Планетарный магнитный редуктор

Изобретение относится к области бесконтактных синхронных магнитных механизмов для преобразования параметров вращательного движения с использованием постоянных магнитов.

Известен аналог (патент US 5013949, МПК Н02К 49/02, опуб. 25.26.10990). Он содержит статор, состоящий из полого цилиндрического магнитопровода статора, на внутренней поверхности которого располагаются постоянные магниты статора. Концентрично статору расположен внутренний ротор, состоящий из цилиндрического магнитопровода внутреннего ротора, на внешней поверхности которого закреплены постоянные магниты внутреннего ротора. Между статором и внутренним ротором расположены несколько внешних роторов, состоящих из цилиндрических магнитопроводов с постоянными магнитами на внешней поверхности. При этом внешние роторы не охватывают собой внутренний ротор.

Недостатками этого решения является низкое передаточное отношение и большое число вращающихся частей конструкции.

Наиболее близким техническим устройством является планетарный коаксиальный магнитный редуктор (патент GB 2472752, МПК Н02К 49/02, опубл. 03.06.2008). Он содержит статор, состоящий из полого цилиндрического магнитопровода статора, на внутренней поверхности которого располагаются постоянные магниты статора, создающие магнитное поле с p_s парами полюсов. Концентрично статору расположен внутренний ротор, состоящий из цилиндрического магнитопровода внутреннего ротора, на внешней поверхности которого закреплены постоянные магниты внутреннего ротора, создающие магнитное поле с p_ri парами полюсов. Концентрично статору и внутреннему ротору расположен внешний ротор, состоящий из разделенных между собой немагнитными промежутками зубцов из магнитомягкого материала, число которых равно N_pp.Передаточное отношение прототипа определяется как

i=N_pp /p_ri

Недостатками этого решения заключаются в неполном использовании материала постоянных магнитов из-за наличия выраженных потоков рассеяния в немагнитном зазоре между статором и внешним ротором, а также сложная в технологическом отношении конструкция внешнего ротора, что определяет невысокие передаточное отношение, технологичность изготовления, а также удельные показатели магнитного редуктора.

Технической задачей является увеличение передаточного отношения, улучшение технологичности.

Техническим результатом является повышение удельных показателей магнитного редуктора.

Это достигается тем, что известный планетарный магнитный редуктор, содержащий статор, магнитопровод статора, постоянные магниты статора, внутренний ротор, расположенный концентрично статору, магнитопровод внутреннего ротора, постоянные магниты внутреннего ротора, внешний ротор дополнительно снабжен магнитопроводом внешнего ротора, расположенным эксцентрично статору и выполнен в виде полого цилиндра, охватывающего внутренний ротор, при этом на внешней поверхности внешнего ротора расположены наружные постоянные магниты внешнего ротора, а на внутренней поверхности установлены внутренние постоянные магниты внешнего ротора.

Сущность изобретения пояснена чертежом, где представлен общий вид планетарного магнитного редуктора.

Устройство содержит статор с осью симметрии О₁, состоящий из магнитопровода статора 1 в виде полого цилиндра и постоянных магнитов статора 2 с числом пар полюсов p_s, внутренний ротор, расположенный концентрично статору и состоящий из цилиндрического магнитопровода внутреннего ротора 3, постоянных магнитов внутреннего ротора 4 с числом пар полюсов p_i внешний ротор, дополнительно содержит магнитопровод внешнего ротора 5 в виде полого цилиндра, имеющего ось симметрии O₂ и эксцентрично расположенного относительно статора и внутреннего ротора, на внешней поверхности магнитопровода внешнего ротора 5 закреплены наружные постоянные магниты внешнего ротора 6 с числом пар полюсов p_oo, а на внутренней поверхности магнитопровода внешнего ротора 5 расположены внутренние постоянные магниты внешнего ротора 7 с числом пар полюсов p_io. При этом внутренний ротор имеет одну степень свободы, то есть может вращаться только вокруг собственной оси симметрии O₁. В то же время внешний ротор имеет две степени свободы и имеет возможность вращения как вокруг оси симметрии статора O₁, так и вокруг собственной оси симметрии O₂. При этом тихоходны вал жестко соединен с внутренним ротором в точке оси симметрии статора O₁, а быстроходный вал жестко скреплен с внешним ротором в точке проекции на него оси симметрии статора О₁.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В общем случае предлагаемый магнитный редуктор обратим, то есть может работать как в режиме повышения, так и понижения частоты вращения. Пусть устройство работает в режиме повышения скорости вращения (повышающий редуктор или мультипликатор). Момент от приводного движителя подается через быстроходный вал на один из роторов системы, например, на внутренний ротор и он начинает вращаться относительно своей собственной оси симметрии O₁. Вследствие магнитного силового взаимодействия приходит в движение и внешний ротор, который совершает сложное вращение, заключающееся во вращательном движении вокруг осей O₁ и O₂ одновременно. При этом внутренний ротор - быстроходный, вращение внешнего ротора вокруг его собственной оси O₂ - тихоходное, а вращение внешнего ротора вокруг оси статора O₁ быстроходное. Нагрузка подключается к быстроходному валу, который жестко скреплен с внешним ротором в точке проекции на него оси симметрии статора O₁. Таким образом, на нагрузку передается только одна компонента сложного вращения внешнего ротора - вокруг оси симметрии O₁ статора. Это приводит к тому, что в конечном счете входной и выходной валы будут расположены на одной оси и совершать простое вращательное движение вокруг оси симметрии O₁ статора. Низкоскоростное вращение внешнего ротора, совершаемое вокруг оси его симметрии O₂, не передается на выходной вал. Эта компонента вращения обеспечивает взаимодействие между магнитными системами роторов с разными числами пар полюсов. Другими словами, внешний ротор имеет возможность свободно вращаться относительно собственной оси симметрии O₂, частота этого вращения определяется числами пар полюсов элементов магнитной системы. Относительно оси O₂ ко внешнему ротору не приложен внешний момент, поэтому сумма моментов, действующих на него относительно оси O₂, определяется только силами магнитного взаимодействия между элементами магнитной системы редуктора и равна нулю в установившемся режиме работы. В итоге внешний ротор будет воспринимать только «высокоскоростной» момент относительно оси симметрии статора O₁. Предлагаемое устройство можно отнести к планетарным механизмам, так как ось вращения O₂ вращается вокруг оси вращения O₁. Передаточное отношение предлагаемого редуктора определяется в соответствии с выражением

i=p_oo⋅p_i/(p_oo⋅p_i-p_oi⋅p_s)

и может достигать значений до 50-100 в одной ступени, тогда как в прототипе при том же внешнем диаметре оно было бы ограничено значениями 10-20. При этом для корректной работы устройства необходимо, чтобы выполнялись соотношения

p_s-p_oo=1, 2, 3 … n,

p_oi-p_i=0, 1, 2, 3 … k,

где n и k - любые целые положительные числа.

Преимуществами данного технического решения является то, что оно позволяет обеспечить передаточное отношение около 60-100 в одной ступени. Кроме того, улучшается технологичность изготовления редуктора, за счет того, что сложная конструкция внешнего ротора прототипа заменяется на полый цилиндрический магнитопровод с постоянными магнитами на внешней и внутренней поверхностях, что упрощает процесс изготовления редуктора и позволяет обеспечить надлежащую механическую прочность внешнего ротора. Также важно отметить, что в прототипе внешний ротор является низкоскоростным, а внутренний ротор - высокоскоростным. В предлагаемом техническом решении наоборот внешний ротор - высокоскоростной, а внутренний ротор - низкоскоростной. Это имеет важное значение, так как низкоскоростной ротор, с точки зрения прочности, доложен быть рассчитан на большой момент, что легче обеспечить, если низкоскоростной ротор является внутренним. За счет отсутствия зубцов в промежутке между статором и внутренним ротором уменьшается выраженность потоков рассеяния в немагнитных зазорах. За счет этого увеличивается эффективность использования материала постоянных магнитов, что позволяет улучшить удельные показатели редуктора.

Использование изобретения позволяет увеличить передаточное отношение, улучшить технологичность, а также удельные показатели магнитного редуктора, что позволяет улучшить эксплуатационные показатели редукторных приводных систем.