МАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР-МУЛЬТИПЛИКАТОР

Полезная модель относится к электромагнитным механизмам, а конкретно к бесконтактным магнитным редукторам, и может быть использована в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках.
Известен 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) - [1].
Его недостатком является сравнительно малый передаваемый момент.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту является магнитный редуктор, имеющий ротор быстрого вращения, ротор медленного вращения в виде полого цилиндра и статор с магнитопроводом и с зубцами на его внутренней поверхности, 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 (патент №2369955, Н02К 51/00, опубл. 10.10.2009 Бюл. №28) - [2].
Его недостатком является отсутствие возможности герметичного разделения полостей роторов быстрого и медленного вращения и передачи момента в герметичный объем. Кроме того, консольное расположение роторов быстрого и медленного вращения требует точного концентричного сопряжения полых цилиндров статора и ротора, что вызывает технологические сложности в обеспечении необходимых радиальных зазоров рабочих элементов ротора и статора. Установленный на роторе быстрого вращения индуктор создает большой момент инерции, что значительно ухудшает динамику редуктора.
Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, заключается в создании редуктора с герметичным разделением полостей роторов быстрого и медленного вращения с возможностью передачи момента в герметичный объем и улучшении динамических характеристик для возможности использования редуктора в качестве мультипликатора.
Технический результат достигается тем, что в магнитном редукторе-мультипликаторе, содержащем индуктор, магнитопровод которого имеет зубцы, роторы быстрого и медленного вращения, а так же статор, имеющие чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, причем количества ферромагнитных элементов статора и ротора медленного вращения отличается на единицу в пределах одного полюсного деления, индуктор магнитного поля выполнен неподвижным, а ротор быстрого и ротор медленного вращения представляют собой диски, диски ротора медленного вращения чередуются с дисками статора, между диском ротора быстрого вращения и диском ротора медленного вращения расположен диск статора, количество дисков ротора медленного вращения и дисков статора один или более.
В магнитном редукторе-мультипликаторе диск статора, расположенный между диском ротора быстрого вращения и диском ротора медленного вращения выполнен с возможностью обеспечения герметичного разделения полостей роторов быстрого и медленного вращения.
В магнитном редукторе-мультипликаторе диск статора, расположенный между диском ротора быстрого вращения и диском ротора медленного вращения, содержит подшипниковые узлы роторов быстрого и медленного вращения.
В магнитном редукторе-мультипликаторе диск статора, расположенный между диском ротора быстрого вращения и диском ротора медленного вращения, содержит подшипниковые узлы роторов быстрого и медленного вращения и обеспечивает герметичное разделение полостей роторов быстрого и медленного вращения.
В магнитном редукторе-мультипликаторе диск ротора быстрого вращения выполнен из ферромагнитного материала и имеет плоскую поверхность со стороны магнитопровода и выступы со стороны диска статора, так же плоскую поверхность имеют поверхности магнитопровода, обращенные к рабочей зоне.
В магнитном редукторе-мультипликаторе немагнитные сектора диска ротора быстрого вращения выполнены из электропроводящего материала и соединены снаружи и изнутри электропроводящими кольцами.
Сущность заявленной полезной модели поясняется на Фиг.1-Фиг.8, где:
Фиг.1 - продольное сечение магнитного редуктора;
Фиг.2 - диск ротора быстрого вращения;
Фиг.3 - диск ротора медленного вращения;
Фиг.4 - диск статора;
Фиг.5 - диски в наложении (α=0°);
Фиг.6 - диски в наложении (α=22,5°);
Фиг.7 - продольное сечение магнитного редуктора с одним диском статора и одним диском ротора медленного вращения;
Фиг.8 - продольное сечение магнитного редуктора с возбуждением от постоянного магнита.
Здесь: 1 - корпус, 2 - магнитопровод статора, 3 - обмотка, 4 - диск ротора быстрого вращения, 5 - диски статора, 6 - диски ротора медленного вращения, 7 - вал быстрого вращения, 8 - вал медленного вращения, 9 - немагнитная втулка статора, 10 - немагнитная втулка ротора медленного вращения, 11 - немагнитная втулка ротора быстрого вращения, 12 - немагнитный диск статора, 13 - подшипниковые узлы корпуса, 14 - подшипниковые узлы немагнитного диска статора, 15 - постоянные магниты.
На корпусе 1 закреплен магнитопровод 2, который имеет тороидальную форму и охватывает кольцевую обмотку 3. На валу быстрого вращения 7 установлена немагнитная втулка 11 ротора быстрого вращения. К ней крепится диск 4 ротора быстрого вращения. На магнитопроводе 2 статора установлена немагнитная втулка 9 статора. К ней крепятся диски 5 статора.
На валу медленного вращения 8 установлена немагнитная втулка 10 ротора медленного вращения. К ней крепятся диски 6 ротора медленного вращения.
Диск 5 статора, находящийся между диском 4 ротора быстрого вращения и диском 6 ротора медленного вращения, замыкается немагнитным диском 12 статора.
Диски 5 статора и диски 6 ротора медленного вращения чередуются.
Диск 4 ротора быстрого вращения имеет ферромагнитные элементы (на фиг.2 показаны закрашенными) и немагнитные сектора (на фиг.2 не закрашены).
Диски 6 ротора медленного вращения имеют ферромагнитные элементы (на фиг.3 показаны закрашенными) и немагнитные сектора (на фиг.3 не закрашены).
Диски 5 статора имеют ферромагнитные элементы (на фиг.4 показаны закрашенными) и немагнитные сектора (на фиг.4 не закрашены).
Валы роторов быстрого 7 и медленного 9 вращения закреплены подшипниковыми узлами 13 корпуса 1 и подшипниковыми узлами 14 немагнитного диска статора 12.
На торцевых поверхностях магнитопровода статора, обращенных к активной зоне, имеются ферромагнитные выступы в виде секторов, повторяющие по форме и количеству ферромагнитные элементы дисков статора.
Угловые размеры всех ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения одинаковые. Количество ферромагнитных элементов дисков, связанных со статором и с ротором медленного вращения, отличаются в пределах одного полюсного деления на единицу.
Диск 4 ротора быстрого вращения имеет по два ферромагнитных элемента на полюсное деление.
Магнитный редуктор-мультипликатор в режиме редутора работает следующим образом. Магнитопровод статора 2 с обмоткой 3 создают неподвижное магнитное поле. При вращении ротора быстрого вращения ферромагнитные элементы диска 4 создают однополярную волну магнитной индукции, в зоне максимумов которой ферромагнитные элементы дисков статора и ротора медленного вращения располагаются напротив друг друга (фиг.5, 6). В результате скорости роторов быстрого и медленного вращения связаны соотношением
м
б
м
б
где ω, ω - скорости роторов малой и большой скоростей вращения; z, z - количество ферромагнитных элементов на дисках малой и большой скоростей вращения.
Передача момента редуктора является упругой. При увеличении момента нагрузки на валу медленного вращения он отстает на некоторый угол от положения, соответствующего холостому ходу.
Поскольку ротор быстрого вращения имеет малую массу, момент трения в его подшипниках мал, и магнитный редуктор может работать в качестве мультипликатора, т.е. передавать механическую энергию от вала медленного вращения к валу быстрого вращения.
Возможен вариант выполнения редуктора-мультипликатора с одним диском статора и одним диском ротора медленного вращения (фиг.7). Данный вариант является наиболее технологичным. Увеличение количества дисков статора и ротора медленного вращения позволяет увеличить количество рабочих зазоров и оптимально использовать МДС обмотки возбуждения, увеличивая передаваемый момент, улучшая тем самым массогабаритный показатель редуктора.
Магнитный редуктор-мультипликатор 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.
Индуктор, создающий магнитное поле, может быть выполнен в виде магнитопровода с обмоткой 3 (фиг.1, фиг.7), по которой протекает постоянный ток, или в виде постоянных магнитов 15 (фиг.8). В обоих случаях индуктор неподвижен, а роторы медленного и быстрого вращения представляют собой диски с малыми осевыми моментами инерции. В связи с этим магнитный редуктор-мультипликатор допускает большие угловые ускорения.
Наличие немагнитного диска статора позволяет полностью изолировать зоны валов быстрого и медленного вращения друг от друга, что важно при работе магнитного редуктора-мультипликатора в агрессивных или взрывоопасных средах.