Магнитный редуктор, встраиваемый в электродвигатель
BUILT INTO ELECTRIC MOTOR MAGNETIC GEARBOX

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к магнитным бесконтактным планетарным редукторам, предназначенным для привода исполнительных механизмов и устройств с одновременной редукцией частоты вращения.
Уровень техники
Известны бесконтактные магнитные планетарные редукторы для привода исполнительных механизмов с одновременной редукцией частоты вращения, содержащие корпус, неподвижные и подвижные зубчатые центральные колеса из магнитомягких материалов, водило, эксцентрично расположенный зубчатый сателлит из магнитомягкого материала, систему подмагничивания в виде постоянного магнита или обмотки возбуждения с осевым подмагничиванием, магнитопровод, противовесы, подшипники, опорные поверхности для стеллита (Приводной механизм антенны. Описание авторского свидетельства на изобретение №301749 МПК H02Q 1/12, бюллетень №14 10.04.1971 г.; магнитный планетарный редуктор, приведенный на рис II.26 стр. 140 книги «Механизмы с магнитной связью.» Л., «Машиностроение» (Ленинградское отделение), 1973. Авт.: Ганзбург Л.Б. и др., электромагнитный планетарный редуктор, приведенный на рис. стр. II.27 на стр. 140 там же).
В таких редукторах магнитный поток подмагничивания замыкается не только через рабочий зазор между зубчатыми поверхностями сателлита и центральных колес, но и через дополнительный магнитопровод между корпусом и подвижным центральным колесом. Это обстоятельство приводит к уменьшению магнитной проводимости магнитной цепи редуктора, повышенному расходу активных материалов (постоянного магнита, обмоточной меди, магнитомягкого материала и др.), и, как следствие, увеличению массы и габаритных размеров, а также ухудшает удельные энергетические показатели редукторов, такие как крутящий момент, тормозной момент, максимальный момент и др.
Известен также магнитный планетарный редуктор, содержащий корпус, неподвижные и подвижные зубчатые центральные колеса из магнитомягких материалов, водило, эксцентрично расположенный зубчатый сателлит из магнитомягкого материала, систему подмагничивания в виде постоянного магнита или обмотки возбуждения с осевым подмагничиванием, магнитопровод, подшипники, опорные поверхности для сателлита, ответные опорные поверхности, на которые опираются сателлит выполнены в корпусе, зубчатые поверхности центрального колеса и сателлита выполнены с одинаковым шагом, центральные колеса с равными количествами зубьев, установлены неподвижно в корпусе (на статоре), сателлит выполнен с двумя зубчатыми венцами равными количествами зубьев с минимальной разницей числа зубьев от числа зубьев на центральных колесах и связан с выходным валом через устройство, способное передавать несоосное вращательное движение, например, через шарнирное устройство (RU 2545509 С2, 10.04.2015) (прототип).
Недостатками этого устройства является, потребность в дополнительном устройстве, способном передавать несоосное вращательное движение и связанные с этим значительные геометрические размеры редуктора в аксиальном направлении.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является уменьшение аксиальных размеров планетарного магнитного редуктора.
Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения центральные колеса выполнены с двумя зубчатыми венцами с наружными зубьями равными количествами зубьев и с одинаковым шагом заодно с выходным валом, которые установлены в корпусе с возможностью совершать вращательное перемещение, сателлит выполнен с двумя зубчатыми венцами наружными зубьями с равными количествами зубьев и с одинаковым шагом равным шагу зубьев на центральных колесах с минимальной разницей числа зубьев от числа зубьев на центральных колесах, опорными поверхностями, с возможностью совершать плоскопараллельное перемещение относительно центральных колес, ответные опорные поверхности размещены на сателлите,
Описание чертежей
На чертеже  изображен продольный разрез активной части предлагаемого магнитного редуктора.
Осуществление изобретения
z
Предлагаемый магнитный планетарный редуктор вмонтирован в конструкцию электродвигателя 1 и размещен на промежуточном фланце электродвигателя 2 под крышкой 3. Он содержит центральное колесо, выполненное заодно с выходным валом 4 с двумя зубчатыми венцами с наружными зубьями равными количествами зубьев и с одинаковым шагом t из магнитомягкого материала с числом зубьев Z1 и цилиндрической выточкой, на которые опирается сателлит. Центральное колесо опирается на подшипники 5 в крышке 3.
z
Сателлит собран в немагнитном кожухе 6 и составлен из двух зубчатых венцов из магнитомягкого материала в виде полого цилиндра 7 с внутренними зубьями с числом зубьев Z2 с одинаковым шагом t, постоянного магнита 8 с осевым подмагничиванием между ними. В торцах сателлита через немагнитные кольца 9 размещены опорные поверхности 10, через которые сателлит опирается на ответные цилиндрические выточки на центральном колесе. В торце одной из опорных поверхностей (на фиг. - справа) выполнен выступ с прямоугольным выступом (бобышкой), которая входит в ответное углубление в крестовине 11 со скользящей посадкой. Крестовина 11 имеет в свою очередь прямоугольный выступ в диаметральном направлении с противоположной углублению стороны, направленный перпендикулярно направлению углубления. Этот выступ в свою очередь входит в углубление, выполненное в диаметральном направлении в промежуточном фланце электродвигателя 2.
Водило планетарной передачи представляет собой опору качения 12, установленную на выходном валу электродвигателя через эксцентричную втулку 13.
1
2
мин
мин
мин
1
2
Редуктор работает следующим образом. Магнитный поток постоянных магнитов замыкается по магнитной цепи, образованной двумя зубчатыми венцами сателлита из магнитомягкого материала, воздушным зазором между зубчатыми венцами центрального колеса и сателлита. При этом под действием сил притяжения зубчатых поверхностей центрального колеса и сателлита, обусловленных магнитным полем постоянного магнита, сателлит занимает эксцентричное относительно центрального колеса положение с эксцентриситетом е, определяемое размерами внешнего диаметра опор качения d (цилиндрические выточки на центральном колесе и диаметром опорных поверхностей на сателлите d. Последние выполнены таким образом, чтобы между поверхностями центрального колеса и сателлита сохранялся гарантированный воздушный зазор δ. Ввиду того, что обращенные друг к другу зубчатые поверхности расположены эксцентрично, основная часть магнитного потока окажется сосредоточенным в зоне минимального воздушного зазора δ. Размеры воздушного зазора δ, эксцентриситета е, диаметров опор d и d, числа зубьев и шаг зубчатых поверхностей на сателлите и центральных колесах должны удовлетворять соотношениям:
2
1
е=(d-d/)2;
мин
z
δ=(Z2-Z1)t/2π-е.
мин
Значение δ принимается в пределах 0,1…0,15 мм. Взаимодействие магнитного потока зубчатых поверхностей сателлита и центральных колес определяет силовое действие между ними. При неподвижном водиле сателлит занимает эксцентричное относительно центральных колес положение, т.к. имеет две степени свободы относительно промежуточного фланца электродвигателя 2 за счет скользящей посадки между взаимно-перпендикулярными выступами и углублениями на сателлите, крестовине и промежуточном фланце. Взаимодействие зубчатых поверхностей сателлита и центрального колеса через силы магнитного притяжения вызывает на выходном валу магнитного редуктора тормозной момент, т.к. сателлит не может совершать вращательное перемещение относительно своей оси симметрии. (Упомянутые выступы и углубления удерживают сателлит от вращательного движения). При вращении водила из-за разницы числа зубьев зубчатых поверхностей на центральном колесе и центральное колесо будет совершать вращательное движение относительно своей оси со скоростью, определяемой соотношением:
вод
n=n(Z2-Z1)/Z1,
где n - скорость вращения центрального колеса, об/мин;
вод
n - скорость вращения водила, об/мин.
Таким образом в в предлагаемом устройстве происходит редукция скорости вращения водила в i=Z1/(Z2-Z1) раза.
Для обеспечения условия вращения центрального колеса без проскальзывания относительно опорных поверхностей на сателлите числа зубьев на центральном колесе и сателлите должны быть связаны со значениями диаметров соотношением:
1
e/d=(Z2-Z1)/Z1;
2
1
d=d+2e.
Вращения центрального колеса без проскальзывания относительно опорных поверхностей на сателлите можно достичь размещением между опорными поверхностями подшипников качения. При этом нет необходимости в соблюдении вышеуказанных соотношений между числами зубьев зубчатых колес и геометрических параметров опорных поверхностей.
В предложенном магнитном редукторе в отличие от известного отсутствует дополнительное устройство, способное передавать несоосное вращательное движение, имеющее значительные размеры в аксиальном направлении. Таким образом предлагаемое устройство по сравнению с известным при прочих равных условиях имеет меньшие габаритные размеры в аксиальном направлении.