Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Иллюстрация внутреннего и внешнего роторов шестерен второго порядка с ферромагнитным статором между роторами.
Чертежи патента US687292, показывающие двигатель первого порядка с электромагнитами на одной из шестерен.

Магнитного передач напоминает традиционную механическую передачу в геометрии и функции, с помощью магнитов , а не зубов. Когда два противоположных магнита приближаются друг к другу, они отталкиваются; будучи помещенными на два кольца, магниты будут действовать как зубцы. В отличие от обычного люфта с жестким контактом в прямозубой шестерне, где шестерня может свободно вращаться до контакта со следующей шестерней, магнитная шестерня имеет пружинящий люфт. В результате магнитные шестерни могут оказывать давление независимо от относительного угла. Хотя они и обеспечивают передаточное отношение традиционных шестерен, они работают без касания и невосприимчивы к износу сопрягаемых поверхностей, не имеют шума и могут проскальзывать без повреждений.

Зубчатая передача с магнитной муфтой может использоваться в вакууме без смазки или при работе с герметичными барьерами. Это может быть преимуществом во взрывоопасных или других опасных средах, где утечки представляют реальную опасность.


Дизайн [ править ]

В магнитных зубчатых передачах обычно используются постоянные магниты . Они также могут использовать электромагниты для специальных случаев, в том числе с изменяемым передаточным числом. Магнитную зубчатую муфту можно настроить несколькими способами. Параллельные входные и выходные оси , аналогично цилиндрическим зубчатым колесам, имеют магнитное притяжение или отталкивание между зубцами, например, магниты северного полюса на ведущей шестерне, притягивающие магниты южного полюса ведомой шестерни, или зубцы северного полюса на ведущей шестерне, стремящиеся к центру между севером. шестерни шестерни ведомой. Зубья могут быть взаимно зацеплены для улучшения сцепления. Другая конфигурация - линейные оси.которые используют «магнитную муфту». Стационарный промежуточный ферромагнитный цилиндр допускает передаточное отношение из-за гармонической связи между числом полюсов на входе и на выходе. Эквивалентной механической зубчатой ​​передачи не существует, поскольку две вращающиеся шестерни физически изолированы друг от друга и взаимодействуют только магнитно.

Кроме того, существуют шестерни « циклоидального привода » с передаточным числом, аналогичным планетарным передачам, также называемые « планетарными » или «эксцентрическими» передачами.

Преимущества магнитных передач:

  1. Герметичная механическая муфта
  2. Механическое соединение с защитой от сдвига / перегрузки
  3. Износ ограничивается подшипниками, не соприкасающимися с контактными поверхностями шестерен.
  4. Взаимозаменяемость электронным или механическим способом за считанные минуты, а не часы.

Магнитная передача представляет собой устройство магнитной связи, которое обеспечивает механическое соотношение между двумя устройствами с магнитной связью, такое что:

  1. У них есть отношение вращения или поступательного движения между входом и выходом, которое может быть единицей в случае чисто магнитной муфты или одним из многих передаточных чисел в магнитной коробке передач .
  2. У них есть фактор ограничения крутящего момента или тяги, основанный на силе магнитной муфты.
  3. У них нет физического контакта между основными движущими и ведомыми элементами.

Магнитная передача состоит из магнитов типа постоянных, электромагнитных или других магнитно-индуцированных полей. Он состоит из двух или более элементов, которые обычно вращаются, но могут быть линейными или криволинейными по своей природе.

Классическая передача определяется как соотношение пар полюсов. Где полюсные пары - это магниты NS и SN в природе. Чтобы соотношение было затронуто, должно быть как минимум два элемента. с магнитными полюсными парами.

Такие устройства были изобретены Armstrong, CG, 1901, «Power Transmitting Device», US Pat. № 0,687,292 [1] и дальнейшее развитие с 1940-х годов [2] [3]

Режимы передачи [ править ]

Существует четыре основных режима магнитной передачи.

Устройство первого порядка [ править ]

Определенное соотношение магнитов на одном приводном элементе и одном ведомом элементе, как в обычных шестернях. Шестерни первого порядка могут быть реализованы под углом и через немагнитные барьеры, поскольку для них не требуется соединительный элемент.

Устройство второго порядка [ править ]

Магнитные шестерни второго порядка используют соотношение пар магнитных полюсов между внутренним и внешним магнитными роторами, при этом ротор с меньшим количеством магнитов вращается с большей скоростью, чем ротор с большим количеством магнитов. Промежуточный ферромагнитный полюс «статор» обычно удерживается неподвижно между кольцами, чтобы направлять концентрацию магнитных линий между высокоскоростным ротором и низкоскоростным ротором. Передаточное число между роторами - это количество пар магнитных полюсов на высокоскоростном роторе к количеству пар магнитных полюсов на низкоскоростном роторе. Поскольку количество пар полюсов в два раза больше количества магнитов, на обоих роторах должно быть четное количество магнитов. Ферромагнитный статор допускает два альтернативных режима. Первый использует сумму количества пар полюсов двух роторов как количество ферромагнитных стержней статора,который будет вращать вторичный ротор в направлении, противоположном направлению вращения первичного. Во втором режиме количество частей статора равно разнице между количеством пар полюсов роторов, что приводит в движение вторичный ротор в том же направлении, что и первичный. В таблице ниже показано соотношение между магнитами в роторах, количеством пар, количеством железных стержней статора, передаточным числом и направлением выхода для пары воображаемых двигателей.передаточное число и выходное направление для пары воображаемых двигателей.передаточное число и выходное направление для пары воображаемых двигателей.

Низкоскоростные магнитыНизкоскоростные парыВысокоскоростные магнитыВысокоскоростные парыДетали железного статораПередаточное числоНаправление
20101471710: 7Напротив ввода
2010147310: 7Так же, как вход

Устройство третьего порядка [ править ]

Вращающееся устройство, в котором устройство режима 2 модифицируется, чтобы иметь катушку (катушки) внешнего поля. Внешние катушки создают гармонический поток при питании от многофазного переменного тока, который ведет себя как переменное количество стержней статора, тем самым влияя на переменную передачу или магнитную передачу с переменным передаточным числом. Этот тип передачи потребляет примерно 25% входной мощности, вызывая ток во внешних катушках. Это снижает КПД регулируемого магнитного редуктора ниже 75%, что ниже типичного КПД большинства зубчатых передач. Однако более низкие эксплуатационные расходы и характеристики ограничения крутящего момента могут оказаться подходящими для некоторых приложений.

Устройство четвертого порядка [ править ]

Устройство режима 4 является модификацией устройства режима 3, в котором вход переменной скорости с низким крутящим моментом, механический вход с высоким крутящим моментом и механический выход с высоким крутящим моментом. Как и устройство режима 3, оно потребляет приблизительно 25% энергии для обеспечения входа переменной, однако, если вход переменной удерживается в неподвижном состоянии, устройство функционирует как устройство режима 2. Такое устройство можно назвать умножителем крутящего момента .

Ссылки [ править ]

  1. ^ https://www.google.com/patents/US687292
  2. ^ https://www.google.com/patents/US3382386
  3. ^ https://www.google.com/patents/US7438035
  • Красильников, А.Я. Красильников А.А., 2008, “Расчет силы сдвига высоко коэрцитивных постоянных магнитов в магнитных системах с учетом принадлежности к определенной группе на основе остаточной индукции”, Химическая и нефтяная инженерия, Vol. 44, №№ 7-8, стр. 362-65
  • Фурлани, Е.П., 2001, «Постоянные магниты и электромеханические устройства», Academic Press, Сан-Диего.
  • Лоример, В., Хартман, А., 1997, «Схема намагничивания для усиления связи в магнитных муфтах», IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 33, No. 5, сентябрь 1997 г.
  • Армстронг, К.Г., 1901, «Устройство для передачи энергии», Патент США. № 0,687,292
  • Neuland, AH, 1916, «Аппарат для передачи энергии», Патент США. № 1,171,351
  • Faus, HT, 1940, «Magnet Gearing», пат. № 2,243,555
  • Риз, Джорджия, 1967, «Магнитная зубчатая передача», пат. № 3 301 091
  • Schlaeppi, HP, 1968, «Magnetic Gears», пат . № 3,382,386
  • Лян, Н., 1972, «Магнитная передача», Патент США. № 3,645,650
  • Mabe, Jr., WJ, 1991, «Магнитная передача», Патент США. № 5,013,949
  • Стораасли А.Г., 2016, "Эксцентриковая магнитная зубчатая передача, основанная на отталкивании", Патент США No. Нет 9,337,712
  • Аккерман, Б., Honds, Л., 1997, «Магнитное приводное устройство , содержащее множество магнитно взаимодействующие части , которые подвижны относительно друг друг», патент США. № 5,633,555
  • Яо, Ю., Ли, К., Ван, С., Хуанг, Д., 2000, «Метод проектирования оптимальных двухосных магнитных зубчатых колес и их системы», Патент США № 6,047,456
  • Фурлани, Е.П., 2000, «Аналитический анализ многополюсных цилиндров с магнитной связью», J. Phys. D: Прил. Phys., Vol. 33, №1, с. 28-33.
  • Йоргенсен, Ф.Т., Андерсен, Т.О., Расмуссен П.О., 2005 г., «Двумерная модель цилиндрической зубчатой ​​передачи с постоянным магнитом», Конф. Запись конференции по отраслевым приложениям IEEE 2005 г., стр. 261-5
  • Красильников, А.Я. Красильников А.А., 2009, “Определение крутящего момента цилиндрической магнитной муфты”, Российские инженерные исследования, Том. 29, № 6, с. 544–47
  • Кён-Хо Ха, Ён-Джин О, Чжон-Пё Хонг, 2002, «Конструкция и анализ характеристик бесконтактного магнитного механизма для конвейера с использованием постоянного магнита», Conf. Запись конференции по отраслевым приложениям IEEE 2002 г., стр. 1922–27
  • General Electric DP 2.7 Wind Turbine Gearbox, http://www.gedrivetrain.com/insideDP27.cfm , ссылка на июнь 2010 г.
  • Neugart PLE-160, одноступенчатая планетарная коробка передач, http://www.neugartusa.com/ple—160_gb.pdf , ссылка на июнь 2010 г.
  • Boston Gear 221S-4, одноступенчатая цилиндрическая коробка передач, http://www.bostongear.com/pdf/product_sections/200_series_helical.pdf , ссылка на июнь 2010 г.
  • Аталлах, К., Хау, Д. 2001, «Новый высокопроизводительный магнитный механизм», IEEE Transactions On Magnetics, Vol. 37, No. 4, июль 2001 г., стр. 2844–46
  • Шарпантье, Дж. Ф., Лемарканд, Г., 2001, «Механическое поведение намагниченных в осевом направлении зубчатых колес с постоянными магнитами», IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 37, No. 3, May 2001, p. 1110–17
  • Синьхуа Лю, К.Т. Чау, Дж.З. Цзян, Чуанг Ю, 2009, «Проектирование и анализ концентрических магнитных шестерен с внутренним магнитом и внешним ротором», Журнал прикладной физики, Vol. 105
  • Мезани, С., Аталлах, К., Хау, Д., 2006, «Высокопроизводительная магнитная передача с осевым полем», Journal of Applied Physics Vol. 99
  • Ченг-Чи Хуанг, Ми-Чинг Цай, Доррелл, Д.Г., Бор-Дженг Лин, 2008, «Разработка магнитной планетарной коробки передач», IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 44, № 3, с. 403-12
  • Йоргенсен, Ф.Т., Андерсен, Т.О., Расмуссен, П.О. «Циклоидный постоянный магнитный механизм», IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 44, № 6, ноябрь / декабрь 2008 г., стр. 1659–65
  • Аталлах, К., Калверли, С.Д., Д. Хоу, 2004, «Проектирование, анализ и реализация высокопроизводительного магнитного редуктора», IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 151, No. 2, март 2004 г.
  • Цзянь, Л., Чау, К.Т., 2010, «Коаксиальная магнитная передача с массивами постоянных магнитов Хальбаха», IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 25, № 2, июнь 2010 г., с. 319–28
  • Линни Цзянь, К.Т. Чау, Юй Гонг, Дж.З. Цзян, Чуанг Ю, Венлун Ли, 2009 г., «Сравнение коаксиальных магнитных передач с различными топологиями», IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, № 10, октябрь 2009 г., стр. 4526-29
  • Correlated Magnetics Research, 2010, веб-сайт компании, http://www.correlatedmagnetics.com
  • Джэ Сок Чой, Чонхун Ю, Синдзи Нишиваки и Казухиро Изуи, 2010, «Оптимизация направлений намагничивания в трехмерной магнитной структуре», IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 46, № 6, июнь 2010 г., стр. 1603–06
  • К.Т. Чау, Донг Чжан, Дж.З. Цзян, Линни Цзянь, 2008 г., «Анализ переходных процессов коаксиальных магнитных шестерен с использованием моделирования методом конечных элементов», Журнал прикладной физики, Vol. 103
  • Фурлани, Е.П., 1996, «Анализ и оптимизация синхронных магнитных муфт», J. Appl. Phys., Vol. 79, № 8, с. 4692
  • Бассани, Р., 2007, «Динамическая устойчивость пассивных магнитных подшипников», Нелинейная динамика, т. 50, с. 161-68
  • Цурумото, К., 1992, «Базовый анализ передаваемой силы магнитного механизма с использованием постоянного магнита», Журнал переводов IEEE по магнетике в Японии, том 7, № 6, июнь 1992 г., стр. 447-52

Внешние ссылки [ править ]

  • Correlated Magnetics Research, 2009, онлайн-видео, «Инновационные магнитные исследования в Хантсвилле», https://www.youtube.com/watch?v=m4m81JjZCJo
  • Correlated Magnetics Research, 2009, онлайн-видео, «Бесконтактное приспособление с использованием постоянных магнитов», https://www.youtube.com/watch?v=3xUm25CNNgQ