Магнитный редуктор, встраиваемый в электродвигатель

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

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_z из магнитомягкого материала с числом зубьев Z1 и цилиндрической выточкой, на которые опирается сателлит. Центральное колесо опирается на подшипники 5 в крышке 3.

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_z, 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.

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 d₁ (цилиндрические выточки на центральном колесе и диаметром опорных поверхностей на сателлите d₂. Последние выполнены таким образом, чтобы между поверхностями центрального колеса и сателлита сохранялся гарантированный воздушный зазор δ_мин. Ввиду того, что обращенные друг к другу зубчатые поверхности расположены эксцентрично, основная часть магнитного потока окажется сосредоточенным в зоне минимального воздушного зазора δ_мин. Размеры воздушного зазора δ_мин, эксцентриситета е, диаметров опор d₁ и d₂, числа зубьев и шаг зубчатых поверхностей на сателлите и центральных колесах должны удовлетворять соотношениям:

е=(d₂-d₁/)2;

δ_мин=(Z2-Z1)t_z/2π-е.

Значение δ_мин 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:

n=n_вод(Z2-Z1)/Z1,

где n - скорость вращения центрального колеса, об/мин;

n_вод - 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:

e/d₁=(Z2-Z1)/Z1;

d₂=d₁+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.