RU2579756C2 - Uzyakov(s synchronous magnetic reducing multiplier - Google Patents
Uzyakov(s synchronous magnetic reducing multiplier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2579756C2 RU2579756C2 RU2015113668/07A RU2015113668A RU2579756C2 RU 2579756 C2 RU2579756 C2 RU 2579756C2 RU 2015113668/07 A RU2015113668/07 A RU 2015113668/07A RU 2015113668 A RU2015113668 A RU 2015113668A RU 2579756 C2 RU2579756 C2 RU 2579756C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- poles
- stator
- rotor
- speed
- low
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и электротехнике, оно может быть использовано в качестве редукторов - механизмов для понижения угловой скорости и повышения вращающего момента, а также в качестве мультипликаторов - механизмов для повышения угловой скорости с понижением вращающего момента, с передаточным отношением большим, меньшим и равным единице, в обычном исполнении, а также для передачи энергии с герметичным разделением полостей ведущего и ведомого валов.The invention relates to mechanical engineering and electrical engineering, it can be used as gearboxes - mechanisms for lowering angular velocity and increasing torque, and also as multipliers - mechanisms for increasing angular velocity with decreasing torque, with a gear ratio greater than, less than and equal to unity , in the usual version, as well as for energy transfer with a tight separation of the cavities of the drive and driven shafts.
Известны разнообразные магнитные редукторы, которые работают по принципу механических редукторов - непосредственного взаимодействия зубцов ведущего зубчатого колеса с зубцами ведомого колеса, но через магнитное взаимодействие. При этом сохраняются кинематические характеристики, аналогичные механическим редукторам (Ганзбург Л.Б., Федотов А.И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1980).A variety of magnetic gearboxes are known that operate on the principle of mechanical gearboxes - the direct interaction of the teeth of the driving gear with the teeth of the driven wheel, but through magnetic interaction. At the same time, kinematic characteristics are preserved that are similar to mechanical gearboxes (Ganzburg LB, Fedotov AI Design of electromagnetic and magnetic mechanisms. Reference book. - L .: Engineering, 1980).
Общим недостатком известных устройств является то, что величина вращающих моментов магнитных редукторов значительно меньше, чем механических. В связи с чем данные механизмы не нашли широкого практического применения.A common disadvantage of the known devices is that the magnitude of the torques of the magnetic gears is much less than mechanical. In this connection, these mechanisms have not found wide practical application.
Наиболее близким по физической сущности к изобретению является трехфазный синхронный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах, содержащий вал, установленный на подшипниках, на котором закреплен ротор на постоянных магнитах с явно выраженными магнитными полюсами и статор с явно выраженными полюсами, причем полюса статора имеют три группы (элемента) для трех фаз, в котором индуцируется вращающееся магнитное поле в результате прохождения трехфазного переменного тока по обмоткам, намотанным вокруг полюсов статора. При синхронной скорости вращения ротора с полем статора, полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем статора (Волков Н.И. Электромашинные устройства автоматики. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1986).Closest to the physical nature of the invention is a three-phase synchronous electric motor with a rotor with permanent magnets, containing a shaft mounted on bearings, on which a rotor is mounted on permanent magnets with distinct magnetic poles and a stator with distinct poles, and the stator poles have three groups ( element) for three phases in which a rotating magnetic field is induced as a result of the passage of a three-phase alternating current through the windings wound around the stator poles. At a synchronous speed of rotation of the rotor with the stator field, the rotor poles are coupled with the rotating magnetic field of the stator (Volkov NI Electromechanical automation devices. Textbook for high schools. - M .: Higher school, 1986).
Недостатком устройства является по определению необходимость подключения к сети переменного тока, сложность пуска и невозможность редуцирования механической энергии.The disadvantage of this device is, by definition, the need to connect to an AC network, the complexity of starting and the inability to reduce mechanical energy.
Вторым, наиболее близким по технической сущности к изобретению, является одноступенчатый редуктор, содержащий быстроходный вал с быстроходным звеном - шестерней, тихоходный вал с тихоходным звеном - зубчатым колесом, опоры валов (подшипники) и корпус (Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1974).The second, closest in technical essence to the invention, is a single-stage gearbox containing a high-speed shaft with a high-speed link - a gear, a low-speed shaft with a low-speed link - a gear, shaft bearings (bearings) and a housing (D. Reshetov. Machine parts. Textbook for universities. - M.: Mechanical Engineering, 1974).
К недостаткам устройства можно отнести высокую точность изготовления и отказы, связанные с механическим контактом зубьев в зоне зацепления.The disadvantages of the device include high precision manufacturing and failures associated with mechanical contact of the teeth in the engagement zone.
Третьим, наиболее близким по физической и технической сущности к изобретению (прототипом), является синхронная активная многополюсная цилиндрическая муфта с магнитом «звездочка» (Ганзбург Л.Б., Федотов А.И. Проектирование электромагнитных и магнитных механизмов. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1980). Эта муфта обычно выполняется с явно выраженными полюсами обеих полумуфт. При холостом ходе муфты относительное смешение полумуфт отсутствует, существуют лишь силы их взаимного притяжения, действующие радиально. При приложении движущего момента и момента сопротивления возникает рассогласование полюсов полумуфт, изменение магнитной проводимости зазора и перераспределение магнитного потока в нем. В результате этого возникают касательные силы, стремящиеся вернуть систему в исходное взаимное положение и уменьшить угол рассогласования. Вследствие чего при вращении одной полумуфты синхронно вращается и вторая полумуфта.The third, closest in physical and technical nature to the invention (prototype), is a synchronous active multi-pole cylindrical coupling with an asterisk magnet (Ganzburg LB, Fedotov AI Design of electromagnetic and magnetic mechanisms. Reference book. - L .: Engineering, 1980). This coupling is usually made with the pronounced poles of both coupling halves. When the clutch is idling, there is no relative mixing of the coupling halves, there are only forces of their mutual attraction acting radially. When a driving moment and a resistance moment are applied, a mismatch of the poles of the coupling halves occurs, a change in the magnetic conductivity of the gap, and redistribution of the magnetic flux in it. As a result of this, tangential forces arise, striving to return the system to its initial mutual position and reduce the angle of mismatch. As a result, during rotation of one coupling half, the second coupling half rotates synchronously.
Недостатком устройства является то, что оно позволяет реализовать только одно передаточное отношение равное единице.The disadvantage of this device is that it allows you to implement only one gear ratio equal to one.
Задача изобретения заключается в том, чтобы, используя принципы работы синхронных электрических машин с роторами на постоянных магнитах и синхронных активных многополюсных цилиндрических муфт с магнитом «звездочка», создать устройство преобразования параметров механической энергии - редуктор-мультипликатор для практического использования в машиностроении.The objective of the invention is that, using the principles of operation of synchronous electric machines with permanent magnet rotors and synchronous active multi-pole cylindrical couplings with an asterisk magnet, create a device for converting mechanical energy parameters - a gear-multiplier for practical use in mechanical engineering.
Поставленная задача решается тем, что синхронные активные магнитные редукторы-мультипликаторы Узякова с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися осями содержат установленные на подшипниках два вала - быстроходный и тихоходный, на которых закреплены роторы на постоянных магнитах с явно выраженными полюсами, трехэлементный ферромагнитный магнитопровод - статор, имеющий две цилиндрические не пересекающиеся внутренние поверхности с зубцами и корпус из немагнитного материала. Ротор быстроходного вала имеет четное число полюсов - два и более. Ротор тихоходного вала имеет также четное число полюсов - два и более, в передаточное число раз большее, чем у быстроходного ротора. Внутренняя цилиндрическая поверхность статора, в которую устанавливается быстроходный ротор, имеет число зубцов, кратное трем - по три на каждые два полюса быстроходного ротора, а внутренняя цилиндрическая поверхность статора, в которую устанавливается тихоходный ротор, имеет также число зубцов, кратное трем - по три на каждые два полюса тихоходного ротора. Между роторами и статором имеется основной воздушный зазор минимально возможной величины. Зазор между элементами статора как минимум в десять раз больше, чем основной воздушный зазор. Магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами быстроходного ротора, замыкается с магнитным потоком, создаваемым постоянными магнитами тихоходного ротора через трехэлементный ферромагнитный магнитопровод - статор.The problem is solved in that the synchronous active magnetic gearboxes-multipliers Uzyakov with parallel, intersecting and intersecting axes contain two shafts mounted on bearings - high-speed and low-speed, on which rotors are mounted on permanent magnets with distinct poles, a three-element ferromagnetic magnetic circuit - a stator having two cylindrical non-intersecting internal surfaces with teeth and a housing made of non-magnetic material. The rotor of the high-speed shaft has an even number of poles - two or more. The low-speed shaft rotor also has an even number of poles - two or more, the gear ratio is times greater than that of a high-speed rotor. The inner cylindrical surface of the stator, in which the high-speed rotor is installed, has a number of teeth, a multiple of three - three for every two poles of the high-speed rotor, and the inner cylindrical surface of the stator, in which the slow-moving rotor is installed, also has the number of teeth, a multiple of three - three per every two poles of a low-speed rotor. Between the rotors and the stator there is a main air gap of the smallest possible size. The gap between the stator elements is at least ten times larger than the main air gap. The magnetic flux generated by the permanent magnets of the high-speed rotor closes with the magnetic flux generated by the permanent magnets of the slow-moving rotor through a three-element ferromagnetic magnetic circuit - the stator.
Вращение любого из роторов приводит к появлению вращающегося магнитного поля во внутренних цилиндрических поверхностях статора с зубцами. Второй ротор при этом синхронно поворачивается таким образом, чтобы угол рассогласования его полюсов и магнитного поля в зубцах статора был минимальным. При приложении момента сопротивления возникает рассогласование осей полюсов роторов и магнитного поля статора, изменение магнитной проводимости воздушных зазоров и перераспределение магнитных потоков в них. В результате чего возникают касательные силы, стремящиеся уменьшить угол рассогласования. Результирующий момент касательных сил в воздушных зазорах всех полюсов роторов, изобретения аналогичен моменту синхронной активной многополюсной цилиндрической муфты с магнитом «звездочка», будет больше, чем момент, возникающий при замыкании магнитного потока через один-два ферромагнитных зубца, как в большинстве известных магнитных редукторах, благодаря чему передаваемые вращающие моменты будут больше при одинаковых габаритно-весовых показателях.The rotation of any of the rotors leads to the appearance of a rotating magnetic field in the inner cylindrical surfaces of the stator with teeth. The second rotor at the same time rotates so that the angle of mismatch of its poles and magnetic field in the teeth of the stator is minimal. When the resistance moment is applied, there is a mismatch of the rotor axis and stator magnetic field, a change in the magnetic conductivity of the air gaps and a redistribution of magnetic fluxes in them. As a result, tangential forces arise that tend to reduce the angle of mismatch. The resulting tangential moment in the air gaps of all the rotor poles, the invention is similar to the moment of a synchronous active multi-pole cylindrical coupling with an asterisk magnet, will be greater than the moment that occurs when the magnetic flux closes through one or two ferromagnetic teeth, as in most known magnetic gears, thanks to which the transmitted torques will be greater at the same overall weight and weight indicators.
Элементы магнитопровода могут быть плоскими, а могут иметь изгиб как в одной плоскости, так и в двух плоскостях. Поэтому синхронные активные магнитные редукторы-мультипликаторы Узякова в зависимости от формы элементов статора могут быть выполнены по следующим схемам:The elements of the magnetic circuit can be flat, and can have a bend both in one plane and in two planes. Therefore, synchronous active magnetic gearboxes-multipliers Uzyakova depending on the shape of the stator elements can be performed according to the following schemes:
- с параллельными осями - «цилиндрический» редуктор-мультипликатор;- with parallel axes - a "cylindrical" gear-multiplier;
- с пересекающимися осями - «конический» редуктор-мультипликатор;- with intersecting axes - a “bevel” gear-multiplier;
- с перекрещивающимися осями - «винтовой» редуктор-мультипликатор.- with intersecting axes - a "helical" gear-multiplier.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема синхронного активного магнитного редуктора-мультипликатора Узякова с параллельными осями (корпус не показан), а на фиг. 2 представлены схемы сечений А-А и Б-Б (корпус не показан).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic diagram of a synchronous active magnetic reducer-multiplier Uzyakov with parallel axes (the housing is not shown), and in FIG. 2 shows a diagram of sections A-A and B-B (case not shown).
Представленная на фиг. 1 и 2 схема изобретения состоит из следующих основных элементов: быстроходного явнополюсного ротора 1, установленного на быстроходном валу 6, содержащего две пары полюсов, тихоходного явнополюсного ротора 2, установленного на тихоходном валу 7, содержащего четыре пары полюсов, и статора, имеющего две внутренние цилиндрические не пересекающиеся поверхности, состоящего из трех ферромагнитных магнитопроводов 3, 4 и 5 (выделены различной штриховкой), между которыми имеется значительный осевой зазор (заполненный немагнитным материалом, не показан). Каждый ферромагнитный магнитопровод имеет со стороны быстроходного ротора зубцы, число которых равно числу пар полюсов быстроходного ротора (для представленной схемы два), а со стороны тихоходного ротора зубцы, число которых равно числу пар полюсов тихоходного ротора (для представленной схемы четыре). В-В - линия изгиба элементов статора для «конической» и «винтовой» схем.Presented in FIG. 1 and 2, the scheme of the invention consists of the following main elements: a high-speed
Синхронный активный магнитный редуктор-мультипликатор Узякова работает следующим образом. В исходном положении (для представленной на фиг. 1 и 2 схемы) полюса «S» быстроходного ротора взаимодействуют с полюсами «N» тихоходного ротора через элемент статора 3. А полюса «N» быстроходного ротора взаимодействуют с полюсами «S» тихоходного ротора через элементы статора 4 и 5. При повороте быстроходного ротора по часовой стрелке на половину зубцового деления для представленной схемы на угол 30° полюса «S» быстроходного ротора будут взаимодействовать с тихоходным ротором через элементы статора 3 и 4. А полюса «N» быстроходного ротора будут взаимодействовать с тихоходным ротором через элемент статора 5. При этом тихоходный ротор повернется по часовой стрелке на половину зубцового деления для представленной схемы на угол 15°. Таким образом, отношение углов поворота роторов и угловых скоростей (для представленной на фиг. 1 и 2 схемы) передаточное отношение i=2.Synchronous active magnetic gearbox-multiplier Uzyakova works as follows. In the initial position (for the circuit shown in Figs. 1 and 2), the poles “S” of the high-speed rotor interact with the poles “N” of the low-speed rotor through the
Если ведущим звеном будет тихоходный ротор, мы получаем мультипликатор (для представленной на фиг. 1 и 2 схемы с передаточным отношением i=0,5).If the leading link is a slow-moving rotor, we get a multiplier (for the scheme shown in Fig. 1 and 2 with a gear ratio i = 0.5).
Трехэлементный статор, внутренние цилиндрические поверхности которого, обращенные к роторам, имеющие число зубцов, кратное трем - по три на каждые два полюса ротора, обеспечивает плавное, направленное вращение магнитного поля (как в трехфазном электродвигателе) и одновременное сцепление через статор магнитных потоков всех полюсов быстроходного и тихоходного ротора.A three-element stator, whose inner cylindrical surfaces facing the rotors, having a number of teeth, a multiple of three - three for every two poles of the rotor, provides smooth, directional rotation of the magnetic field (as in a three-phase electric motor) and simultaneous coupling through the stator of magnetic fluxes of all poles of the high-speed and low-speed rotor.
Потери мощности предложенного магнитного редуктора-мультипликатора определяются как сумма потерь мощности в подшипниках и в статоре от перемагничивания и от вихревых токов, для снижения последних статор изготавливается методом порошковой металлургии, так как столь сложную геометрическую форму трудно изготовить шихтованной.The power losses of the proposed magnetic reducer-multiplier are defined as the sum of the power losses in the bearings and in the stator due to magnetization reversal and eddy currents, in order to reduce the latter, the stator is made by powder metallurgy, since such a complex geometric shape is difficult to make laden.
Компьютерное моделирование в программах комплексного моделирования электромагнитного поля методом конечных элементов «FEMM 4.2» и «ansoft maxwell 16» показало работоспособность и высокую эффективность изобретения.Computer modeling in the programs of complex modeling of the electromagnetic field by the finite element method "FEMM 4.2" and "ansoft maxwell 16" showed the efficiency and high efficiency of the invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015113668/07A RU2579756C2 (en) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | Uzyakov(s synchronous magnetic reducing multiplier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015113668/07A RU2579756C2 (en) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | Uzyakov(s synchronous magnetic reducing multiplier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015113668A RU2015113668A (en) | 2015-08-27 |
RU2579756C2 true RU2579756C2 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=54015483
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015113668/07A RU2579756C2 (en) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | Uzyakov(s synchronous magnetic reducing multiplier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2579756C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654656C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Stator magnetic gearbox of uzyakov with inside gearing |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2629003C2 (en) * | 2015-09-16 | 2017-08-24 | Рафаэль Наильевич Узяков | Uzyakov's synchronous reactive magnetic gearbox-multiplier |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU268811A1 (en) * | Л. Борисов, Л. Периков , В. В. Яропольский | NON-CONTACT MAGNETIC CLUTCH REDUCER | ||
SU748067A1 (en) * | 1978-05-04 | 1980-07-15 | Северо-Западный Заочный Политехнический Институт | Contact-free magnetic reduction gear |
RU122459U1 (en) * | 2012-07-04 | 2012-11-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") | MAGNETIC TRANSMISSION |
RU123263U1 (en) * | 2012-07-03 | 2012-12-20 | Дмитрий Владимирович Шабанов | MAGNETIC TRANSMISSION |
US20130320795A1 (en) * | 2011-02-21 | 2013-12-05 | Hitachi, Ltd. | Magnetic Gear Mechanism |
-
2015
- 2015-04-13 RU RU2015113668/07A patent/RU2579756C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU268811A1 (en) * | Л. Борисов, Л. Периков , В. В. Яропольский | NON-CONTACT MAGNETIC CLUTCH REDUCER | ||
SU748067A1 (en) * | 1978-05-04 | 1980-07-15 | Северо-Западный Заочный Политехнический Институт | Contact-free magnetic reduction gear |
US20130320795A1 (en) * | 2011-02-21 | 2013-12-05 | Hitachi, Ltd. | Magnetic Gear Mechanism |
RU123263U1 (en) * | 2012-07-03 | 2012-12-20 | Дмитрий Владимирович Шабанов | MAGNETIC TRANSMISSION |
RU122459U1 (en) * | 2012-07-04 | 2012-11-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") | MAGNETIC TRANSMISSION |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654656C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Stator magnetic gearbox of uzyakov with inside gearing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015113668A (en) | 2015-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2014128985A1 (en) | Magnetic wave gear device | |
Niguchi et al. | Transmission torque analysis of a novel magnetic planetary gear employing 3-D FEM | |
US11682945B2 (en) | High torque density electric motor/generator with rolling element | |
Acharya et al. | A low torque ripple flux focusing axial magnetic gear | |
RU2579443C2 (en) | Uzyakov(s coaxial magnetic reducing multiplier | |
US20160156254A1 (en) | Progressive magnetic rotation motor | |
RU2579756C2 (en) | Uzyakov(s synchronous magnetic reducing multiplier | |
US8210980B2 (en) | Orbital magnetic speed change | |
US10224798B2 (en) | Magnetic spiral bevel gear | |
JP2008029194A (en) | Stepping motor | |
RU2629003C2 (en) | Uzyakov's synchronous reactive magnetic gearbox-multiplier | |
RU2654656C1 (en) | Stator magnetic gearbox of uzyakov with inside gearing | |
Zaytoon et al. | Cogging torque reduction of axial magnetic gearbox using pole pairing technique | |
RU2412519C1 (en) | Reluctance machine | |
Afsari et al. | Cogging torque minimization in double sided axial flux magnetic gear | |
RU2543522C2 (en) | Mechatronic device | |
CA2935747A1 (en) | Permanent magnetic motor | |
RU2699238C1 (en) | Planetary magnetic reducer | |
JP2013106401A (en) | Magnetic speed reduction mechanism and low-speed rotor magnetic speed reduction rotation control method | |
KR101338144B1 (en) | Linear Electric Machine Structure | |
RU203894U1 (en) | Sturov electric machine with external and internal stators, rotation of rotors coaxial with the stators in opposite directions | |
RU2629004C2 (en) | Uzyakov's stator magnetic coupling | |
Ando et al. | Development of magnetic harmonic gear with stackable structure | |
JP2013027152A (en) | Magnetic flux converter | |
RU2392723C1 (en) | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170414 |