ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР Российский патент 1994 года по МПК H02K16/00 H02K51/00 

Изобретение относится к устройствам для изменения и регулирования частоты вращения выходного вала редуктора по отношению к частоте вращения его входного вала. Устройство может быть использовано в приводе механизмов, требующих изменения и регулирования частоты вращения; его включают между первичным двигателем и приводным механизмом. В частности, оно может быть использовано в автотранспорте.

Известно устройство выполняющее задачу изменения и регулирования частоты вращения и момента на выходном валу - механический редуктор, в котором регулирование осуществляется за счет изменения передаточного числа редуктора при включении в зацепление шестерен с различным числом зубцов [1] . Это устройство недостаточно надежно из-за большого числа трущихся элементов и подшипников.

Известна также электромагнитная муфта, в которой обеспечивает плавное изменение момента на выходном валу за счет электромагнитного взаимодействия вращающихся и неподвижных частей муфты, снабженных обмотками и магнитопроводами [2] .

Наиболее существенным недостатком электромагнитной муфты является отсутствие возможности регулирования частоты вращения выходного вала в широких пределах.

В качестве прототипа может быть принять электромагнитный редуктор, содержащий статор с двумя многофазными обмотками, первичный ротор с системой возбуждения, вторичный ротор с обмоткой, выпрямитель и инвертор, причем вход выпрямителя и выход инвертора подключены соответственно к двумя обмоткам статора, выход выпрямителя и вход инвертора соединены между собой [3] .

Недостаток прототипа связан с его сложностью и соответственно с низкой надежностью при использовании в силовых передачах.

Цель изобретения - упрощение электромагнитного редуктора.

Эта цель достигается за счет того, что статор и роторы выполнены торцевыми, обмотки статора размещены на двух его торцах, напротив которых установлены роторы.

Дополнительно обмотка вторичного ротора выполнена короткозамкнутой.

Дополнительно система возбуждения первичного ротора выполнена на постоянных магнитах.

Дополнительно электромагнитный редуктор снабжен вентилятором, установленным на первичном роторе.

Существенные отличительные признаки изобретения состоят в следующем:
- торцевое исполнение статора и ротора, размещение статорной обмотки на торцах, против которых установлены роторы;
- выполнение обмотки вторичного ротора короткозамкнутой;
- выполнение системы возбуждения первичного ротора на постоянных магнитах;
- установка вентилятора на первичном роторе.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема электромагнитного редуктора; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема включения обмоток и элементов преобразователя электромагнитного редуктора.

Электромагнитный редуктор содержит следующие узлы.

На входном валу 1 закреплен ротор 3, на котором располагаются магнитопровод и обмотка возбуждения; на выходном валу 2 закреплен ротор 6, имеющий магнитопровод и короткозамкнутую обмотку. Между роторами 3 и 6 расположены статоры 4 и 5 со своими магнитопроводами и многофазными (например, трехфазными) обмотками. Статоры 4 и 5 закреплены в корпусе 7 с подшипниками щитами 8. Каждый из валов 1 и 2 вращается в двух подшипниках.

Обмотка статора 4 соединена с обмоткой статора 5 посредством полупроводникового преобразователя с выпрямителем 9 и зависимым инвертором 10.

Электромагнитный редуктор работает следующим образом.

Входной вал 1 вращается с частотой n₁, обмотка возбуждения 3 создает магнитный поток, замыкающийся по зубцовым зонам, где расположены обмотки ротора 3 и статора 4, и стенкам их магнитопроводов. Напряжение от статорной обмотки 4 подают на вход выпрямителя 9; с выхода выпрямителя 9 выпрямленное напряжение подается на инвертор 10, на выходе которого формируется многофазное напряжение, частоту которого f₂ регулируют по заданному закону от нуля до максимума. Магнитное поле статора 5 увлекает за собой ротор 6, который выполнен с короткозамкнутой обмоткой. Частота вращения n₂ ротора 6 будет соответствовать частоте питающего напряжения f₂ согласно связи f₂ = f₂= (где Р - число пар полюсов статора 6), незначительно отличаясь от частоты вращения поля за счет некоторого скольжения ротора 6 относительно поля статора 5. Для регулирования частоты вращения выходного вала 2 в пределах от нуля до максимума требуется регулирование электромагнитного редуктора по двум каналам: по частоте f₂ напряжения, подаваемого на статор 5, и по току I₁, подаваемому в обмотку возбуждения ротора 3. Регулирование тока I₂ необходимо в связи с тем, что для создания повышенного момента на валу 2 при малой частоте f₂ нужно иметь и малое напряжение на статоре 5. Если вместо обмотки возбуждения на роторе 3 будут использованы постоянные магниты, то напряжение, подаваемое на статор 5, можно регулировать за счет либо выпрямителя 9, либо инвертора 10.

Изменение направления вращения вала 2 (задний ход) обеспечивается изменением алгоритма управления инвертором 10.

Для удобства управления режимами электромагнитного редуктора целесообразно использовать микропроцессорное устройство, которое может обеспечить автоматическое регулирование по заданному закону.

Электромагнитный редуктор обеспечивает получение следующего положительного эффекта:
1. Плавное изменение частоты вращения выходного вала редуктора по отношению к частоте вращения входного вала.

2. Повышение надежности за счет исключения зубчатых зацеплений.

3. Упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления за счет дисковой конфигурации статорных и роторных элементов.

Для разборки редуктора подшипниковые щиты 8 вынимаются из корпуса 7 вместе с роторными дисками 3 и 6. На корпусе 7 остаются статорные диски 4 и 5.

Современные автомобили насыщаются электроникой и будут впредь насыщаться ею. Данное изобретение наиболее полно отвечает этой перспективе.

Использование: электромагнитные редукторы. Сущность изобретения: электромагнитный редуктор содержит два торцевых статора 4, 5 с обмотками, и два торцевых ротора 3, 6 установленных у статоров. Обмотки статоров включены друг с другом через выпрямитель 9 и инвертор 10. Роторы выполнены или с однофазной обмоткой, или с короткозамкнутой, или с постоянными магнитами. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР, содержащий статор с двумя многофазными обмотками, первичный ротор с системой возбуждения, вторичный ротор с обмоткой, выпрямитель и инвертор, причем вход выпрямителя и выход инвертора подключены соответственно к двум обмоткам статора, выход выпрямителя и вход инвертора соединены между собой, отличающийся тем, что, с целью упрощения, статор и роторы выполнены торцевыми, обмотки статора размещены на двух его торцах, напротив которых установлены роторы. 2. Редуктор по п. 1, отличающийся тем, что обмотка вторичного ротора выполнена короткозамкнутой. 3. Редуктор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что система возбуждения первичного ротора выполнена на постоянных магнитах. 4. Редуктор по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что снабжен вентилятором, установленным на первичном роторе.