ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР
ELECTROMAGNETIC GEAR

Изобретение относится к общему машиностроению, к электротехнике, к электромагнитным механизмам, а конкретно к бесконтактным электромагнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы в условиях отсутствия смазки.
Известен двухступенчатый редуктор, являющийся мультипликатором (статья Дергачев П.А., Кирюхин В.П., Кулаев Ю.В., Курбатов П.А., Молоканов О.Н. «Анализ двухступенчатого магнитного мультипликатора», ж. «Электротехника», №5, 2012 г., с. 39-45), имеющий три вращающихся ротора, внешний статор и внутреннее модулирующее кольцо. Наружный ротор и наружные магниты промежуточного ротора образуют первую ступень мультипликатора. Второй (промежуточный) ротор имеет радиально намагниченные магниты на наружной и внутренней сторонах. Статор, наружный ротор и наружные магниты промежуточного ротора образуют первую ступень мультипликатора. Третий (внутренний) ротор жестко связан с выходным валом. Внутренние магниты промежуточного ротора, вторая беличья клетка и внутренний ротор образуют вторую (выходную) ступень мультипликатора. Недостатком этого магнитного редуктора является большое число ступеней. Современные высокоэнергетические постоянные магниты из редкоземельных элементов имеют высокую стоимость. Гармоники магнитного поля во втором воздушном зазоре, взаимодействуя с наружными магнитами, создают переменные электромагнитные моменты - источник вибрации и шума.
2
2
1
1
1
1
Наиболее близким к заявляемому устройству является электромагнитный редуктор (патент RU №2529422, Н02К 16/00, Н02К 51/00), содержащий корпус с установленными в нем статором с многофазной обмоткой, подключенной к источнику напряжения, а также первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах соответственно, причем обмотка статора подключена к источнику напряжения через регулируемый преобразователь частоты и размещена в пазах внутренней поверхности статора с образованием полюсов, при этом первый ротор, расположенный коаксиально со статором и жестко связанный с концом входного вала, выполнен в виде беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного материала, образуют зубцы этого ротора, а второй ротор, расположенный внутри первого, выполнен в виде зубчатого магнитопровода с числом зубцов z, равным z=(z-p), где z - число зубцов первого ротора; p - число пар полюсов обмотки статора; причем статор, зубцы первого ротора и второй ротор выполнены шихтованными из ферромагнитной тонколистовой стали.
Недостатком этого электромагнитного редуктора является сложность в изготовлении устройства редуктора, обусловленная наличием многофазной обмотки на статоре и регулируемого преобразователя частоты. Использование такого сложного устройства не всегда целесообразно, например, в случаях, когда нет необходимости в регулировании передаточного отношения, а наличие вышеописанной обмотки на статоре и регулируемого преобразователя частоты приводит к излишним потерям энергии. Такое устройство менее надежно.
Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи создания несложной и недорогой конструкции электромагнитного редуктора, который может использоваться в качестве редуктора, без применения смазки.
Техническим результатом заявляемого устройства является упрощение конструкции, повышение надежности, увеличение величины передаваемого момента.
2
1
Этот технический результат достигается тем, что в электромагнитном редукторе, содержащем корпус с установленными в нем статором, первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах соответственно, при этом первый ротор, расположенный коаксиально со статором и жестко связанный с концом входного вала, выполнен в виде беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного материала, образуют зубцы этого ротора, а второй ротор, расположенный внутри первого, выполнен в виде зубчатого магнитопровода, причем статор, стержни зубцов первого ротора и второй ротор выполнены шихтованными из ферромагнитной тонколистовой стали, в соответствии с изобретением, обмотки возбуждения установлены на щитах редуктора и подключены к источнику постоянного напряжения с возможностью создания однонаправленных магнитных потоков в статоре и роторах, а второй ротор выполнен с числом зубцов, равным разности между числом зубцов первого ротора и числом зубцов статора z=(z-z).
При этом зубцы первого ротора могут быть выполнены высотой больше половины ширины пазов между полюсами
На рис. 1 и 2 представлена принципиальная конструктивная схема заявляемого электромагнитного редуктора.
В электромагнитном редукторе входной вал 1 установлен с возможностью вращения в подшипниках шита 2 корпуса 3. Неподвижно установленный в корпусе 3 статор 4 выполнен из шихтованных листов электротехнической холоднокатаной стали с числом зубцов z на его внутренней поверхности.
1
2
1
Коаксиально статору установлен жестко связанный с концом входного вала 1, с возможностью вращения вместе с ним в подшипниках первый ротор 5. Ротор 5 выполнен в виде «беличьей клетки», магнитно и гальванически изолированные между собой, стержни которой выполнены из шихтованных тонких ферромагнитных прямоугольных пластин электротехнической стали и имеют форму прямоугольной призмы, причем стержни закреплены в кольцах 6, 7 из немагнитного материала и образуют зубцы ротора 5, число которых равно z, причем высота h их шихтованных призм прямоугольного сечения больше половины ширины bn пазов для увеличения глубины модуляции магнитного поля первым ротором 5. Кольцо 6 жестко соединено с концом входного вала 1. Безобмоточный зубчатый внутренний, по отношению к ротору 5, второй ротор 8 с числом зубцов z=(z-z) выполнен из шихтованной электротехнической стали, жестко установлен на выходном валу 9. На щитах 2 и 10 установлены обмотки возбуждения 11 и 12, подключенные параллельно к источнику постоянного напряжения с возможностью создания однонаправленных магнитных потоков в статоре и роторах.
Электромагнитный редуктор работает следующим образом. На выводы обмоток 11 и 12 для двухстороннего возбуждения магнитного потока подают питание от источника постоянного напряжения. В результате возникают магнитные потоки, протекающие по замкнутому пути через статор 4, роторы 5, 8, которые замыкаются через корпус 3, подшипниковые щиты 2, 10 и вал 9. Причем через статор 4 и роторы 5, 8 магнитные потоки протекают в одном направлении. Если нет движения валов, то статор и два ротора устанавливаются в определенное положение в соответствии с равномерным распределением сил взаимодействия между полюсами по их расточкам.
1
2
1
При вращении входного вала 1 с угловой скоростью Ω на первом роторе 5, за счет взаимодействия его полюсов и полюсов статора 4, возникает вращающееся магнитное поле с числом пар полюсов, равным количеству зубцов z=(z-z) второго ротора 8. При этом угловая скорость вращения
где  - передаточное отношение заявляемого электромагнитного редуктора.
Изменение направления вращения вала 9 второго ротора 8 можно осуществлять только при изменении направления вращения входного вала 1, то есть первого ротора 5.
Такой электромагнитный редуктор отличается несложной конструкцией за счет выполнения безобмоточных роторов и одного статора. Причем в этом случае возможно увеличение величины передаваемого момента за счет увеличения числа пар полюсов безобмоточного статора. При этом заявляемый редуктор обладает высоким удельным моментом, простотой и удобством эксплуатации, отсутствием постоянных магнитов. Редуктор может найти применение в различных транспортных системах, в ветроэнергетике в качестве мультипликатора.