МАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР
MAGNETIC REDUCING GEAR

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-мультипликатор, содержащий индуктор, магнитопровод которого имеет зубцы, роторы быстрого и медленного вращения, а также 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, H02K 51/00, опубл. 10.07.2012, Бюл. №19) - [1].
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 изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является магнитный редуктор, содержащий статор, роторы быстрого и медленного вращения, ротор медленного вращения и статор имеют чередующиеся диски, имеющие чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, ротор быстрого вращения представляет собой индуктор с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, между ротором быстрого вращения и диском ротора медленного вращения располагается диск статора, ферромагнитные элементы ротора медленного вращения и статора выполнены из электротехнической стали шихтованными, причем их количества отличаются на число полюсов ротора быстрого вращения, 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 (Афанасьев А.Ю., Давыдов Н.В., Ефремов Д.О. Магнитный редуктор. Заявка №2013138975/07 от 20.08.2013, решение о выдаче патента от 28.10.2014) - [2].
Его недостатком является наличие ферромагнитных и немагнитных элементов дисков ротора медленного вращения, что усложняет технологию изготовления и уменьшает энергетические показатели.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в улучшении технологичности конструкции и энергетических показателей.
c
p
p
c
Технический результат достигается тем, что в магнитном редукторе, содержащем статор, роторы быстрого и медленного вращения, ротор медленного вращения и статор имеют чередующиеся диски, диски статора имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, ротор быстрого вращения представляет собой индуктор с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, между ротором быстрого вращения и диском ротора медленного вращения располагается диск статора, ферромагнитные элементы 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, диски ротора медленного вращения выполнены из магнитотвердого материала с аксиально намагниченными секторами чередующихся полярностей, при этом клиновидные выступы зубцов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также намагниченные сектора дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества секторов на диске статора z и намагниченных секторов на диске ротора z связаны равенством z=z±2р, где р - число пар полюсов ротора быстрого вращения.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-7.
Фиг. 1 - продольное сечение магнитного редуктора;
фиг. 2 - диск ротора быстрого вращения;
фиг. 3 - диск ротора медленного вращения;
фиг. 4 - диск статора;
фиг. 5 - направления сил, действующих на эквивалентные токи;
фиг. 6 - пути прохождения магнитного потока в предлагаемом магнитном редукторе;
фиг. 7 - форма листов шихтованного сектора диска статора.
Здесь 1 - корпус; 2, 3 - подшипниковые щиты; 4, 5 - магнитопроводы статора; 6 - постоянные магниты; 7 - втулка ротора быстрого вращения; 8 - диски статора; 9 - диски ротора медленного вращения; 10 - втулка ротора медленного вращения; 11 - вал быстрого вращения; 12 - вал медленного вращения; 13-16 - подшипники; 17 - втулка подшипников.
Корпус 1 жестко связан с подшипниковыми щитами 2, 3. На них установлены кольцевые магнитопроводы 4, 5 статора. На магнитопроводе 5 имеются зубцы.
Четыре постоянных магнита 6 установлены на втулке 7 ротора быстрого вращения. Диски 8 статора закреплены на корпусе 1. Диски 9 ротора медленного вращения установлены на втулке 10 ротора медленного вращения. Вал 11 быстрого вращения опирается на подшипники 13, 15, а вал 12 медленного вращения опирается на подшипники 14, 16. Подшипники 13, 14 установлены в подшипниковых щитах 2, 3. Подшипники 15, 16 установлены во втулке 17 подшипников, жестко связанной с диском статора, расположенным рядом с ротором быстрого вращения.
Магнитопроводы 4, 5 выполнены лентой из электротехнической стали путем навивки.
Диски 8 статора имеют чередующиеся секторы из магнитомягкого материала (на фиг. 3 показаны закрашенными) и немагнитного материала (на фиг. 3 не закрашены). Магнитные секторы выполнены шихтованными из электротехнической стали.
Диски 9 ротора медленного вращения имеют аксиально намагниченные сектора, имеющие с одной стороны северные полюса (на фиг. 4 показаны закрашенными) и южные полюса (на фиг. 4 не закрашены).
c
p
c
p
Количество секторов дисков статора z и ротора z, приходящихся на одно полюсное деление ротора быстрого вращения, отличаются на единицу. На фиг. 2, 3 показан случай, когда число пар полюсов р=2, z=48, z=44.
Ротор быстрого вращения имеет четыре постоянных магнита 6 из высококоэрцитивного магнитотвердого материала, имеющие вид секторов (на фиг. 2 показаны закрашенными), и немагнитные сектора (на фиг. 2 не закрашены). Сектора намагничены по оси вращения и образуют на торцевых поверхностях чередующиеся полюса.
p.
p
м
б
p
м
p
б
Магнитный редуктор работает следующим образом. При вращении ротора быстрого вращения вместе с ним вращаются области большой магнитной индукции. В результате диски ротора медленного вращения поворачиваются так, что места совпадения положений ферромагнитных секторов дисков статора и намагниченных секторов соответствующей полярности дисков ротора находятся в зоне максимума модуля магнитной индукции. При повороте ротора быстрого вращения на угол π/2 ротор медленного вращения должен повернуться на один сектор, т.е. на угол 2π/z Следовательно, магнитный редуктор имеет передаточное отношение z/4. Поэтому скорость вращения ротора медленного вращения будет ω=ω/z, а момент на валу медленного вращения М=zM/4.
Наличие нескольких дисков статора и ротора вызывает многократную деформацию магнитного поля в зоне дисков, что увеличивает развиваемый момент и позволяет улучшить массогабаритные показатели.
На фиг. 6 показано взаимное положение роторов быстрого и медленного вращения в случае максимального момента. Показаны токи, эквивалентные магнитодвижущим силам намагниченных секторов ротора, и силы Ампера, действующие на эти токи со стороны магнитного поля, созданного обмоткой статора. Видно, что они максимальны в зоне максимума модуля магнитной индукции обмотки статора и имеют одинаковые направления.
На фиг. 6 показаны пути прохождения магнитного потока в данной конструкции, где внешний магнитопровод отсутствует, а объем и масса малы.
На торцевой поверхности магнитопровода 5 статора, обращенной к активной зоне, имеются ферромагнитные выступы в виде секторов, повторяющие по форме и количеству ферромагнитные элементы дисков статора, что увеличивает развиваемый момент.
Магнитные секторы статора выполнены из электротехнической стали шихтованными для уменьшения потерь в стали на вихревые токи, поскольку в процессе работы магнитная индукция в секторах изменяется. На фиг. 7 показана форма листов шихтованного сектора, выполняемого из электротехнической стали.
Передача момента редуктора является упругой. 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 активными частями, бесшумен в работе, имеет большой срок службы, определяемый подшипниками, допускает ударные нагрузки, так как связь между валами осуществляется через магнитное поле.
Благодаря выполнению дисков ротора медленного вращения из магнитотвердого материала он имеет однородную структуру и более технологичен в изготовлении. Диски ротора медленного вращения имеют свое магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем ротора быстрого вращения. За счет этого магнитный редуктор имеет повышенные энергетические показатели.