МАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР Российский патент 2013 года по МПК H02K51/00 F16H1/06 

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, 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, опубл. 26.08.1970. Бюл. №27) - [1].

Его недостатком является сравнительно малый передаваемый момент.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является 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, отличается в пределах одного полюсного деления на единицу (патент №2369955, H02К 51/00, опубл. 10.10.2009. Бюл. №28) - [2].

Его недостатком является отсутствие возможности герметичного разделения полостей роторов быстрого и медленного вращения, что не позволяет передавать момент в герметичный объем.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании редуктора с герметичным разделением полостей роторов быстрого и медленного вращения с возможностью передачи момента в герметичный объем, а также в улучшении динамических характеристик.

Технический результат достигается тем, что в магнитный редуктор, содержащий статор с магнитопроводом, имеющим зубцы, чередующиеся полые цилиндры статора и ротора медленного вращения с ферромагнитными и немагнитными элементами и ротор быстрого вращения с ферромагнитными и немагнитными элементами введен неподвижный индуктор магнитного поля снаружи зубцово-пазовой зоны, а количество ферромагнитных элементов ротора быстрого вращения равно разности числа ферромагнитных элементов полых цилиндров статора и ротора медленного вращения.

Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1-2, где:

Фиг.1 - поперечное сечение магнитного редуктора;

Фиг.2 - продольное сечение магнитного редуктора (А-А).

Здесь: 1 - корпус, 2 - магнитопровод статора, 3 - полюс, 4 - обмотка, 5 - полый цилиндр ротора медленного вращения, 6 - полый цилиндр статора, 7 - полый цилиндр ротора быстрого вращения, 8 - внутренний магнитопровод статора, 9 - диск герметизации, 10-11 - немагнитные кольца статора, 12 - немагнитный диск быстрого вращения, 13 - немагнитный диск медленного вращения, 14 - вал медленного вращения, 15 - вал быстрого вращения.

Статор имеет кольцевой шихтованный магнитопровод 2 с равномерно расположенными полюсами 3 (фиг.1), обращенными к рабочему зазору и имеющими малые зубцы, и крепится к корпусу 1, с которым механически связан немагнитным кольцом 10 полый цилиндр 6 статора, имеющий чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы. К нему немагнитным кольцом 11 крепится внутренний магнитопровод 8 статора с диском 9 герметизации.

Ротор медленного вращения представляет собой полый цилиндр 5, механически связанный с валом 14 медленного вращения немагнитным диском 13 (фиг.2) и имеющий чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы.

Ротор быстрого вращения представляет собой полый цилиндр 7, механически связанный с валом 15 быстрого вращения немагнитным диском 12 и имеющий чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы.

Индуктор, создающий магнитное поле, может быть выполнен в виде полюсов с обмотками, по которым протекает постоянный ток, или в виде постоянных магнитов. В обоих случаях индуктор неподвижен.

Угловые размеры всех зубцов и ферромагнитных элементов полых цилиндров статора и ротора медленного вращения одинаковые. Ферромагнитные элементы полого цилиндра 6, связанного со статором, имеют угловое положение, совпадающее с угловым положением зубцов магнитопровода статора. Количества ферромагнитных элементов полых цилиндров, связанных со статором и с ротором медленного вращения, отличаются в пределах одного полюсного деления на два.

Полый цилиндр 7 ротора быстрого вращения имеет по два ферромагнитных элемента на полюсное деление.

Магнитный редуктор работает следующим образом. Полюса 3 с обмотками 4 создают неподвижное магнитное поле. При вращении ротора быстрого вращения ферромагнитные элементы полого цилиндра 7 создают волну магнитной индукции, в зоне максимумов которой ферромагнитные элементы полых цилиндров статора и ротора медленного вращения располагаются напротив друг друга. В результате скорости роторов быстрого и медленного вращения связаны соотношением

где ω_м, ω_б - скорости роторов малой и большой скоростей вращения; z_м, z_б - количество ферромагнитных элементов на полых цилиндрах малой и большой скоростей вращения.

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 частями, он не изнашивается, бесшумен в работе, имеет большой срок службы, определяемый подшипниками, допускает ударные нагрузки, так как связь между валами осуществляется через магнитное поле.

Роторы медленного и быстрого вращения представляют собой полые цилиндры с малыми осевыми моментами инерции. В связи с этим магнитный редуктор допускает большие угловые ускорения.

Поскольку ротор быстрого вращения имеет малую массу, момент трения в его подшипниках мал и магнитный редуктор может работать в качестве мультипликатора, т.е. передавать механическую энергию от вала медленного вращения к валу быстрого вращения.

Наличие немагнитных колец, соединяющих полые цилиндры со статором, и диска герметизации позволяет полностью изолировать зоны валов быстрого и медленного вращения друг от друга, что важно при работе магнитного редуктора в агрессивных или взрывоопасных средах.

Изобретение относится к области электротехники и электромагнитных механизмов, а именно к бесконтактным магнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, заключается в создании редуктора с герметичным разделением полостей роторов быстрого и медленного вращения, в котором обеспечена возможность передачи момента в герметичный объем, а также в улучшении динамических характеристик бесконтактного магнитного редуктора. Предлагаемый магнитный редуктор содержит статор с магнитопроводом, имеющим зубцы, чередующиеся полые цилиндры статора и ротора медленного вращения с ферромагнитными и немагнитными элементами и ротор быстрого вращения с ферромагнитными и немагнитными элементами. При этом согласно изобретению в магнитный редуктор введен неподвижный индуктор магнитного поля, расположенный снаружи зубцово-пазовой зоны, а количество ферромагнитных элементов ротора быстрого вращения равно разности числа ферромагнитных элементов полых цилиндров статора и ротора медленного вращения. Благодаря наличию в редукторе немагнитных колец, соединяющих полые цилиндры статора с магнитопроводом статором, и диска герметизации редуктор выполнен с герметичным разделением полостей роторов быстрого и медленного вращения и с возможностью передачи момента в герметичный объем, а изготовление ротора быстрого вращения в виде полого цилиндра позволило улучшить динамические характеристики. 2 ил.

Магнитный редуктор, содержащий статор с магнитопроводом, имеющим зубцы, чередующиеся полые цилиндры статора и ротора медленного вращения с ферромагнитными и немагнитными элементами, и ротор быстрого вращения с ферромагнитными и немагнитными элементами, отличающийся тем, что введен неподвижный индуктор магнитного поля снаружи зубцово-пазовой зоны, а количество ферромагнитных элементов ротора быстрого вращения равно разности числа ферромагнитных элементов полых цилиндров статора и ротора медленного вращения.