Магнитный редуктор
MAGNETIC GEARBOX

Изобретение относится к электротехнике, 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 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.
Известен 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, Н02К51/00, 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.
Известен магнитный редуктор-мультипликатор, содержащий 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 располагается диск статора, количество дисков ротора медленного вращения и дисков статора один или более (патент на полезную модель №118136, Н02К 51/00, опубл. 10.07.2012, бюл. №19) - [3].
Его недостатком является большая масса, что связано с внешним магнитопроводом, замыкающим магнитный поток, проходящий через активную часть редуктора. Далее, магнитный редуктор имеет потери энергии в стали секторов, магнитная индукция в которых изменяется. При совпадении угловых размеров ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения наблюдается эффект прилипания, что вызывает вибрацию ротора медленного вращения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является магнитный редуктор, содержащий статор, роторы быстрого и медленного вращения, представляющие собой диски, диски ротора медленного вращения чередуются с дисками статора и имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, причем их количества отличаются на количество немагнитных элементов ротора быстрого вращения, между диском ротора быстрого вращения и диском ротора медленного вращения располагается диск статора, ротор быстрого вращения представляет собой индуктор с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, ферромагнитные элементы ротора медленного вращения и статора выполнены из электротехнической стали шихтованными, а магнитопровод статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам редуктора, причем магнитопровод, дальний от ротора быстрого вращения, имеет зубцы на поверхности, обращенной к диску ротора медленного вращения, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора медленного вращения различны (патент №2545166, Н02К 51/00, F16H 49/00, опубл. 27.03.2015, бюл. №9).
Его недостатком является малый выходной момент.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в увеличении выходного момента.
Технический результат достигается тем, что в магнитном редукторе, содержащем статор, ротор-индуктор с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, и ротор, его диски чередуются с дисками статора и имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, их число на одно полюсное деление для диска статора и диска ротора отличаются на единицу, ферромагнитные элементы ротора и статора выполнены из электротехнической стали шихтованными, а магнитопроводы статора выполнены в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам редуктора, причем магнитопровод, дальний от ротора-индуктора, имеет зубцы на поверхности, обращенной к диску, а угловые размеры ферромагнитных элементов дисков статора и ротора различны, ротор-индуктор имеет несколько кольцевых полос, средние радиусы которых относятся как целые числа, равные числам пар полюсов на этих полосах, диски статора и ротора разделены на аналогичные полосы, каждая из которых состоит из ферромагнитных и немагнитных секторов, все полосы одного диска имеют одинаковое число ферромагнитных секторов на полюсное деление, а радиальный размер постоянных магнитов равен ширине одной полосы.
Заявленное техническое решение поясняется чертежами (фиг. 1 - фиг. 4):
- на фиг. 1 - показано продольное сечение магнитного редуктора;
- на фиг. 2 - показан ротор-индуктор;
- на фиг. 3 - показан диск ротора;
- на фиг. 4 - показан диск статора.
Далее детально представлены конструктивные особенности признаков, приведенных на указанных фигурах.
Магнитный редуктор на фиг. 1 имеет: 1 - корпус; 2, 3 - подшипниковые щиты; 4-7 - подшипники; 8 - входной вал; 9 - выходной вал; 10, 11 - магнитопроводы; 12 - диск ротора-индуктора; 13 - постоянный магнит; 14 - диск статора; 15 - втулку ротора; 16 - диск ротора.
Магнитный редуктор собран следующим образом. На корпусе 1 установлены подшипниковые щиты 2, 3. На них установлены магнитопроводы 10, 11. В щите 2 установлены подшипники 4, 5. На них опирается входной вал 8. На нем закреплен диск 12 ротора-индуктора, на котором установлены постоянные магниты 13. На корпусе 1 установлены диски 14 статора.
В щите 3 установлены подшипники 6, 7. На них опирается выходной вал 9. На нем закреплена втулка 15 ротора, на котором установлены диски 16 ротора.
Кольцевые магнитопроводы 11, 12 выполнены лентой из электротехнической стали. Ротор-индуктор разделен на три кольцевые полосы (фиг. 2). Средние радиусы полос относятся как 2:3:4. Число пар полюсов р этих полос - 2, 3, 4. Число постоянных магнитов - 4, 6, 8. Постоянные магниты 13 имеют форму секторов, намагниченных аксиально и выполненных из высококоэрцитивного материала.
Диски 14 статора и диски 16 ротора разделены на три кольцевые полосы (фиг. 3, 4). Радиусы этих полос совпадают с радиусами постоянных магнитов. Каждая полоса состоит из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов. Диск ротора имеет 5 ферромагнитных секторов на один полюс. Полосы имеют 20, 30 и 40 ферромагнитных секторов. Диск статора имеет 6 ферромагнитных секторов на один полюс. Полосы имеют 24, 36 и 48 ферромагнитных секторов.
Магнитный редуктор работает следующим образом.
При вращении входного вала 8 происходит вращение постоянных магнитов 13. При этом благодаря эффекту муара диски 16 ротора вместе с втулкой 15 ротора и выходным валом 9 вращаются так, что области минимального магнитного сопротивления совпадают с полюсами постоянных магнитов. Передаточное отношение магнитного редуктора имеет значение 5, т.е. равно числу ферромагнитных секторов дисков ротора на одно полюсное деление одной из полос.
Два ферромагнитных сектора, разделенные зазором δ и имеющие радиальную длину  взаимодействуют с силой
и создают момент
1
1
М=RF.
m
0
Здесь U - магнитное напряжение между секторами, A; ε - магнитная постоянная, Ф/м; R - средний радиус секторов.
Для увеличения суммарного момента желательно выполнять сектора минимальной ширины, которая ограничивается толщиной сектора. Благодаря разделению площади дисков на несколько полос возможно выполнение дисков с большой суммарной радиальной длиной секторов.
Таким образом, благодаря разделению ротора-индуктора на несколько кольцевых полос, средние радиусы которых относятся как целые числа, равные числам пар полюсов на этих полосах, и разделению дисков статора и ротора на аналогичные полосы с одинаковым числом ферромагнитных секторов на полюсное деление, а радиальный размер постоянных магнитов равен ширине одной полосы, получен магнитный редуктор с увеличенным моментом.