МАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР
MAGNETIC REDUCER

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 ведущий и ведомый валы, закрепленный на ведущем валу ведущий элемент, выполненный в виде многополюсного постоянного магнита, расположенный концентрично ему кольцевой элемент из немагнитного материала со сквозными радиальными пазами, заполненными магнитопроводящим материалом, и охватывающий последний зубчатый элемент (патент RU №2082042, F16H 1/06, опубл. 1997.06.20) - [1].
Его недостатком является малый передаваемый момент.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является 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, Н02К 51/00) - [2].
Его недостатком является сравнительно малый передаваемый момент.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в улучшении массогабаритных показателей, т.е. увеличение передаваемой мощности при заданных габаритах редуктора.
Технический результат достигается тем, что в магнитный редуктор, имеющий ротор быстрого вращения с постоянными магнитами, ротор медленного вращения в виде полого цилиндра и статор с магнитопроводом и с зубцами на его внутренней поверхности, введены 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.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг.1 - поперечное сечение магнитного редуктора;
Фиг.2 - продольное сечение магнитного редуктора;
Фиг.3 - волна магнитной индукции и развертка полых цилиндров.
Здесь: 1 - постоянные магниты, 2 - клинообразные полюсные наконечники, 3 - немагнитная втулка, 4 - вал быстрого вращения, 5 - магнитопровод статора с зубцами, 6 - корпус, 7 - полые цилиндры статора, 8 - полые цилиндры ротора медленного вращения, 9 - вал медленного вращения, 10 - немагнитное кольцо, 11 - немагнитный диск.
Ротор быстрого вращения имеет прямоугольные высококоэрцитивные постоянные магниты 1 (например, самарий-кобальтовые или из сплава ниодим-железо-бор), намагниченные тангенциально, клинообразные полюсные наконечники 2 с выпуклыми профилированными поверхностями, обращенными к рабочему зазору, и немагнитную втулку 3 для посадки на вал быстрого вращения 4.
Статор имеет кольцевой шихтованный магнитопровод 5 с равномерно расположенными зубцами, обращенными к рабочему зазору, и крепится к корпусу 6, с которым механически связаны немагнитным кольцом 10 полые цилиндры 7, имеющие чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы. Ротор медленного вращения представляет собой полые цилиндры 8, механически связанные с валом медленного вращения 9 немагнитным диском 11 и имеющие чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы.
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. Количества ферромагнитных элементов полых цилиндров, связанных со статором и с ротором медленного вращения, отличаются в пределах одного полюсного деления на единицу.
Магнитный редуктор работает следующим образом. Постоянные магниты 1 ротора быстрого вращения и полюсные наконечники 2 создают в рабочих зазорах синусоидально распределенную магнитную индукцию. Максимальное по модулю значение магнитной индукции достигается посередине полюсных наконечников. В рабочих зазорах напротив середин постоянных магнитов радиальная составляющая магнитной индукции равна нулю.
1
При вращении ротора быстрого вращения со скоростью ω волна магнитной индукции вращается с той же угловой скоростью. При этом полые цилиндры, связанные с ротором медленного вращения, при отсутствии момента нагрузки будут занимать положение, при котором в зоне максимума модуля магнитной индукции ферромагнитные элементы полых цилиндров 8 занимают угловое положение, совпадающее с угловым положением полых цилиндров 7 и зубцов на магнитопроводе статора 5. В зоне нейтралей ферромагнитные элементы полых цилиндров 8 расположены напротив немагнитных элементов полых цилиндров 7 и пазов магнитопровода 5.
При повороте ротора быстрого вращения на одно полюсное деление ротор медленного вращения повернется на одно зубцовое деление. Передаточное отношение магнитного редуктора равно числу ферромагнитных элементов полых цилиндров ротора медленного вращения, приходящееся на одно полюсное деление.
На Фиг.3 показана волна магнитной индукции B(β) и развертка втулок. Зубцы магнитопровода статора 5 и ферромагнитные элементы полого цилиндра 7 неподвижны. В зоне максимума амплитуды магнитной индукции все ферромагнитные элементы и зубцы расположены друг против друга.
В зонах нейтралей, соответствующих серединам магнитов 1, ферромагнитные элементы полых цилиндров 8, связанных с ротором медленного вращения, расположены напротив немагнитных элементов полого цилиндра 7 и напротив пазов на магнитопроводе 5. Когда ротор быстрого вращения повернется на одно полюсное деление, полюсы N и S поменяются местами, а полые цилиндры 8 повернутся на один ферромагнитный элемент (на зубцовое деление). На Фиг.3 показан случай, когда передаточное отношение редуктора равно 8, т.е. ротор медленного вращения вращается со скоростью
2
1
ω=ω/8.
Момент, передаваемый на вал медленного вращения, определяется формулой
Недостатком редуктора является упругость передачи. 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 частями, он не изнашивается, бесшумен в работе, имеет большой срок службы, определяемый подшипниками, допускает ударные нагрузки, так как связь между валами осуществляется через магнитное поле, а введение полых цилиндров позволяет увеличить передаваемый момент при сохранении габаритов.