РЕДУКТОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ
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.
Этот магнитный редуктор имеет следующие недостатки. Высокая стоимость, вызванная применением дорогих современных высокоэнергетических магнитов. Указанные магниты резко снижают свои функциональные свойства при повышении температуры. В каждой ступени имеются по одному многополюсному индуктору, изготовление которых связано с технологическими проблемами.
2
2
1
1
1
1
Наиболее близким к заявляемому устройству является электромагнитный редуктор (патент RU №2529422 H02K 16/00, H02K 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, 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, не требующего применения смазки.
Техническим результатом заявляемого устройства является упрощение конструкции, повышение надежности, увеличение величины передаваемого момента.
Этот технический результат достигается тем, что в редукторе электромагнитном, содержащем корпус с щитами, в которых установлены входной и выходной валы, размещенные в корпусе обмотки возбуждения, статор, первый и второй роторы, жестко установленные на входном и выходном валах, соответственно, при этом первый ротор, расположенный коаксиально со статором и жестко связанный с концом входного вала, выполнен в виде ферромагнитной беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного и неэлектопроводящего 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, а обмотка установлена на одном из щитов корпуса, при этом на другом щите установлена другая обмотка, и обе они подключены к источнику постоянного напряжения с возможностью создания однонаправленных магнитных потоков в статоре, который выполнен безобмоточным, и в роторах, на дне пазов статора и второго ротора установлены ферритовые магниты, намагниченные с возможностью создания магнитного потока, направленного встречно магнитному потоку, создаваемому обмотками.
2
1
При этом второй ротор может быть выполен с числом зубцов, равным разности между числом зубцов первого ротора и числом зубцов статора |Z|=(Z-Z).
При этом зубцы первого ротора выполнены высотой больше половины ширины его пазов между ферромагнитными стержнями.
На рис. 1 и рис. 2 представлена принципиальная конструктивная схема заявляемого редуктора электромагнитного.
В редукторе электромагнитном входной вал 1 установлен с возможностью вращения в подшипниках щита 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. На дне каждого паза статора 4 установлены ферритовые постоянные магниты 13.
1
2
1
Коаксиально статору установлен жестко связанный с концом входного вала 1, с возможностью вращения вместе с ним в подшипниках первый ротор с зубцами в виде стержней 5. Ротор с зубцами в виде стержней 5 выполнен в виде «беличьей клетки», магнитно и гальванически изолированные друг от друга 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. Число зубцов первого ротора равно Z, а высота h их шихтованных призм прямоугольного сечения больше половины ширины bn пазов, для увеличения глубины модуляции магнитного поля ферромагнитными беличьими клетками. Кольцо 6 жестко закреплено 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 дне каждого паза зубцовой зоны второго ротора 8 закреплены постоянные магниты 14 с направлением намагничивания встречно основному потоку, создаваемому обмотками возбуждения 11 и 12, обтекаемыми постоянным током. Обмотки 11 и 12 установлены на щитах 2 и 10 и подключены параллельно к источнику постоянного напряжения 15 с возможностью создания однонаправленных магнитных потоков в статоре 4 и роторах 5 и 8.
1
2
1
Редуктор электромагнитный работает следующим образом. На выводы обмоток 11 и 12 для двухстороннего возбуждения подают питание от источника постоянного напряжения 15. Обмотки возбуждения 11 и 12, обтекаемые постоянным током, создают основной поток намагничивания. В результате возникает одноименно полюсный (униполярный) магнитный поток. 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 магнитный поток протекает в одном направлении (униполярный). Магнитный поток от постоянных магнитов 13 и 14 имеет одинаковое направление намагничивания - встречно основному униполярному потоку, создаваемому катушками возбуждения 11 и 12 с постоянным током. Полезный эффект действия магнитов 13 и 14 заключается в том, что они уменьшают радиальную составляющую магнитной индукции напротив пазов, вплоть до смены ее знака (напротив паза индукция может стать отрицательной). В результате увеличивается амплитуда переменной составляющей магнитной индукции униполярного магнитного поля. Это приводит к увеличению глубины модуляции магнитного потока, а следовательно, и увеличению нагрузочной способности редуктора. В зазорах между роторами 5, 8 и статором 4 устанавливается синусоидальное магнитное поле. Если нет движения валов, то статор и два ротора устанавливаются в определенное положение в соответствии с их равномерным распределением сил взаимодействия между полюсами по их расточкам. При вращении входного вала 1 с угловой скоростью Ω на первом роторе 5, на его внутренней поверхности за счет магнитного 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 вала 9
где  - передаточное отношение заявляемого электромагнитного редуктора,
2
1
±Ω - угловая скорость вращения вала, знак перед которой указывает на направление его вращения по отношению к скорости вращения первого вала Ω.
Изменение направления вращения вала 9 второго ротора 8 можно осуществлять только при изменении направления вращения входного вала 1, то есть первого ротора 5.
1
Если конструкцией предусмотрено, что число зубцов Z статора 4 больше числа зубцов Z первого ротора 5, направление вращения второго ротора 8 будет противоположно направлению вращения первого ротора 5.
Такой редуктор электромагнитный отличается несложной конструкцией за счет выполнения безобмоточных роторов и одного статора, а установка недорогих постоянных магнитов из феррита в пазах статора и второго ротора способствует увеличению нагрузочной способности редуктора. При этом заявляемый редуктор обладает высоким удельным моментом, простотой и удобством эксплуатации. Редуктор может найти применение в различных транспортных системах, в ветроэнергетике в качестве мультипликатора.