СТАТОРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР-МУЛЬТИПЛИКАТОР УЗЯКОВА С ВНУТРЕННИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
STATOR MAGNETIC GEARBOX OF UZYAKOV WITH INSIDE GEARING

Изобретение относится к машиностроению и электротехнике, оно может быть использовано в качестве редуктора - механизма для понижения угловой скорости и повышения вращающего момента, а также в качестве мультипликатора - механизма для повышения угловой скорости с понижением вращающего момента, с передаточным отношением большим, меньшим и равным единице.
Известны разнообразные магнитные редукторы, которые работают по принципу механических редукторов - непосредственного взаимодействия зубцов ведущего зубчатого колеса с зубцами ведомого колеса, но через магнитное взаимодействие. При этом сохраняются кинематические характеристики, аналогичные механическим редукторам (см. например, Ганзбург Л.Б., Федотов А.И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. Справочник. Л., Машиностроение, 1980.)
Общим недостатком известных устройств является то, что величина вращающих моментов магнитных редукторов значительно меньше, чем механических. В связи с чем данные механизмы не нашли широкого практического применения.
Близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является редуктор цилиндрический одноступенчатый с внутренним зацеплением, содержащий установленный консольно быстроходный вал с быстроходным звеном - шестерней, тихоходный вал с тихоходным звеном - зубчатым колесом с внутренним зацеплением, опоры валов (подшипники) и корпус (см. например, рис. 42, Цехнович Л.И., Петриченко И.П. Атлас конструкций редукторов. - Учебное пособие для вузов. Киев: «Вища школа». 1979. - 128 с.).
К недостаткам устройства можно отнести высокую точность изготовления, отказы, связанные с механическим контактом зубьев в зоне зацепления, и необходимость смазывания.
Близким по физической сущности к предлагаемому изобретению является синхронная активная многополюсная цилиндрическая муфта с магнитом «звездочка» (см. например, Ганзбург Л.Б., Федотов А.И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. Справочник. Л., Машиностроение, 1980). Эта муфта обычно выполняется с явно выраженными полюсами обеих полумуфт. При холостом ходе муфты относительное смешение полумуфт отсутствует, существуют лишь силы их взаимного притяжения, действующие радиально. При приложении движущего момента и момента сопротивления возникает рассогласование полюсов полумуфт, изменение магнитной проводимости зазора и перераспределение магнитного потока в нем. В результате этого возникают касательные силы, стремящиеся вернуть систему в исходное взаимное положение и уменьшить угол рассогласования. Вследствие чего при вращении одной полумуфты синхронно вращается и вторая полумуфта.
Недостатком устройства является то, что оно позволяет реализовать только одно передаточное отношение, равное единице.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) является конструкция с внутренним зацеплением магнитной передачи, содержащей ведомый и ведущий валы, на которых установлены, соответственно, ведомый и ведущий диски из магнитопроницаемого материала с постоянными магнитами. Постоянные магниты, по меньшей мере, одного цилиндра выполнены трапециевидной формы и установлены в трапециевидных полостях, выполненных в диске с зазором (Патент RU №2524813 от 12.02.2013).
Недостатком устройства является сложность конструкции и малое число зубцов (магнитов), находящихся во взаимодействии.
Задачей изобретения является повышение передаваемого вращающего момента магнитных редукторов с внутренним зацеплением.
Поставленная задача решается тем, что несоосный статорный магнитный редуктор-мультипликатор Узякова с внутренним зацеплением содержит установленные на подшипниках на межосевом расстоянии два вала - быстроходный и тихоходный, на которых закреплены роторы на постоянных магнитах и ферромагнитный магнитопровод - статор. Ротор быстроходного вала имеет на внешней поверхности четное число полюсов - два и более - 2n. Ротор тихоходного вала имеет на внутренней поверхности также четное число полюсов - два и более, в передаточное число раз большее, чем у быстроходного ротора. Статор, выполненный из ферромагнитных элементов, установленных с зазором, расположен между полюсами быстроходного и тихоходного роторов. Между роторами и статором имеются основные воздушные зазоры минимально возможной величины. Зазор между элементами статора как минимум в десять раз больше, чем основной воздушный зазор. Магнитный поток, создаваемый всеми постоянными магнитами быстроходного ротора, замыкается с магнитным потоком, создаваемым частью постоянных магнитов тихоходного ротора, число которых равно 2n, в зоне полюса зацепления, а также через многоэлементный ферромагнитный магнитопровод - статор. Результирующий момент касательных сил в воздушных зазорах полюсов роторов и статора будет больше, чем момент, возникающий при замыкании магнитного потока в зоне полюса зацепления без статора, как в большинстве известных магнитных редукторах, благодаря чему передаваемые вращающие моменты будут больше при одинаковых габаритах.
Изобретение поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлена принципиальная схема несоосного статорного магнитного редуктора-мультипликатора Узякова с внутренним зацеплением, без нагрузки (корпус, валы и опоры не показаны), а на фигуре 2 представлена принципиальная схема несоосного статорного магнитного редуктора-мультипликатора Узякова с внутренним зацеплением, под нагрузкой. Стрелками показаны направления сил притяжения магнитов тихоходного ротора к элементам статора и магнитам быстроходного ротора.
Представленная на фигурах 1 и 2 схема изобретения состоит из следующих основных элементов: быстроходного ротора 1, содержащего пять пар полюсов, тихоходного ротора 2, содержащего десять пар полюсов, и статора 3, состоящего из ферромагнитных магнитопроводов, между которыми имеется значительный зазор (заполненный немагнитным материалом не показан).
Несоосный, статорный магнитный редуктор-мультипликатор Узякова с внутренним зацеплением работает следующим образом. Без нагрузки (в условиях отсутствия момента сопротивления на ведомом роторе) быстроходный 1 и тихоходный 2 роторы занимают положение сцепления, соответствующее минимальному магнитному сопротивлению магнитной цепи. При этом силы притяжения направлены перпендикулярно поверхностям роторов. Магнитный поток, создаваемый всеми постоянными магнитами быстроходного ротора 1, замыкается с магнитным потоком, создаваемым частью постоянных магнитов тихоходного ротора 2, число которых равно 2n (на представленной схеме - 10), в зоне полюса зацепления, и через многоэлементный ферромагнитный магнитопровод - статор 3.
Под нагрузкой при повороте на небольшой угол ведущего ротора (например, быстроходного 1) происходит смещение оси зон максимальной магнитной индукции в полюсе зацепления и ферромагнитных магнитопроводах статора, что приводит к появлению касательных сил магнитного взаимодействия, под действием которых ведомый ротор 2 поворачивается, стремясь занять положение сцепления. При непрерывном вращении ведущего ротора 1 вращение ведомого ротора 2 происходит с частотой в два раза меньше. Для представленной на чертежах конструкции передаточное отношение i=2. Если ведущим звеном будет тихоходный ротор, мы получаем мультипликатор с передаточным отношением i=0,5.
Максимальный момент, передаваемый несоосным статорным магнитным редуктором-мультипликатором Узякова с внутренним зацеплением, определяется конструктивными характеристиками элементов устройства и величиной магнитной индукции в зазорах.
Компьютерное моделирование в программах комплексного моделирования электромагнитного поля методом конечных элементов показало, что введение в конструкцию магнитного редуктора с внутренним зацеплением статора, состоящего из ферромагнитных магнитопроводов, между которыми имеется зазор, повышает передаваемый момент.