ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА
Полезният модел се отнася до мотор-редукторите и намира приложение в енергетиката при алтернативните източници на енергия, автомобилостроенето, корабостроенето, самолетостроенето и в бита.
ПРЕДШЕСТВУВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА
Известни са различни разработки на мотор-редуктори. Известна е безконтактна редукторна електрическа машина [RU 2 390 086 С1], работеща с променлив ток и съдържаща корпус, който изпълнява функцията на магнитопровод на статор с пакети имащи изразени полюси и вътрешен зъбен венец, феромагнитен ротор с външен зъбен венец и пакети разположени срещу пакетите на статора имащи изразени полюси, чиито брой кореспондира на пакетите на статора, като статорът и роторът оформят зъбна предавка, а пакетите на ротора и статора са разположени последователно един след друг аксиално два външни с нечетен брой полюси и между тях един вътрешен с четен брой полюси, а между пакетите на ротора са поставени постоянни магнити. В двигателен режим оборотите на вала на ротора зависят от величината на подаваното захранващо напрежение. Недостатък на известната редукторна електрическа машина е, че има загуби от триене в зъбната предавка и не може да предава движение между два или повече вала.
Известен е магнитнодинамичен мотор [WO 98/48503 А1] съдържащ пръстеновиден статор с постоянни магнити, разположени на равни разстояния по вътрешната повърхност на статора и ротор с електромагнити, разположени на равни разстояния един от друг и в близост до постоянните магнити на статора така, че да се образува разстояние между тях. Осите на електромагнитите са разположени или коаксиално спрямо оста на ротора или ортогонално спрямо нея. Недостатък на известния магнитодинамичен мотор е, че има ниска ефективност.
Известни са автономен генератор [JP2009 71985 А] и електрическа машина [ЕР 2 211 442 А1] съдържащи пръстеновиден статор с електромагнити, разположени на равни разстояния по вътрешната повърхност на статора и ротор с постоянни магнити, разположени по периферията на равни разстояния един от друг и в близост до електромагнитите на статора така, че да се образува разстояние между тях. Недостатък на известните електрически машини е, че имат ниска ефективност.
Известен е [RU 2 369 955 С1] магнитен редуктор, който включва цилиндричен корпус, в който е разположен статор с магнитопровод и зъбци, коаксиално на статора има ротор за бързо въртене с постоянни магнити разположени по повърхността му, като срещу магнитите са разположени кухи цилиндри на ротор за бавно въртене, свързани към немагнитен диск, захванат към ротор за бавно въртене също разположен в корпуса срещу ротора за бързо въртене. Недостатък на този известен магнитен редуктор е, че не може да генерира електрическо поле и да служи като магнитен двигател, респективно генератор. Освен това предава движение само между коаксиални валове.
ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ
Задача на полезния модел е да се създаде мотор-редуктор, който има висока плътност на въртящия момент, може да работи като електрическа машина, както и да предава движение между два вала при намалени загуби от триене.
Задачата се решава като се създава мотор-редуктор, който включва корпус, в който са разположени най-малко един задвижващ вал, върху който е закрепен най-малко един дискообразен ротор. По периферията на ротора са монтирани на равни разстояния един от друг периферни постоянни магнити. В корпуса е разположен и най-малко един задвижван вал, върху който е закрепен най-малко един реципрочен дискообразен ротор, по периферната повърхнина на който равномерно са монтирани реципрочни периферни постоянни магнити. Съседните постоянни магнити на всеки дискообразен ротор са разнополюсни. Осите на задвижващия и задвижвания вал са успоредни или под ъгъл. Върху всеки задвижващ и задвижван вал са монтирани последователно и на разстояние един от друг най-малко два дискообразни ротора, върху съседните чела на които са монтирани по окръжност челно постоянни магнити и съседните челно постоянни магнити са разнополюсни. В междината между всяка двойка дискообразни ротори срещу челните постоянни магнити са монтирани съосно на съответния вал челни бобини. Срещу периферията на всеки дискообразен ротор и на разстояние от него, по поне на част от страната, която е външна на валовете, са разположени радиално на равни разстояния една от друга периферни бобини, закрепени неподвижно. Разстоянието между дискообразните ротори на задвижващия вал и реципрочните дискообразни ротори на задвижвания вал е подбрано така, че да осигурява появата на магнитна индукция между срещуположните периферни постоянни магнити.
Отношението между броя на постоянните магнити към броя на реципрочните бобини може да бъде 1,33.
Всеки дискообразен ротор на мотор-редуктора може да бъде свързан към съответния вал с механизъм за еднопосочно движение. Механизмът за еднопосочно движение е за предпочитане да бъде еднопосочен лагер или храпов механизъм.
Между реципрочните дискообразни ротори могат да бъдат монтирани паразитни дискообразни ротори снабдени с периферни постоянни магнити.
Дискообразните ротори могат да имат скосени периферии така, че осите на задвижващия и задвижвания вал да сключват предварително зададен ъгъл.
Мотор-редукторът може да включва и устройство за съхранение на електрическа енергия, свързано към челните и периферните бобини.
Мотор-редукторът може да включва най-малко един трансдуктор, разположен срещу дискообразен ротор. Трансдукторът е за предпочитане да е датчик на Хол.
Задвижващият и задвижваният валове със съответните дискообразни ротори могат да са разположени в отделни корпуси.
Предимство на мотор-редуктора съгласно настоящия полезен модел е, че има висока плътност на въртящия момент, може да работи като електрическа машина, както и да предава движение между два и повече успоредни или под ъгъл вала при намалени загуби от триене. Използва се магнитна предавка, която позволява трансмисията на висок въртящ момент и постигането на ниска скорост на въртене на задвижвания вал при по-компактна машина. Полезният модел позволява постигането на висока ефективност за широка гама от работни режими при ниски вибрации и шум. Избягва се нуждата от охладителна и смазочна системи. Влаганите елементи са налични в търговската мрежа.
ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ
Полезният модел се пояснява по-подробно с примерно изпълнение на мотор-редуктора, което е показано на приложените фигури, както следва:
Фиг.1 е схема в аксонометрия на мотор-редуктора
Фиг.2 е страничен поглед на мотор-редуктора
Фиг.3 е поглед отгоре на мотор-редуктора
Фиг.4 е частичен разрез в аксонометрия на една двойка дискообразни ротори монтирани на вал и прилежащите периферни и челни бобини
Фиг.5 е схема в аксонометрия на закрепването на челните постоянни магнити
Фиг.6 е схема на магнитни силови линии
ПРИМЕРИ НА ИЗПЪЛНЕНИЕ
На фиг. 1-4 е показано едно предпочитано изпълнение на мотор-редуктор. Той включва задвижващ вал 1 и задвижван вал 2, на които в този случай посредством механизми за еднопосочно движение 3, например еднопосочни лагери или храпови механизми, са монтирани върху всеки вал 1 и 2 последователно и на разстояние един от друг по два дискообразни ротора 4. По периферията на всеки от роторите 4 са закрепени неподвижно четен брой постоянни периферни магнити 5, които са разположени на равни разстояния един от друг. Всеки два съседни периферни магнита 5 са с противоположна полярност N - S - N - S. Постоянните магнити могат да бъдат от всякакъв вид, например бариево-стронциеви ферити, самариево-кобалтови магнити, ALNICO, магнитопласти или други. Предпочита се периферните магнити да са неодимови, защото са много мощни за масата си.
Периферната повърхност на роторите 4 е изработена от диелектричен материал. Срещу периферните магнити 5, при хлабина осигуряваща безпрепятственото въртене на роторите 4, са закрепени неподвижно, например директно към корпуса (непоказан на чертежите), радиално на равни разстояния една от друга, периферни бобини 6. Бобините представляват навит меден проводник върху стоманена сърцевина. Броят на периферните магнити 5 и броят на периферните бобини 6 е в съотношение 1,33.
Едно примерно изпълнение е с 12 броя периферни магнити спрямо 9 броя периферни бобини. Задвижващият и задвижваният валове 1 и 2 са показани в този пример успоредни и са монтирани така, че разстоянието между дискообразните ротори 4 на задвижващия вал 1 и реципрочните дискообразни ротори 4 на задвижвания вал 2 е подбрано така, че да осигурява появата на магнитна индукция между срещуположните периферни постоянни магнити 5. Периферните бобини 6 в показания пример са разположени така, че да покриват външната част от периферията на дискообразните ротори 4, като по този начин позволяват осигуряването на минимално разстояние между роторите 4, позволяващо появата на магнитна сила между периферните магнити на всеки два срещуположни дискообразни ротора 4.
В този пример е показан вариант, при който задвижващият и задвижваният валове 1 и 2 са успоредни, което се осигурява от цилиндрични външни повърхнини на дискообразните ротори 4.
Не показан на чертежите е един друг възможен вариант, при който периферните повърхнини на роторите 4 са скосени така, че да оформят пресечен конус, което позволява разполагане на валовете 1 и 2 под ъгъл един спрямо друг, съобразно нуждите.
При едно възможно изпълнение на мотор-редуктора съгласно полезния модел (не показано на чертежите) между реципрочните дискообразни ротори 4 на задвижващия 1 и задвижвания 2 валове е монтиран паразитен дискообразен ротор снабдени също с периферни постоянни магнити 8.
Върху съседните чела 7 на последователно разположените върху един и същ задвижващ 1 или задвижван 2 вал дискообразни ротори 4 са монтирани неподвижно челни постоянни магнити 8. Челните магнити 8 на всеки ротор 4 са разположени по окръжност на равни разстояния и са също четен брой. Всеки два съседни магнита 8 са с противоположна полярност N - S - N - S. Челните магнити 8 на съседните ротори 4 са огледално разположени. Материалът на челните магнити 8 може да е като материала на периферните постоянни магнити 5, например това са неодимови магнити, направени от сплав на Неодим, желязо и бор - Nd2Fe14B. В междината между всяка двойка последователно разположени дискообразни ротори 4 срещу огледално разположените челни постоянни магнити 8 са монтирани аксиално на съответния вал челни бобини 9. Разстоянието между челните бобини 9 и челните магнити 8 е подбрано такова, че да осигурява безпрепятственото въртене на роторите 4 и същевременно да осигурява индуцирането на електродвижещо напрежение в бобините 9. Броят на челните магнити 8 спрямо броят на челните бобини 9 е също в съотношение 1,33.
Срещу поне един дискообразен ротор 4 в настоящия пример е разположен трансдуктор 10, който може да бъде например оптрон или датчик на Хол.
На фиг. 5 е показан вариант, при който челните магнити 8 могат да бъдат закрепени към метални магнитопроводящи дискове 11, изработени например от стомана, които от своя страна са неподвижно свързани, например чрез болтова връзка през отвори за болтове 12, към съответните ротори 4.
На фиг. 6 е показана схема на индуциране на магнитно поле между огледално разположените челни постоянни магнити 8 на два последователно разположените върху един и същи задвижващ 1 или задвижван 2 вал дискообразни ротори 4.
Елементите на мотор-редуктора съгласно полезния модел могат да бъдат разположени в единен корпус (непоказан на чертежите) или всеки вал 1 и 2 с прилежащата му двойка дискообразни ротори 4 и съответстващите периферни бобини 6 могат да са разположени в отделни корпуси така, че да се осигури предаване на въртящ момент между валовете 1 и 2 по магнитен път.
ИЗПОЛЗВАНЕ НА ПОЛЕЗНИЯ МОДЕЛ
Мотор-редукторът, съгласно полезния модел, работи по следния начин:
Задвижващият вал 2 се привежда в действие от външен източник, например електродвигател (непоказан на чертежите), като му се придава въртеливо движение в определена посока. Въртенето в показания пример се препредава чрез механизмите за еднопосочно движение 3, например еднопосочните лагери или храпови механизми, на роторите 4 с монтирани по периферията им силни постоянни периферни магнити 5. Механизмът за еднопосочно движение 3 осигурява въртене на роторите само в една посока. Ако такъв механизъм не се използва, се осигурява и реверсивно въртене на роторите 4. При въртенето на роторите 4 челните 8 и периферните 5 постоянни магнити индуцират електродвижещо напрежение съответно в челните 9 и периферните 6 бобини, изпълняващи ролята на статор. Генерираната в намотките на бобините 6 и 9 електроенергия се акумулира в устройства за съхранение на електроенергия (не показани на чертежите), например акумулатори или кондензатори. При необходимост акумулираната електроенергия може да бъде използвана за стартиране завъртането на задвижващия вал 1 при електродвигателен режим на работа на устройството. Генерираната електроенергия може чрез инвертор (непоказан на чертежите) да се трансформира в променлив ток за захранване на различни консуматори. По този начин устройството работи в генераторен режим постоянно при непрекъснатото въртене на роторите 4.
Ако през намотките на бобините прилежащи на задвижващия вал 1 се подаде електрическо напрежение, то в резултат на магнитната индукция и привличането и отблъскването между постоянните магнити се завърта задвижващият вал 1. Така устройството работи в режим на електродвигател.
Силата, размерите на магнитите, броят на навивките и сечението на намотките в бобините, се изчисляват така, че да се генерира трифазен електрически ток.
При приближаване на валовете 1 и 2 така, че да се индуцира магнитно поле, вследствие на привличането между разнополюсните периферни магнити 8 на роторите 4 на двата вала 1 и 2, въртящия момент на задвижващия вал 1 се предава на задвижвания вал 2. Двата вала 1 и 2 имат противоположна посока на въртене. Предаването на въртеливо движение между валовете 1 и 2 е реципрочно.
При използване на паразитен ротор въртенето на двата вала 1 и 2 е еднопосочно. Паразитният ротор може да бъде подвижен спрямо единия или спрямо и двата вала 1 и 2, като чрез отдалечаването от тях се прекъсва предаването на въртеливо движение между валовете 1 и 2. Така паразитния ротор може да изпълнява ролята на включващ механизъм.
Чрез използването на трансдуктори 10, например оптрони или датчици на Хол, може да се управлява и регулира работата на устройството.
Регулирането на оборотите, посоката на движение на елементите на устройството, може да се осъществява от системи за цифрово-програмно управление (ЦПУ), не показана на чертежите.
За по-ефективно използване на механичната енергия и за намаляване неравномерността при въртене, роторите 4 може да са изработени във форма на маховици, при което енергията се съхранява като кинетична енергия на въртящ се маховик. Възможно е монтиране на допълнителни маховици на самите валове на устройството.
Върху всеки вал 1 и 2 могат да бъдат монтирани трета, четвърта и повече двойки дискообразни ротори 4, като така се предоставя възможност за по-ефективно използване или за изграждане на специализирани модули съобразно нуждите.
Устройството е автономно и в работен режим е възможно задаване на постоянни обороти на въртене, които могат да бъдат повишавани или намалявани съобразно нуждите за постигане на зададени за изпълнение задачи и резултати. Автономният режим на работа, позволява устройството да изпълнява независими задания в независим режим и състояние от това на двата вала. Посоката, оборотите и състоянието на всеки един от валовете е програмируемо в такъв режим на работа, позволяващ автономно действие на всеки един отделен елемент на устройството.
ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ
1. Мотор-редуктор, включващ корпус, в който са разположени най-малко един задвижващ вал /1/, върху който е закрепен най-малко един дискообразен ротор /4/, по периферията на който са монтирани на равни разстояния един от друг периферни постоянни магнити /5/, както и най-малко един задвижван вал /2/, върху който е закрепен най-малко един реципрочен дискообразен ротор /4/, по периферията повърхнина на който са монтирани на равни разстояния един от друг реципрочни периферни постоянни магнити /5/, като съседните постоянни магнити /5/ на всеки дискообразен ротор /4/ са разнополюсни, характеризиращ се с това, че осите на задвижващия /1/ и задвижвания /2/ валове са успоредни или под ъгъл, при което върху всеки задвижващ /1/ и задвижван /2/ вал са монтирани последователно и на разстояние един от друг най-малко два дискообразни ротора /4/, върху съседните чела /7/ на които са монтирани огледално по окръжност челни постоянни магнити /8/, като съседните челни постоянни магнити /8/ са разнополюсни, а в междината между всяка двойка дискообразни ротори /4/ срещу челните постоянни магнити /7/ са монтирани съосно на съответния вал /1 или 2/ челни бобини /9/, като срещу периферията на всеки дискообразен ротор /4/ и на разстояние от него, по поне на част от страната, която е външна на валовете /1 и 2/, са разположени радиално на равни разстояния една от друга периферни бобини /6/, закрепени неподвижно към корпуса, при което разстоянието между дискообразните ротори /4/ на задвижващия /1/ вал и реципрочните дискообразни ротори /4/ на задвижвания /2/ вал е подбрано така, че да осигурява появата на магнитна индукция между срещуположните периферни постоянни магнити /5/.
2. Мотор-редуктор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че отношението между броя на постоянните магнити /5 и 8/ към броя на реципрочните бобини /6 и 9/ е 1,33.
3. Мотор-редуктор съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че всеки дискообразен ротор /4/ е свързан към съответния вал /1 или 2/ с механизъм за еднопосочно движение /3/.
4. Мотор-редуктор съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че механизмът за еднопосочно движение /3/ е еднопосочен лагер или храпов механизъм.
5. Мотор-редуктор съгласно претенции от 1 до 4, характеризиращ се с това, че между реципрочните дискообразни ротори /4/ са монтирани паразитни дискообразни ротори снабдени с периферни постоянни магнити.
6. Мотор-редуктор съгласно претенции от 1 до 5, характеризиращ се с това, че перифериите на реципрочните дискообразните ротори /4/ са скосени така, че осите на задвижващия /1/ и задвижвания /2/ валове да сключват предварително зададен ъгъл.
7. Мотор-редуктор съгласно претенции от 1 до 6, характеризиращ се с това, че включва и устройство за съхранение на електрическа енергия, свързано към челните и периферните бобини.
8. Мотор-редуктор съгласно претенции от 1 до 7, характеризиращ се с това, че срещу най-малко един дискообразен ротор /4/ е разположен трансдуктор /10/.
9. Мотор-редуктор съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че трансдукторът /10/ е оптрон или датчик на Хол.
10. Мотор-редуктор съгласно претенции от 1 до 9, характеризиращ се с това, че задвижващият /1/ и задвижваният /2/ валове със съответните дискообразни ротори /4/ са разположени в отделни корпуси.
РЕФЕРАТ
Полезният модел се отнася до мотор-редукторите и намира приложение в енергетиката при алтернативните източници на енергия, автомобилостроенето, корабостроенето, самолетостроенето и в бита.
Мотор-редукторът включва най-малко един задвижващ вал /1/ и най-малко един задвижван вал /2/, върху всеки от които е закрепен най-малко един дискообразен ротор /4/, по периферията на който са монтирани на равни разстояния един от друг периферни постоянни магнити /5/, като съседните постоянни магнити /5/ на всеки дискообразен ротор /4/ са разнополюсни. Дискообразните ротори /4/ върху всеки задвижващ /1/ и задвижван /2/ вал са най-малко два и са монтирани последователно и на разстояние един от друг. Върху съседните чела /7/ на роторите /4/ са монтирани огледално по окръжност челни постоянни магнити /8/, като съседните челни постоянни магнити /8/ са разнополюсни, а в междината между всяка двойка дискообразни ротори /4/ срещу челните постоянни магнити /7/ са монтирани съосно на съответния вал /1 или 2/ челни бобини /9/. Срещу периферията на всеки дискообразен ротор /4/ и на разстояние от него, по поне на част от страната, която е външна на валовете /1 и 2/, са разположени радиално на равни разстояния една от друга периферни бобини /6/, при което разстоянието между дискообразните ротори /4/ на задвижващия /1/ вал и реципрочните дискообразни ротори /4/ на задвижвания /2/ вал е подбрано така, че да осигурява появата на магнитна индукция между срещуположните периферни постоянни магнити /5/.
