по торцам редуктора, причем магнитопровод, дальний от ротора быстрого вращения, имеет зубцы на поверхности, обращенной к диску ротора медленного вращения, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны, получен магнитный редуктор с уменьшенной массой и мощностью потерь в стали при отсутствии вибрации.

Магнитный редуктор, содержащий статор, роторы быстрого и медленного вращения, представляющие собой диски, диски ротора медленного вращения чередуются с дисками статора и имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, причем их количества отличаются на количество немагнитных элементов ротора быстрого вращения, между диском ротора быстрого вращения и диском ротора медленного вращения располагается диск статора, отличающийся тем, что ротор быстрого вращения представляет собой индуктор с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, ферромагнитные элементы ротора медленного вращения и статора выполнены из электротехнической стали шихтованными, а магнитопровод статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам редуктора, причем магнитопровод, дальний от ротора быстрого вращения, имеет зубцы на поверхности, обращенной к диску ротора медленного вращения, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны.