МОТОР-РЕДУКТОР

Техническое решение относится к электромеханике, и может быть использовано в машиностроении для плавного вращения выходного вала, например, в качестве привода шаровых задвижек или привода круглых столов в непрерывных технологических процессах.
Известен мотор-редуктор, содержащий электродвигатель и редуктор, при этом редуктор, смонтированный на одном из торцов устройства, образован передачей на основе шариков, размещенных в косой кольцевой канавке на валу ротора электродвигателя и контактирующих с корпусом и выходным валом, а соответствующие поверхности двух других контактирующих с шариками деталей выполнены одна с лунками для шариков, а другая с зубчатой дорожкой качения с торцевым расположением зубьев, причем число зубьев на единицу отличается от числа шариков (патент РФ №2171526 «Мотор-редуктор», Н 02 K 7/16, Н 02 K 7/00, опубликованный 27.07. 2001).
Данный мотор-редуктор, использующий волновую торцевую шариковую передачу, имеет достаточно простую конструкцию и небольшие габариты. Однако такой мотор-редуктор из-за потерь на трение, связанных с обкаткой шариков относительно неподвижной зубчатой дорожки качения, и из-за возможности проскальзывания шариков, не может создавать высокие крутящие моменты. Кроме того, для балансировки конструкции на противоположном торце мотор-редуктора смонтирован дополнительный редуктор, что также влияет на потери в мотор-редукторе и увеличивает его весогабаритные характеристики.
Известен мотор-редуктор, выбранный в качестве прототипа и содержащий электродвигатель и волновой редуктор, состоящий из генератора волн деформации, расположенного внутри гибкой шестерни,
установленной с возможностью взаимодействия с внешним жестким зубчатым колесом, при этом генератор волн выполнен в виде неподвижных радиальных камер, выполненных из неметаллического материала, заполненных электропроводящей жидкостью и в каждой камере установлены электроды (патент РФ №2023914 «Мотор-редуктор», F 16 H 1/00, опубликованный 30.11.1994).
Недостатками данного мотор-редуктора являются:
- сложность конструкции генератора волн;
- невозможность получения высоких крутящих моментов с большим передаточным отношением, что является следствием значительных потерь энергии в генераторе волн, связанных с обеспечением деформации гибкой шестерни;
- большие весогабаритные характеристики модульной конструкции мотор-редуктора.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является создание конструктивно простого малогабаритного мотор-редуктора, способного создавать высокие крутящие моменты с большим передаточным отношением.
Поставленная задача решается тем, что в мотор-редукторе, содержащем электродвигатель и волновой редуктор, состоящий из генератора волн деформации, расположенного внутри гибкой шестерни, установленной с возможностью взаимодействия с внешним жестким зубчатым колесом, новым является то, что ротор вентильного электродвигателя с аксиальным зазором является генератором волн деформации и через подшипник кинематически связан с гибкой шестерней, а внешнее жесткое зубчатое колесо состоит из неподвижного и подвижного жестких колес, расположенных вдоль продольной оси мотор-редуктора и число зубьев которых отличается, по крайней мере, на один зуб, а число зубьев подвижного колеса и гибкой шестерни равны, при этом подвижное колесо жестко соединено с выходным валом мотор-редуктора.
Внешнее жесткое зубчатое колесо может являться корпусом мотор-редуктора.
Использование ротора вентильного электродвигателя с аксиальным зазором в качестве генератора волн деформации позволяет исключить из конструкции мотор-редуктора самостоятельный элемент - генератор волн деформации, что упрощает конструкцию мотор-редуктора в целом, исключает потери, связанные с приведением во вращение генератора волн, и снижает весогабаритные характеристики устройства. Связь ротора электродвигателя с гибкой шестерней через подшипник снижает потери энергии, связанные с передачей движения гибкой шестерне от генератора волн.
Выполнение жесткого колеса в виде подвижного и неподвижного жестких зубчатых колес, расположенных вдоль продольной оси мотор-редуктора и с разницей в числе зубьев, по крайней мере в один зуб, при равенстве числа зубьев подвижного колеса и гибкой шестерни, обеспечивает получение на выходе устройства высоких крутящих моментов с большим передаточным отношением. Разница в числе зубьев неподвижного и подвижного жестких колес выбирается исходя из диаметров колес и возможного количества зубьев.
Использование внешнего жесткого зубчатого колеса в качестве корпуса мотор-редуктора, позволяет приблизить габариты мотор-редуктора к габаритам электродвигателя.
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков для решения поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где схематично изображено: на фиг.1 представлен продольный разрез устройства; на фиг.2 - вид сверху устройства (со снятой крышкой).
Волновой редуктор, входящий в состав мотор-редуктора, состоит из внешнего жесткого зубчатого колеса, выполненного из неподвижного жесткого колеса 1 и подвижного жесткого колеса 2, расположенных вдоль продольной оси мотор-редуктора. Подвижное колесо 2 жестко соединено с выходным валом 3 мотор-редуктора. Гибкая шестерня 4 редуктора установлена с возможностью взаимодействия с жесткими зубчатыми колесами 1 и 2. Внутри гибкой шестерни 4 расположен ротор 5 электродвигателя с аксиальным зазором, являющийся генератором волн деформации и кинематически связанный с шестерней 4 через подшипник 6. Статор 7 электродвигателя расположен между полюсами постоянных магнитов 8 ротора 5. Число зубьев жестких зубчатых колес 1 и 2 отличается, по крайней мере, на один зуб, а число зубьев подвижного колеса 2 и гибкой шестерни 4 равны. Все элементы электродвигателя и волнового редуктора расположены соосно.
В заявляемом мотор-редукторе может использоваться известный электродвигатель с аксиальным зазором, описанный в статье: Ганджа С.А. «Вентильные электрические машины постоянного тока с аксиальным зазором. Анализ и синтез» - Сборник трудов пятой конференции пользователей программного обеспечения CAD_FEM GmbH. Москва, 2005.
Мотор-редуктор работает следующим образом.
При подключении обмоток статора 7 к источнику постоянного тока (на чертеже не показан) возникает магнитное поле статора 7, которое взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов 8, приводя ротор 5 во вращение. При вращении ротор 5, корпус которого имеет овальную форму, через роликовый подшипник 6 передает движение гибкой шестерне 4, деформируя ее. Зубья шестерни 4 в месте контакта с зубьями колес 1 и 2, воздействуют на наклонную поверхность зуба неподвижного колеса 1, что приводит к возникновению радиальной силы, поворачивающей подвижное колесо 2, зубья которого находятся в зацеплении с зубьями шестерни 4. С подвижного колеса 2 вращение передается на выходной вал 3. Если число
зубьев жестких колес 1 и 2 отличается на один зуб, то за один оборот ротора 5 подвижное колесо 2 поворачивается на один зуб. Таким образом, на выходе мотор-редуктора частота вращения электродвигателя будет понижена в число раз, равное числу зубьев подвижного колеса 2. Коэффициент полезного действия такого мотор-редуктора достигает 0,96.
Сочетание достоинств электродвигателя с аксиальным зазором и волнового редуктора, установленных в одном корпусе, позволяет при малой общей массе и габаритах, соизмеримых с габаритами электродвигателя, обеспечить на выходе мотор-редуктора высокие крутящие моменты с большим передаточным отношением и высокую нагрузочную способность при плавности хода.