RU2594757C1 - Электромагнитный редуктор - Google Patents
Электромагнитный редуктор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594757C1 RU2594757C1 RU2015112915/07A RU2015112915A RU2594757C1 RU 2594757 C1 RU2594757 C1 RU 2594757C1 RU 2015112915/07 A RU2015112915/07 A RU 2015112915/07A RU 2015112915 A RU2015112915 A RU 2015112915A RU 2594757 C1 RU2594757 C1 RU 2594757C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- teeth
- rotors
- voltage source
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным электромагнитным редукторам. Электромагнитный редуктор содержит корпус с установленными в нем статором с многофазной обмоткой, подключенной к источнику напряжения регулируемой частоты, с первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах, соответственно. Первый ротор, расположенный коаксиально со статором и жестко связанный с концом входного вала, выполнен в виде беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного материала, образуют зубцы этого ротора. Второй ротор, расположенный внутри первого ротора, выполнен в виде зубчатого магнитопровода с числом зубцов, равным разности между числом зубцов первого ротора и числом пар полюсов статора z2=(z1-p1). Обмотки возбуждения установлены на щитах редуктора и подключены к источнику постоянного напряжения с возможностью создания однонаправленных магнитных потоков в статоре и роторах. Статор, зубцы первого и второго роторов выполнены шихтованными из ферромагнитной тонколистовой стали. Технический результат состоит в увеличении передаваемой мощности при сохранении возможности регулирования коэффициента редукции. 2 ил.
Description
Изобретение относится к общему машиностроению, к электротехнике, к электромагнитным механизмам, а конкретно к бесконтактным электромагнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства с регулируемым передаточным отношением в механических системах с большим ресурсом работы в условиях отсутствия смазки.
Известен двухступенчатый редуктор, являющийся мультипликатором (статья Дергачев П.А., Кирюхин В.П., Кулаев Ю.В., Курбатов П.А., Молоканов О.Н. «Анализ двухступенчатого магнитного мультипликатора», ж. «Электротехника», №5, 2012 г., с. 39-45), имеющий три вращающихся ротора, внешний статор и внутреннее модулирующее кольцо, наружный ротор и наружные магниты промежуточного ротора образуют первую ступень мультипликатора. Второй (промежуточный) ротор имеет радиально намагниченные магниты на наружной и внутренней сторонах. Статор, наружный ротор и наружные магниты промежуточного ротора образуют первую ступень мультипликатора. Третий (внутренний) ротор жестко связан с выходным валом. Внутренние магниты промежуточного ротора, вторая беличья клетка и внутренний ротор образуют вторую (выходную) ступень мультипликатора. Недостатком этого магнитного редуктора является большое число ступеней. Магнитная система содержит четыре воздушных зазора. Современные высокоэнергетические постоянные магниты из редкоземельных элементов имеют высокую стоимость. Гармоники магнитного поля во втором воздушном зазоре, взаимодействуя с наружными магнитами, создают переменные электромагнитные моменты - источник вибрации и шума. Существенным недостатком мультипликатора является отсутствие возможности регулирования частоты вращения выходного вала в широких пределах.
Наиболее близким к заявляемому устройству является электромагнитный редуктор (патент RU №2529422 Н02K 16/00, Н02K 51/00), содержащий корпус с установленными в нем статором с многофазной обмоткой, подключенной к источнику напряжения, а также первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах, соответственно, причем обмотка статора подключена к источнику напряжения через регулируемый преобразователь частоты и размещена в пазах внутренней поверхности статора с образованием полюсов, при этом первый ротор, расположенный коаксиально со статором и жестко связанный с концом входного вала, выполнен в виде беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного материала, образуют зубцы этого ротора, а второй ротор, расположенный внутри первого, выполнен в виде зубчатого магнитопровода с числом зубцов z2, равным z2=(z1-p1), где z1 - число зубцов первого ротора; p1 - число пар полюсов обмотки статора; причем статор, зубцы первого ротора и второй ротор выполнены шихтованными из ферромагнитной тонколистовой стали.
Недостатком этого электромагнитного редуктора является малая нагрузочная способность в установившемся и динамическом режиме работы при сохранении регулируемого коэффициента редукции. Такое устройство менее надежно.
Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи создания несложной и недорогой конструкции электромагнитного редуктора, который может использоваться в качестве мультипликатора, с регулируемым коэффициентом редукции.
Техническим результатом заявляемого устройства является увеличение передаваемой мощности в установившемся и динамическом режиме при сохранении возможности регулирования коэффициента редукции.
Этот технический результат достигается тем, что в электромагнитном редукторе, содержащим корпус с установленными в нем статором с многофазной обмоткой, подключенной к источнику напряжения регулируемой частоты, а также первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах, соответственно, причем первый ротор, расположенный коаксиально со статором и жестко связанный с концом входного вала, выполнен в виде беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного материала, образуют зубцы этого ротора, а второй ротор, расположенный внутри первого, выполнен в виде зубчатого магнитопровода, а на щитах редуктора установлены дополнительные обмотки возбуждения, подключенные к источнику постоянного напряжения с возможностью создания однонаправленных магнитных потоков в статоре и роторах, а второй ротор выполнен с числом зубцов, равным разности между числом зубцов первого ротора и числом пар полюсов статора z2=(z1-p1), причем, статор, зубцы первого и второго роторов, выполнены шихтованными из ферромагнитной тонколистовой стали.
На рис. 1 и рис. 2 представлена принципиальная конструктивная схема заявляемого электромагнитного редуктора.
В электромагнитном редукторе входной вал 1 установлен с возможностью вращения в щите 2 корпуса 3. Неподвижно установленный в корпусе 3 статор 4 выполнен из шихтованных листов электротехнической холоднокатаной стали с пазами на его внутренней поверхности. В пазах статора 4 расположена многофазная обмотка 16, образующая пары полюсов статора, число которых равно р1. Обмотка 16 подсоединена к регулируемому преобразователю частоты 15. Коаксиально статору установлен жестко связанный с концом входного вала 1 с возможностью вращения вместе с ним в подшипниках первый ротор 5. Ротор 5 выполнен в виде беличьей клетки, магнитно и гальванически изолированные между собой стержни которой выполнены из шихтованных тонких ферромагнитных прямоугольных пластин электротехнической стали и имеют форму прямоугольной призмы, причем стержни закреплены в кольцах 6 и 7 из немагнитного материала. Эти стержни образуют зубцы ротора 5, число которых равно z1. Безобмоточный зубчатый внутренний по отношению к ротору 5 второй ротор 6 с числом зубцов z2=(z1-p1) выполнен из шихтованной электротехнической стали, жестко установлен на выходном валу 9, вращающемся в подшипнике щита 10 корпуса 3 и подшипнике, установленном в кольце 6. На щитах 2 и 10 установлены обмотки возбуждения 11 и 12, подключенные параллельно к источнику постоянного напряжения 17 с возможностью создания однонаправленных магнитных потоков в статоре 4 и роторах 5 и 8.
Электромагнитный редуктор работает следующим образом. На выводы обмотки 16 статора 3 подают напряжение от регулируемого преобразователя частоты 15. Образующееся при этом магнитное поле статора взаимодействует с внешней стороной ротора 5, то есть с z1 ферромагнитными стержнями, образуя с внутренней стороны ротора 5 магнитное поле с числом пар полюсов, равным разности (z1-р1). Одновременно на выводы обмоток 11 и 12 подают постоянный ток от источника постоянного напряжения 17. В результате дополнительно возникают магнитные потоки, протекающие по замкнутому пути через статор 4, роторы 5, 8, которые замыкаются через корпус 3, подшипниковые щиты 2, 10 и вал 9. Причем через статор 4 и роторы 5, 8 магнитные потоки протекают в одном направлении. Суммарное магнитное поле от обмоток - статора 4 и обмоток возбуждения 11 и 12, создают малополюсное магнитное поле в зазоре между роторами 5, 8, которое взаимодействует с зубцами второго ротора 8, число их равно z2=(z1-p1). Происходит синхронное вращение ротора 8 с магнитным полем.
Если подаваемое напряжение от источника 15 частотой ω=0 (магнитное поле постоянное), то при вращении входного вала 1 со скоростью Ω1, угловая скорость Ω2 выходного вала 9 будет пропорциональна коэффициенту редукции i.
Если угловая скорость входного вала 1 равна нулю Ω1=0 и подаваемое напряжение частотой ω>0, магнитное поле статора вращается с угловой скоростью
(знак минус реализуется преобразователем 15 при смене следования фаз) и взаимодействует с внешней стороны ферромагнитного ротора 5. С внутренней стороны ротора 5 образуется магнитное поле с числом пар полюсов, равным разности (z1-р1). Это малополюсное магнитное поле взаимодействует с зубцами z2=(z1-p1) второго ротора 8, при этом угловая скорость Ω2.
Если задана угловая скорость Ω1 входного вала 1 и частота питающего напряжения статора 3 ω>0, то угловая скорость Ω2 выходного вала 5 зависит от частоты ω и угловой скорости Ω1 входного вала 1 согласно формуле:
В этом случае второй ротор 8 с выходным валом 9 синхронно вращается со скоростью Ω2. Скорость вращения выходного вала Ω2 прямо пропорциональна скорости вращения входного вала Ω1 и угловой частоте ω напряжения статора 4. Для изменения (регулирования) коэффициента редукции плавно или ступенчато, необходимо плавно или ступенчато менять частоту ω питающего напряжения статора 4.
В заявляемой конструкции электромагнитные моменты роторов 5 и 8 создаются не только за счет роторов с помощью обмоток возбуждения 11 и 12, расположенных на подшипниковых щитах 2 и 10 и обтекаемых постоянным током. Этот поток будет иметь z2 пар полюсов во внутреннем воздушном зазоре между роторами 5, 8 и р1 пар полюсов (благодаря ферромагнитной беличьей клетке) во внешнем зазоре между ротором 5 и обмоткой статора 4. В результате, на роторы редуктора будут воздействовать, кроме реактивных моментов, активные моменты, которые обычно в несколько раз больше реактивных моментов. Сумма моментов при этом существенно увеличивает нагрузочную способность редуктора при сохранении возможности регулирования передаточного отношения редуктора.
Такой электромагнитный редуктор отличается упрощенной конструкцией за счет выполнения безобмоточных роторов, одного статора с одной многофазной, например, трехфазной обмоткой, и двух обмоток постоянного тока. Применение многофазной обмотки на статоре позволяет создать трансмиссионное бесступенчатое устройство с плавно регулируемым коэффициентом редукции. При этом заявляемый редуктор обладает более высоким удельным моментом, а следовательно, большей передаваемой мощностью в установившемся и динамическом режимах, плавным изменением частоты вращения выходного вала редуктора по отношению к частоте вращения входного вала (если менять частоту напряжения статора), простотой и удобством эксплуатации, отсутствием постоянных магнитов. Ток возбуждения обмоток постоянного тока может быть, в случае необходимости, кратковременно увеличен для предотвращения аварийных ситуаций (опрокидывания) редуктора при несанкционированном росте внешних механических моментов на его валах.
Редуктор может найти применение в различных транспортных системах, в ветроэнергетике в качестве мультипликатора. Ветроколеса в рабочем режиме имеют относительно небольшую скорость вращения. Для снижения массы электрогенераторов, приводимых во вращение ветроколесами через редуктор, необходим мультипликатор, который позволит использовать сравнительно легкие быстроходные электрогенераторы. Есть возможность создать систему автоматического поддержания выходных параметров электрогенератора за счет плавного регулирования коэффициента редукции в функции входной скорости и кратковременного увеличения тока возбуждения.
Claims (1)
- Электромагнитный редуктор, содержащий корпус с установленными в нем статором с многофазной обмоткой, подключенной к источнику напряжения регулируемой частоты, а также первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах, соответственно, при этом первый ротор, расположенный коаксиально со статором и жестко связанный с концом входного вала, выполнен в виде беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного материала, образуют зубцы этого ротора, а второй ротор, расположенный внутри первого, выполнен в виде зубчатого магнитопровода, с числом зубцов, равным разности между числом зубцов первого ротора и числом пар полюсов статора z2=(z1-p1), причем статор, зубцы первого и второго роторов выполнены шихтованными из ферромагнитной тонколистовой стали, отличающийся тем, что на щитах редуктора установлены дополнительные обмотки возбуждения, подключенные к источнику постоянного напряжения с возможностью создания однонаправленных магнитных потоков в статоре и роторах.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112915/07A RU2594757C1 (ru) | 2015-04-08 | 2015-04-08 | Электромагнитный редуктор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112915/07A RU2594757C1 (ru) | 2015-04-08 | 2015-04-08 | Электромагнитный редуктор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2594757C1 true RU2594757C1 (ru) | 2016-08-20 |
Family
ID=56697490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015112915/07A RU2594757C1 (ru) | 2015-04-08 | 2015-04-08 | Электромагнитный редуктор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2594757C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106452008A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-02-22 | 大连交通大学 | 基于笼型转子的同心式永磁齿轮传动装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447569C1 (ru) * | 2010-10-19 | 2012-04-10 | Леонид Борисович Куликов | Электромеханический вариатор |
GB2493484A (en) * | 2008-06-03 | 2013-02-06 | Magnomatics Ltd | Magnetic gear |
RU2013101717A (ru) * | 2013-01-14 | 2014-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Механотроника" | Магнитный редуктор |
RU2529422C1 (ru) * | 2013-05-29 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Электромагнитный редуктор |
-
2015
- 2015-04-08 RU RU2015112915/07A patent/RU2594757C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2493484A (en) * | 2008-06-03 | 2013-02-06 | Magnomatics Ltd | Magnetic gear |
RU2447569C1 (ru) * | 2010-10-19 | 2012-04-10 | Леонид Борисович Куликов | Электромеханический вариатор |
RU2013101717A (ru) * | 2013-01-14 | 2014-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Механотроника" | Магнитный редуктор |
RU2529422C1 (ru) * | 2013-05-29 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Электромагнитный редуктор |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106452008A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-02-22 | 大连交通大学 | 基于笼型转子的同心式永磁齿轮传动装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9397543B2 (en) | Electrical machine | |
RU2529422C1 (ru) | Электромагнитный редуктор | |
Padmanathan et al. | A continuously variable magnetic gear | |
Niguchi et al. | Magnetic-geared motors with high transmission torque density | |
RU2590915C1 (ru) | Редуктор электромагнитный | |
RU2390086C1 (ru) | Бесконтактная редукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением | |
RU2594757C1 (ru) | Электромагнитный редуктор | |
US11271467B2 (en) | Coaxial double-rotor variable-speed electromagnetic drive | |
RU2583846C1 (ru) | Электромагнитный редуктор | |
RU2437202C1 (ru) | Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением | |
KR101854723B1 (ko) | 이중 여자 마그네틱 기어드 전동기 | |
RU2407135C2 (ru) | Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина | |
Mateev et al. | Torque transmission characteristics of a coaxial magnetic gear | |
RU2630482C1 (ru) | Электромагнитный редуктор | |
Afanas’ ev | An electric-machine–magnetic-reducer combination set | |
RU2526540C1 (ru) | Электромагнитный редуктор | |
RU2412519C1 (ru) | Реактивная машина | |
RU2437200C1 (ru) | Бесконтактная редукторная машина с аксиальным возбуждением | |
Fang et al. | Analysis and reduction of cogging torque for magnetic-gear PMSG used in wave energy conversion | |
RU2392723C1 (ru) | Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором | |
RU2417505C1 (ru) | Электродвигатель горнорудной мельницы системы прямого привода | |
RU2416858C1 (ru) | Электрическая редукторная машина с явнополюсным якорем | |
Khan et al. | Flux angle mapping coaxial magnetic gears for high gear ratios | |
RU2407134C2 (ru) | Бесконтактная редукторная электрическая машина с электромагнитным возбуждением | |
RU2416860C1 (ru) | Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с явнополюсным якорем |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190409 |