В данной статье я расскажу о магнитном редукторе, разработанном нами. Данный редуктор планируется использовать в связке с бесколлекторным мотором. В статье будет рассказано о возможной области применения данного редуктора, о его плюсах и минусах по сравнению с обычными редукторами.
Введение
Бесколлекторные электродвигатели (BLDC) обладают крайне высокой мощностью при минимальном размере. Это достигается благодаря мощным редкоземельным магнитам. При создании мотора в маленьком форм-факторе, такие двигатели не имеют конкуренции.
Однако, несмотря на высокую мощность, небольшой размер мотора накладывает на него множество ограничений таких как: небольшой момент, высокие рабочие обороты, маленькая площадь охлаждения. Данные ограничения не позволяют использовать весь потенциал мотора. Так, например, мотор форм-фактора 540 (D=36мм L=54мм) способен выдавать мощность свыше киловатта с достаточно хорошим КПД, но это возможно только при очень высоких оборотах, когда эту мощность снять с мотора становится достаточно сложно. В номинальном режиме такой мотор без принудительного обдува может выдавать 200-400ватт.
Основным направлением нашего коллектива MotoChrome является проектирование и создание бесколлекторных моторов. При проектировании мотора для одного из заказчиков мы как раз столкнулись с проблемами описанными выше. Заказчику был нужен мотор небольшим диаметром, но при этом достаточно высоким моментом и КПД. Чтобы соблюсти требования мотор получился длиной почти полметра при диаметре в 40мм. Мотор получился достаточно дорогим и очень сложным в сборке. При этом, для достижения тех же мощностных параметров, можно сделать мотор в 3 раза меньше, но с использованием редуктора. И в итоге выбран был именно этот вариант.
Видео:Принцип работы редуктора. Виды редукторов. Курсовая.Скачать
Использование редуктора кажется хорошим решением. Но с ним возникает множество других проблем, что не позволяет применять их полноценно во всех моторах.
- дополнительный узел, имеющий вероятность поломки, и ограниченный ресурс работы
- увеличение габаритных размеров;
- повышенная шумность, что может быть критичным в работе подводных устройств;
- большинство механических редукторов имеют ограничения по передаваемому крутящему моменту и скорости вала на входном валу редуктора, что в свою очередь накладывает дополнительные ограничения/требования к электромотору.
Подбирая редуктор мы упёрлись в две основные проблемы. 1) Чтобы редуктор смог реализовать весь потенциал бесколлекторного мотора, он должен быть размером сравнимым с размером мотора. С ним мотор перестаёт быть компактным. 2) Большинство механических редукторов не способны работать на высоких оборота (>15000 RPM), а нам интересны именно высокие обороты. Только 1…2 компании согласились взять заказ на требуемый редуктор и поставить его через 3 месяца после получения оплаты. Какова будет его надежность и стойкость нам еще предстоит выяснить, однако трудности, связанные с поиском нужного редуктора, заставили нас думать над этой проблемой дальше.
Неплохим вариантом, с нашей точки зрения, оказался магнитный редуктор. Они пока не получили широкого применения и про них достаточно мало информации, поэтому мы решили поглубже разобраться в данном вопросе и сделать редуктор самостоятельно. Это нам позволит отработать подход к его моделированию и позволит в будущем рассчитывать его параметры.
Магнитный редуктор
Магнитный редуктор мы решили делать по распространённой схеме, которая представляет собой аналог планетарного редуктора. Магниты в центре являются «солнечной шестерней», магниты снаружи — «зубчатый венец (эпицикл)», между ними зубцы из магнитомягкого материала выполняют роль «водила».
Такая конструкция обладает максимальным моментом удержания в минимальном объёме и она хорошо подходит под нашу задачу. В результате нами был спроектирован и изготовлен следующий образец.
Видео:Принцип работы газового редуктора ГБО. Газовый редуктор Atiker VR 02Скачать
Диаметр данного образца 36мм. Входная часть редуктора выполнена по стандарту NEMA 17. Вместо выходного вала мы сделали универсальную планшайбу, позволяющую прикреплять к ней различную нагрузку в опытных работах, тестах и экспериментах, а при необходимости и установить вал, благодаря базовому посадочному отверстию в центре планшайбы. К слову сказать, концепцию универсальных креплений мы применили и в нашем моторе «Electron», который мы готовим к серийному производству и продажи на территории РФ (о нем мы напишем отдельную статью).
Параметры получившегося редуктора оказались достаточно близки к расчётным. Он обладает понижением 1:10 и способен удержать на выходном валу момент 0.53Нм при статической нагрузке. Это достаточно хороший показатель для таких габаритов. Для сравнения, мотор в тех же габаритах выдаст такой момент с КПД ниже 50%, а система с данным редуктором будет обладать КПД 80%.
Читайте также: Субару редуктор своими руками
Кроме того, редуктор получился очень плавным и тихим. В нём абсолютно не ощущаются какие-либо рывки при вращении, момент передаётся очень мягко. Данное свойство определило название, данное нами редуктору — «Smoother».
Электромагнитный редуктор принцип работы
Изобретение относится к машиностроению, 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, содержащий статор, роторы быстрого и медленного вращения, ротор медленного вращения и статор имеют чередующиеся диски, диски статора имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, ротор быстрого вращения представляет собой индуктор с постоянными магнитами, имеющими вид секторов и намагниченными аксиально с чередующейся полярностью, между ротором быстрого вращения и диском ротора медленного вращения располагается диск статора, ферромагнитные элементы статора выполнены из электротехнической стали шихтованными, а магнитопровод статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам редуктора, причем магнитопровод, дальний от ротора быстрого вращения, имеет зубцы на поверхности, обращенной к диску ротора медленного вращения, диски ротора медленного вращения выполнены из магнитотвердого материала с аксиально намагниченными секторами чередующихся полярностей, при этом клиновидные выступы зубцов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также намагниченные сектора дисков ротора имеют свои одинаковые угловые размеры и положения, причем количества секторов на диске статора zc и намагниченных секторов на диске ротора zp связаны равенством zp=zc±p, где p — число пар полюсов ротора быстрого вращения (RU 2594018, H02K 51/00, F16D 27/01, опубл. 10.08.2016).
Видео:Червячные редукторы. Применения червячных редукторов и как правильно их подобратьСкачать
Его принцип работы основан на использовании многоступенчатого принципа преобразования момента через чередующие ферромагнитные сегменты. Однако следует выделить, что такой редуктор имеет высокие массогабаритные показатели при реализации многоступенчатой трансформации через последовательные ферромагнтитные модуляторы в силу отсутствия постоянных магнитов между модуляторами.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в снижении массогабаритных показателей за счет обеспечения модуляций магнитного поля, создаваемых быстроходным ротором с постоянными магнитами и ферромагнитными сегментами.
Указанный технический результат достигается тем, что в магнитном редукторе, содержащем расположенные соосно в корпусе быстроходный входной и тихоходный выходной валы, при этом на быстроходном входном валу неподвижно закреплен первый диск, несущий аксиально расположенные постоянные магниты, напротив которого расположен неподвижно смонтированные ферромагнитные элементы, с другой стороны которого расположен второй диск, несущий постоянные магниты и который, связан жестко с тихоходным выходным валом, между ферромагнитными элементами со стороны быстроходного входного вала и вторым диском, несущим постоянные магниты и связанным с тихоходным выходным валом, последовательно расположен дополнительный диск, несущий постоянные магниты и установленный с возможностью свободного вращения на подшипниковой опоре в корпусе, и дополнительные ферромагнитные элементы, неподвижно прикрепленные к корпусу, при этом все ферромагнитные элементы расположены по окружности на расстоянии друг от друга, а число постоянных магнитов кратно числу рядом расположенных ферромагнитных элементов.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
Сущность предложенного устройства поясняется чертежами, где
на фиг. 1 — продольный разрез редуктора магнитного;
Видео:Электромагнитный клапан CO2 WYIN, 12 вольт (установка на редуктор/игольчатый клапан)Скачать
фиг. 2 — аксонометрическая модель редуктора магнитного;
фиг. 3 — картина распределения плотности магнитного поля магнитного редуктора.
Согласно настоящему изобретению рассматривается конструкция устройства — магнитного редуктора с высоким передаточным отношением, а именно бесконтактного магнитного преобразователя, который может быть использован в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках.
В общем случае, магнитный редуктор с высоким передаточным отношением содержит корпус 1, в котором быстроходный входной 2 и тихоходный выходной 3 валы расположены соосно. При этом на быстроходном входном валу 2 неподвижно закреплен первый диск 4, несущий аксиально расположенные постоянные магниты. Напротив этого диска расположены по окружности на расстоянии друг от друга ферромагнитные элементы 5, с другой стороны которых расположен дополнительный диск 6, несущий постоянные магниты и установленный с возможностью свободного вращения на подшипниковой опоре 7 в корпусе. За этим диском 6 расположены по окружности на расстоянии друг от друга ферромагнитные элементы 8, неподвижно прикрепленные к корпусу. А за ферромагнитными элементами 8 расположен второй диск 9, несущий постоянные магниты, и который связан жестко с тихоходным выходным валом 3. Все элементы редуктора смонтированы вдоль оси валов 2 и 3, создавая компактную конструкцию. При этом число постоянных магнитов на каждом диске кратно числу рядом расположенных ферромагнитных элементов. Ферромагнитные элементы выполняют функцию ферромагнитных модуляторов, которые генерирует гармоники магнитного поля, которые кратны количеству пар полюсов постоянных магнитов на дисках, что создает условия для трансформации момента.
Читайте также: Прокладки редуктора маз 4370
Суть конструктивного исполнения магнитного редуктора связана с возможностью использования магнитного взаимодействия рядом расположенных элементов. Технический результат достигается применением аксиальным расположением постоянных магнитов. Входной быстроходный вал 2 выполнен с аксиальным расположением постоянных магнитов на закрепленном на нем диске 2. Рядом смонтирован первый ферромагнитный модулятор (расположенные по окружности ферромагнитные элементы 5), который генерирует гармоники магнитного поля, которые взаимодействуют с полем постоянных магнитов не закрепленного промежуточного ротора, выполненного в виде свободно сидящего для вращения диска 6, которые равны разности количества ферромагнитных сегментов и числа пар полюсов постоянных магнитов на быстроходном валу 2. Общая механическая связь свободно вращающегося диска 6 интегрирована с магнитной системой второй ступени трансформации момента. И через второй ферромагнитный модулятор (расположенные по окружности ферромагнитные элементы 8) при взаимодействии с полем постоянных магнитов и тихоходного вала 3 и передает на этот вал низкую скорость. Отметим следующее, наличие подобного варианта расположения ступеней трансформации момента позволяет создавать многоступенчатого редуктора с высоким передаточным отношением.
Постоянные магниты выполнены из высококоэрцитивного магнитотвердого материала. Ферромагнитные элементы имеют наибольшую магнитную восприимчивость и используются в магнитном редукторе. В них атомные магнитные моменты спонтанно коллинеарно самоориентируются, образуя аномально большие магнитные моменты. У лучших современных магнитных материалов энергетическое произведение (В⋅Н)max достигает величины 320 Тл⋅кА/м (40 млн Гс⋅Э), например, у материала с высокой коэрцитивной силой SmCo3 (см., напр., Преображенский А.А., Биширд Е.Г. Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М., 1986; Февралева И.Е. Магнитотвердые материалы и постоянные магниты. К., 1969; Постоянные магниты, Справочник, М., 1971).
Видео:Как работает газовый редуктор в автомобиле? Принцип работы на примере редуктора OMVL СPRСкачать
Магнитный редуктор работает на использовании эффекта магнитной редукции. Суть эффекта магнитной редукции основана на модуляции магнитного поля, создаваемого быстроходным ротором с постоянными магнитами, ферромагнитными элементами (сегментами) тихоходного вала с генерацией гармоник, которые кратны количеству пар полюсов постоянных магнитов на внешнем статоре, что создает условия для трансформации момента. Фиксированное соотношение числа пар полюсов постоянных магнитов быстроходного вала и числа ферромагнитных элементов (сегментов) на тихоходном роторе определяет передаточное отношение. Ферромагнитные элементы (сегменты) тихоходного звена модулируют магнитное поле в воздушном зазоре между быстроходным валом с постоянными магнитами и внешним ротором управления с постоянными магнитами.
Магнитный редуктор работает следующим образом. При вращении быстроходного вала вместе с ним вращается диск с постоянными магнитами, создавая на ферромагнитных элементах 5 магнитную индукцию, приводящую к вращению диска 6. В результате диск 6 поворачиваются так, что места совпадения положений ферромагнитных элементов 5 и диска 6 соответствует полярности дисков и находятся в зоне максимума модуля магнитной индукции. Многократная деформация магнитного поля в зоне дисков позволяет увеличить развиваемый момент и позволяет улучшить массогабаритные показатели за счет соосной компоновки. Магнитный редуктор не имеет механических контактов между подвижными активными частями, бесшумен в работе, имеет большой срок службы, определяемый подшипниками, допускает ударные нагрузки, так как связь между валами осуществляется через магнитное поле.
Читайте также: Редуктор передний ваз 2123 артикул
Работоспособность данного магнитного редуктора и возможность трансформации момента (передаточного отношения) в системе «постоянный магнит-ферромагнитный элемент» подтверждена работами Меньших Олега Федоровича (RU 2309527) на примере модели так называемого ферромагнитовязкого ротатора, представляющего собой из связанных между собой постоянного магнита с однородным или неоднородным магнитным полем между его полюсами и ферромагнитного диска (кольца) с осью вращения, выполненного из ферромагнитного материала с магнитной вязкостью, постоянная релаксации т которой по отношению к периоду Т вращения ферромагнитного диска (кольца) выбрана, например, из условия т
ТХ0/4,4π R, где Х0 — длина магнитного зазора между полюсами постоянного магнита, в который помещен край ферромагнитного диска (кольца) радиуса R, при этом напряженность магнитного поля в зазоре постоянного магнита выбрана насыщающей для материала ферромагнитного диска (кольца).
Согласно полученным аналитическим результатам, вращение достигается благодаря отставанию в динамике вращательного движения ферромагнитного диска (кольца) его магнитного «центра тяжести» размещенной в поле постоянного магнита части ферромагнитного диска (кольца) от центра притяжения постоянного магнита, что создает силу тяготения со стороны постоянного магнита, приложенную к краевой части ферромагнитного диска (кольца), в результате чего возникает вращающий момент, поддерживающий вращательное движение ферромагнитного диска (кольца) с угловой скоростью, определяемой постоянной релаксации магнитной вязкости ферромагнитного материала диска (кольца). В случае однородного магнитного поля в зазоре между полюсами постоянного магнита реализуется так называемый «жесткий режим» самовозбуждения вращательного движения, при котором необходимо принудительно (под действием внешних сил) привести ферромагнитный диск (кольцо) во вращательное движение с необходимой угловой скоростью. В случае неоднородного магнитного поля с заданным градиентом вдоль касательной к краевой части ферромагнитного диска (кольца), находящейся в магнитном зазоре, реализуется так называемый «мягкий режим» самовозбуждения, при котором ферромагнитный диск (кольцо) постоянно испытывает втягивающее усилие со стороны магнитного поля постоянного магнита в направлении градиента напряженности этого поля и поэтому приходит в ускоренное вращательное движение в переходном процессе, доводя угловую скорость вращения до определенной величины, определяемой постоянной релаксации магнитной вязкости выбранного ферромагнитного материала. По мере достижения указанной угловой скорости магнитный «центр тяжести» части ферромагнитного диска (кольца), связанной с магнитным полем постоянного магнита, смещен относительно центра тяготения поля постоянного магнита, и эта величина смещения между указанными центрами определяет постоянно действующий вращающий момент, уравновешиваемый величиной момента трения (нагрузочного момента) в ротаторе, пропорционально возрастающего с увеличением угловой скорости вращения ферромагнитного диска (кольца). Отставание магнитного «центра тяжести» вышеуказанной части ферромагнитного диска (кольца) от центра притяжения магнитного поля постоянного магнита определяется магнитной вязкостью, при которой дифференциальные объемы указанной части ферромагнитного диска (кольца), более длительное время находящиеся в насыщающем магнитном поле постоянного магнита, в большей степени уменьшают свою магнитную восприимчивость, чем дифференциальные объемы, магнитное насыщение в которых еще не наступило. Это создает перераспределение в указанной части ферромагнитного диска (кольца) величин магнитной восприимчивости, градиент которой направлен противоположно к вектору действующей на ферромагнитный диск (кольцо) силы со стороны магнитного поля постоянного магнита.
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено с использованием современных технологий, применяемых в машиностроении.
Видео:Шум и нагрев редуктораСкачать
Магнитный редуктор, содержащий расположенные соосно в корпусе быстроходный входной и тихоходный выходной валы, при этом на быстроходном входном валу неподвижно закреплен первый диск, несущий аксиально расположенные постоянные магниты, напротив которого расположен неподвижно смонтированные ферромагнитные элементы, с другой стороны которого расположен второй диск, несущий постоянные магниты, и который связан жестко с тихоходным выходным валом, отличающийся тем, что между ферромагнитными элементами со стороны быстроходного входного вала и вторым диском, несущим постоянные магниты и связанным с тихоходным выходным валом, последовательно расположен дополнительный диск, несущий постоянные магниты и установленный с возможностью свободного вращения на подшипниковой опоре в корпусе, и дополнительные ферромагнитные элементы, неподвижно прикрепленные к корпусу, при этом все ферромагнитные элементы расположены по окружности на расстоянии друг от друга, а число постоянных магнитов кратно числу рядом расположенных ферромагнитных элементов.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
🔥 Видео
Соленоидные электромагнитные клапаны. Принцип работы, виды.Скачать
Устройство планетарного редуктора. Принцип работы и конструкция редуктора.Скачать
Редуктор. Устройство. Конструкция. Виды и типы редукторовСкачать
Магнитная муфтаСкачать
Газовый редуктор GOK EN 61 DS принцип работыСкачать
Электромагнитный клапан ГБОСкачать
КАК РАБОТАЕТ РЕДУКТОР ОТ МОТОРОЛЛЕРА МУРАВЕЙСкачать
Устройство редуктора шуруповерта .Скачать
Авто глохнет на газу. Клапан редуктора ГБО не работает. Измерение сопротивления катушки.Скачать
подключение электро клапана на редуктореСкачать
Как работает планетарный редуктор? Принцип работы планетарного редуктораСкачать
Почему не выключается газ. Гбо 2.Скачать
Устройство газового редуктора и принципы подачи газа.Скачать
Чистка электромагнитного клапана газа (сердечника) в редукторе Tomasetto Alaska AT-09Скачать
