Магнитный редуктор

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к редукторам. Магнитный редуктор содержит расположенные соосно в корпусе быстроходный входной и тихоходный выходной валы. На быстроходном входном валу неподвижно закреплен первый диск, дополнительный диск, ферромагнитные элементы и дополнительные, расположенные по окружности, ферромагнитные элементы, неподвижно прикрепленные к корпусу. Последним расположен второй диск. Первый диск несет аксиально расположенные постоянные магниты. Напротив него расположены по окружности ферромагнитные элементы. Дополнительный диск расположен с другой стороны этих элементов. Дополнительный диск несет постоянные магниты и установлен с возможностью свободного вращения на подшипниковой опоре в корпусе. Второй диск несет постоянные магниты и жестко связан с тихоходным выходным валом. 3 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, 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, содержащий статор, роторы быстрого и медленного вращения, ротор медленного вращения и статор имеют чередующиеся диски, диски статора имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, ротор быстрого вращения представляет собой индуктор с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, между ротором быстрого вращения и диском ротора медленного вращения располагается диск статора, ферромагнитные элементы 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, диски ротора медленного вращения выполнены из магнитотвердого материала с аксиально намагниченными секторами чередующихся полярностей, при этом клиновидные выступы зубцов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также намагниченные сектора дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества секторов на диске статора zc и намагниченных секторов на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±p, где p - число пар полюсов ротора быстрого вращения (RU 2594018, H02K 51/00, F16D 27/01, опубл. 10.08.2016).

Его принцип работы основан на использовании многоступенчатого принципа преобразования момента через чередующие ферромагнитные сегменты. Однако следует выделить, что такой редуктор имеет высокие массогабаритные показатели при реализации многоступенчатой трансформации через последовательные ферромагнтитные модуляторы в силу отсутствия постоянных магнитов между модуляторами.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в снижении массогабаритных показателей за счет обеспечения модуляций магнитного поля, создаваемых быстроходным ротором с постоянными магнитами и ферромагнитными сегментами.

Указанный технический результат достигается тем, что в магнитном редукторе, содержащем расположенные соосно в корпусе быстроходный входной и тихоходный выходной валы, при этом на быстроходном входном валу неподвижно закреплен первый диск, несущий аксиально расположенные постоянные магниты, напротив которого расположен неподвижно смонтированные ферромагнитные элементы, с другой стороны которого расположен второй диск, несущий постоянные магниты и который, связан жестко с тихоходным выходным валом, между ферромагнитными элементами со стороны быстроходного входного вала и вторым диском, несущим постоянные магниты и связанным с тихоходным выходным валом, последовательно расположен дополнительный диск, несущий постоянные магниты и установленный с возможностью свободного вращения на подшипниковой опоре в корпусе, и дополнительные ферромагнитные элементы, неподвижно прикрепленные к корпусу, при этом все ферромагнитные элементы расположены по окружности на расстоянии друг от друга, а число постоянных магнитов кратно числу рядом расположенных ферромагнитных элементов.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

Сущность предложенного устройства поясняется чертежами, где

на фиг. 1 - продольный разрез редуктора магнитного;

фиг. 2 - аксонометрическая модель редуктора магнитного;

фиг. 3 - картина распределения плотности магнитного поля магнитного редуктора.

Согласно настоящему изобретению рассматривается конструкция устройства - магнитного редуктора с высоким передаточным отношением, а именно бесконтактного магнитного преобразователя, который может быть использован в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках.

В общем случае, магнитный редуктор с высоким передаточным отношением содержит корпус 1, в котором быстроходный входной 2 и тихоходный выходной 3 валы расположены соосно. При этом на быстроходном входном валу 2 неподвижно закреплен первый диск 4, несущий аксиально расположенные постоянные магниты. Напротив этого диска расположены по окружности на расстоянии друг от друга ферромагнитные элементы 5, с другой стороны которых расположен дополнительный диск 6, несущий постоянные магниты и установленный с возможностью свободного вращения на подшипниковой опоре 7 в корпусе. За этим диском 6 расположены по окружности на расстоянии друг от друга ферромагнитные элементы 8, неподвижно прикрепленные к корпусу. А за ферромагнитными элементами 8 расположен второй диск 9, несущий постоянные магниты, и который связан жестко с тихоходным выходным валом 3. Все элементы редуктора смонтированы вдоль оси валов 2 и 3, создавая компактную конструкцию. При этом число постоянных магнитов на каждом диске кратно числу рядом расположенных ферромагнитных элементов. Ферромагнитные элементы выполняют функцию ферромагнитных модуляторов, которые генерирует гармоники магнитного поля, которые кратны количеству пар полюсов постоянных магнитов на дисках, что создает условия для трансформации момента.

Суть конструктивного исполнения магнитного редуктора связана с возможностью использования магнитного взаимодействия рядом расположенных элементов. Технический результат достигается применением аксиальным расположением постоянных магнитов. Входной быстроходный вал 2 выполнен с аксиальным расположением постоянных магнитов на закрепленном на нем диске 2. Рядом смонтирован первый ферромагнитный модулятор (расположенные по окружности ферромагнитные элементы 5), который генерирует гармоники магнитного поля, которые взаимодействуют с полем постоянных магнитов не закрепленного промежуточного ротора, выполненного в виде свободно сидящего для вращения диска 6, которые равны разности количества ферромагнитных сегментов и числа пар полюсов постоянных магнитов на быстроходном валу 2. Общая механическая связь свободно вращающегося диска 6 интегрирована с магнитной системой второй ступени трансформации момента. И через второй ферромагнитный модулятор (расположенные по окружности ферромагнитные элементы 8) при взаимодействии с полем постоянных магнитов и тихоходного вала 3 и передает на этот вал низкую скорость. Отметим следующее, наличие подобного варианта расположения ступеней трансформации момента позволяет создавать многоступенчатого редуктора с высоким передаточным отношением.

Постоянные магниты выполнены из высококоэрцитивного магнитотвердого материала. Ферромагнитные элементы имеют наибольшую магнитную восприимчивость и используются в магнитном редукторе. В них атомные магнитные моменты спонтанно коллинеарно самоориентируются, образуя аномально большие магнитные моменты. У лучших современных магнитных материалов энергетическое произведение (В⋅Н)max достигает величины 320 Тл⋅кА/м (40 млн Гс⋅Э), например, у материала с высокой коэрцитивной силой SmCo3 (см., напр., Преображенский А.А., Биширд Е.Г. Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М., 1986; Февралева И.Е. Магнитотвердые материалы и постоянные магниты. К., 1969; Постоянные магниты, Справочник, М., 1971).

Магнитный редуктор работает на использовании эффекта магнитной редукции. Суть эффекта магнитной редукции основана на модуляции магнитного поля, создаваемого быстроходным ротором с постоянными магнитами, ферромагнитными элементами (сегментами) тихоходного вала с генерацией гармоник, которые кратны количеству пар полюсов постоянных магнитов на внешнем статоре, что создает условия для трансформации момента. Фиксированное соотношение числа пар полюсов постоянных магнитов быстроходного вала и числа ферромагнитных элементов (сегментов) на тихоходном роторе определяет передаточное отношение. Ферромагнитные элементы (сегменты) тихоходного звена модулируют магнитное поле в воздушном зазоре между быстроходным валом с постоянными магнитами и внешним ротором управления с постоянными магнитами.

Магнитный редуктор работает следующим образом. При вращении быстроходного вала вместе с ним вращается диск с постоянными магнитами, создавая на ферромагнитных элементах 5 магнитную индукцию, приводящую к вращению диска 6. В результате диск 6 поворачиваются так, что места совпадения положений ферромагнитных элементов 5 и диска 6 соответствует полярности дисков и находятся в зоне максимума модуля магнитной индукции. Многократная деформация магнитного поля в зоне дисков позволяет увеличить развиваемый момент и позволяет улучшить массогабаритные показатели за счет соосной компоновки. 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.

Работоспособность данного магнитного редуктора и возможность трансформации момента (передаточного отношения) в системе "постоянный магнит-ферромагнитный элемент" подтверждена работами Меньших Олега Федоровича (RU 2309527) на примере модели так называемого ферромагнитовязкого ротатора, представляющего собой из связанных между собой постоянного магнита с однородным или неоднородным магнитным полем между его полюсами и ферромагнитного диска (кольца) с осью вращения, выполненного из ферромагнитного материала с магнитной вязкостью, постоянная релаксации т которой по отношению к периоду Т вращения ферромагнитного диска (кольца) выбрана, например, из условия т ~ТХ0/4,4π R, где Х0 - длина магнитного зазора между полюсами постоянного магнита, в который помещен край ферромагнитного диска (кольца) радиуса R, при этом напряженность магнитного поля в зазоре постоянного магнита выбрана насыщающей для материала ферромагнитного диска (кольца).

Согласно полученным аналитическим результатам, вращение достигается благодаря отставанию в динамике вращательного движения ферромагнитного диска (кольца) его магнитного "центра тяжести" размещенной в поле постоянного магнита части ферромагнитного диска (кольца) от центра притяжения постоянного магнита, что создает силу тяготения со стороны постоянного магнита, приложенную к краевой части ферромагнитного диска (кольца), в результате чего возникает вращающий момент, поддерживающий вращательное движение ферромагнитного диска (кольца) с угловой скоростью, определяемой постоянной релаксации магнитной вязкости ферромагнитного материала диска (кольца). В случае однородного магнитного поля в зазоре между полюсами постоянного магнита реализуется так называемый "жесткий режим" самовозбуждения вращательного движения, при котором необходимо принудительно (под действием внешних сил) привести ферромагнитный диск (кольцо) во вращательное движение с необходимой угловой скоростью. В случае неоднородного магнитного поля с заданным градиентом вдоль касательной к краевой части ферромагнитного диска (кольца), находящейся в магнитном зазоре, реализуется так называемый "мягкий режим" самовозбуждения, при котором ферромагнитный диск (кольцо) постоянно испытывает втягивающее усилие со стороны магнитного поля постоянного магнита в направлении градиента напряженности этого поля и поэтому приходит в ускоренное вращательное движение в переходном процессе, доводя угловую скорость вращения до определенной величины, определяемой постоянной релаксации магнитной вязкости выбранного ферромагнитного материала. По мере достижения указанной угловой скорости магнитный "центр тяжести" части ферромагнитного диска (кольца), связанной с магнитным полем постоянного магнита, смещен относительно центра тяготения поля постоянного магнита, и эта величина смещения между указанными центрами определяет постоянно действующий вращающий момент, уравновешиваемый величиной момента трения (нагрузочного момента) в ротаторе, пропорционально возрастающего с увеличением угловой скорости вращения ферромагнитного диска (кольца). Отставание магнитного "центра тяжести" вышеуказанной части ферромагнитного диска (кольца) от центра притяжения магнитного поля постоянного магнита определяется магнитной вязкостью, при которой дифференциальные объемы указанной части ферромагнитного диска (кольца), более длительное время находящиеся в насыщающем магнитном поле постоянного магнита, в большей степени уменьшают свою магнитную восприимчивость, чем дифференциальные объемы, магнитное насыщение в которых еще не наступило. Это создает перераспределение в указанной части ферромагнитного диска (кольца) величин магнитной восприимчивости, градиент которой направлен противоположно к вектору действующей на ферромагнитный диск (кольцо) силы со стороны магнитного поля постоянного магнита.

Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено с использованием современных технологий, применяемых в машиностроении.

Магнитный редуктор, содержащий расположенные соосно в корпусе быстроходный входной и тихоходный выходной валы, при этом на быстроходном входном валу неподвижно закреплен первый диск, несущий аксиально расположенные постоянные магниты, напротив которого расположен неподвижно смонтированные ферромагнитные элементы, с другой стороны которого расположен второй диск, несущий постоянные магниты, и который связан жестко с тихоходным выходным валом, отличающийся тем, что между ферромагнитными элементами со стороны быстроходного входного вала и вторым диском, несущим постоянные магниты и связанным с тихоходным выходным валом, последовательно расположен дополнительный диск, несущий постоянные магниты и установленный с возможностью свободного вращения на подшипниковой опоре в корпусе, и дополнительные ферромагнитные элементы, неподвижно прикрепленные к корпусу, при этом все ферромагнитные элементы расположены по окружности на расстоянии друг от друга, а число постоянных магнитов кратно числу рядом расположенных ферромагнитных элементов.



 

Похожие патенты:

Изобретение обеспечивает источник электропитания, содержащий асинхронную машину, устройство для приведения ротора асинхронной машины во вращение посредством ротора двигателя и электрическое соединение для питания электрического оборудования посредством упомянутого ротора асинхронной машины, причем система асинхронная машина выполнена с возможностью приема электрической энергии переменного тока (АС) через статор асинхронной машины, и она представляет в заданном диапазоне скоростей привода ротора асинхронной машины при приведении ротором двигателя коэффициент полезного действия (КПД) переноса электрической энергии от статора к упомянутому ротору, которая является приоритетной относительно КПД, с которым механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока с возможностью работы как отдельно от каждого источника, так и совместно.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока с возможностью работы как отдельно от каждого источника, так и совместно.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока с возможностью работы как отдельно от каждого источника, так и совместно.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к бесконтактным электромагнитным редукторам. Технический результат - увеличение передаваемой мощности в установившемся и динамическом режимах с сохранением возможности регулирования коэффициента редукции.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в увеличении количества и равномерности поступления электрической энергии m-фазного переменного тока, а также повышении надежности и стабильности работы энергосистемы.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрической трансмиссии со сверхпроводящими обмотками. Сверхпроводниковая трансмиссия включает: входной вал и входной электромеханический преобразователь, содержащий статор с многофазными обмотками и ротор, установленный на входном валу, по меньшей мере один выходной вал и по меньшей мере один выходной электромеханический преобразователь, содержащий статор с многофазными обмотками и ротор, установленный на выходном валу; термоизолированный контейнер, обеспечивающий температурный режим сверхпроводящего состояния размещенных в нем обмоток статоров входного и выходного электромеханических преобразователей и кабеля, выполненных из сверхпроводящего материала и соединенных в единый электрический контур.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления генератором. Техническим результатом является увеличивается частоты вращения вала до определенного предела без использования дополнительных энергоресурсов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным электромагнитным редукторам. Электромагнитный редуктор содержит корпус с установленными в нем статором с многофазной обмоткой, подключенной к источнику напряжения регулируемой частоты, с первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах, соответственно.

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

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к приводам. Волновой привод содержит корпус, выходной вал, волновую зубчатую передачу с гибким и жестким колесами, генератором волн, размещенным внутри гибкого колеса, через промежуточный редуктор связанным с ротором электродвигателя.

Изобретение относится к устройствам изменения скорости вращения, а более конкретно к волновым зубчатым передачам. Устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи имеет кольца и элемент генератора волн.

Изобретение предназначено для подачи шариков, воздействующих на рабочие органы исполнительных механизмов. Подаватель роторный состоит из корпуса, имеющего сквозные каналы для прохода шариков, роторного колеса, жестко закрепленного на рабочем валу и имеющего вид цилиндра с расположенными на внешней образующей продольными канавками, равно распределенными по длине окружности с шагом, обеспечивающим достаточную толщину перемычек между канавками.

Изобретение относится к авиационным двигателям, а более конкретно к одноступенчатым редукторам. Одноступенчатый понижающий редуктор для авиационного двигателя имеет коаксиальную пару кольцевых шестерен, коаксиальную пару прямозубых шестерен и несущий элемент, соединенный с входным валом редуктора.

Изобретение относится к роторным машинам. Роторная машина использует шарики, обладающие механической энергией, и преобразует их поступательное движение в крутящий момент своего рабочего вала.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к зубчатым волновым передачам. Способ изготовления волновой передачи в герметичном и негерметичном ее исполнениях заключается в том, что предварительно деформируют гибкое звено с изменением его формы.

Изобретение относится к волновым передачам. Волновая передача с двумя деформируемыми зубчатыми или фрикционными колесами включает корпус, крышку, соосные входной и выходной валы, два деформируемых зубчатых колеса, неподвижное и подвижное, каждое деформируемое гибкое зубчатое колесо снабжено по крайней мере одним генератором.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении вакуумного технологического оборудования. Способ изготовления волновой герметичной передачи предусматривает следующие операции: гибкое герметичное звено, установочный фланец, дно, входное и выходное звенья деформируют предварительно с внешней стороны; установке гибкой негерметичной оболочки в герметичную оболочку предваряют установку втулки; при сборке/разборке используют сквозные резьбовые отверстия; подшипниковые опоры устанавливают на хвостовике герметичного звена и в корпусе; в резьбовые отверстия крышки и трубы ввинчивают винты.

Изобретение относится к волновой герметичной передаче вакуумного технологического оборудования. Способ изготовления и сборки/разборки волновой герметичной передачи заключается в установке гибкого подшипника на гибкое герметичное звено недеформированным.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках.

Изобретение относится к машиностроению и электротехнике и может быть использовано в качестве редукторов и мультипликаторов в обычном исполнении, а также для передачи энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к редукторам. Магнитный редуктор содержит расположенные соосно в корпусе быстроходный входной и тихоходный выходной валы. На быстроходном входном валу неподвижно закреплен первый диск, дополнительный диск, ферромагнитные элементы и дополнительные, расположенные по окружности, ферромагнитные элементы, неподвижно прикрепленные к корпусу. Последним расположен второй диск. Первый диск несет аксиально расположенные постоянные магниты. Напротив него расположены по окружности ферромагнитные элементы. Дополнительный диск расположен с другой стороны этих элементов. Дополнительный диск несет постоянные магниты и установлен с возможностью свободного вращения на подшипниковой опоре в корпусе. Второй диск несет постоянные магниты и жестко связан с тихоходным выходным валом. 3 ил.

Наверх