Поточний час: 28 бер 2024, 16:44

Часовий пояс: UTC + 2 години



Почати нову тему Відповісти на тему  [ Повідомлень: 5 ] 
Автор Повідомлення
 Заголовок повідомлення: Магнитный редуктор
#60370Повідомлення 10 черв 2018, 12:48 
Голова клубу
Аватара користувача
Не в мережі

Звідки: Україна, Донецьк => Ірпінь
Дякував (ла) 6733 Подякували 2480
Мій електротранспорт: Tesla S
Хочу електротранспорт: е-панцирник
Очень интересная вещь попалась мне в интернете:
Цитата:
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».
Додаткові файли:
mag-red.png
mag-red.png [ 26 КБ | Переглядів: 5291 ]

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.
Додаткові файли:
mag-red-chema.jpeg
mag-red-chema.jpeg [ 401.72 КБ | Переглядів: 5291 ]











Полная статья https://habr.com/post/412555/
Копия текста
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.

image

image

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».

image

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.

image

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%.



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».

Ещё пара роликов с редуктором

Выводы

После начального тестирования мы смогли выделить следующие плюсы магнитного редуктора по сравнению с механическим:

Магнитный редуктор тихий
Не боится больших оборотов. Слабым звеном в нём являются только подшипники, которые также и ограничивают мотор.
Долговечный. В нём, как и в моторе нечему ломаться кроме подшипников.
Редуктор способен плавно подавать и удерживать момент. Например, если сделать захват на таком редукторе и зажать хрупкий предмет, то рывок мотора не разрушит его.
Такой редуктор защищён от перегрузок. Если на вале механического редуктора превысить допустимую нагрузку, то шестерни в нём разрушатся и заклинит, что также может вызвать повреждение мотора или контроллера. Магнитный редуктор просто провернётся и не сломается, а мотор не остановится.



Также мы выявили и ряд недостатков:

Момент редуктора ограничен объёмом и максимальной силой магнитов. Механический редуктор способен передать гораздо больший момент в том же объёме.
Магниты редуктора чувствительны к температуре и могут размагнититься при перегреве.
Так как в редукторе используются магниты из редкоземельных материалов, создание габаритных редукторов такого типа затруднительно.


Исходя из полученных результатов мы сформировали области применения для редукторов такого типа:

в биологии, медицине и других процедурах захвата и перемещения предметов, где требуется точное позиционирование с одной стороны (что достигается безлюфтовостью редуктора) и присутствует высокий риск повреждения предметов, с которыми работает манипулятор, например, тканей и органов человека (присутствующая в магнитном редукторе мягкость выходного ротора и защита от перегрузок позволит ограничить максимальной усилие воздействия на оперируемый предмет).
в промышленных устройствах, в которых в ограниченных пространствах работают высокоскоростные двигатели (электро или пневматические), крутящий момент которых нужно увеличить, а скорость понизить до требуемого разрешённого значения.
в подводных приборах, где предъявляются высокие требования к низкой шумности изделия


На данный момент тестирование редуктора продолжается. Мы проводим его испытание в динамике при различных нагрузках и скоростях. Если всё пройдёт успешно, то мы сможем внедрить данную разработку в реальный проект.


Повернутися до початку
 Профіль  
Відповісти цитуючи  
 Заголовок повідомлення: Re: Магнитный редуктор
#60371Повідомлення 10 черв 2018, 13:50 
Не в мережі

Звідки: Запорожье
Дякував (ла) 115 Подякували 193
Мій електротранспорт: -
Хочу електротранспорт: -
Идея действительно оригинальная.
Несомненный плюс - там нечему ломаться.Только вот вращающий момент ожидается куда меньше , чем у традиционных шестеренок.


Повернутися до початку
 Профіль  
Відповісти цитуючи  
 Заголовок повідомлення: Re: Магнитный редуктор
#60386Повідомлення 10 черв 2018, 19:53 
Не в мережі

Звідки: Minsk, Great Litva
Дякував (ла) 130 Подякували 200
Не перемагнитятся ли мелкие наружные магниты от больших внутренних при длительном простое? Я как-то поднес сильный магнит к фонарику-жучку и сразу же он умер, потом пришлось намагничивать полюса на роторе.


Повернутися до початку
 Профіль  
Відповісти цитуючи  
 Заголовок повідомлення: Re: Магнитный редуктор
#60392Повідомлення 10 черв 2018, 21:55 
Site Admin
Аватара користувача
Не в мережі

Звідки: город Киев
Дякував (ла) 417 Подякували 1115
Мій електротранспорт: Nissan Leaf
Для малых скоростей и нагрузок годится, на больших скоростях магнит будет нагревать металлические детали, мимо которых он двигается.

_________________
Чем скуднее знания, тем категоричней суждения.

"Глупцы все, кто глупцами кажутся и половина тех, что не кажется". (Бальтасар Грасиан)


Повернутися до початку
 Профіль  
Відповісти цитуючи  
 Заголовок повідомлення: Re: Магнитный редуктор
#60396Повідомлення 11 черв 2018, 00:37 
Не в мережі

Звідки: Запорожье
Дякував (ла) 115 Подякували 193
Мій електротранспорт: -
Хочу електротранспорт: -
ДядяВася писав(ла):
на больших скоростях магнит будет нагревать металлические детали,

Вот с этим-то можно эффективно бороться.
Во-первых, "большие скорости" в механике - черепашьи скорости в электрике., во-вторых, магнитопровод можно делать из шихтованного железа или даже из материалов с вовсе незначительными потерями.
А вот вращающий момент... Пожалуй, удельная мощность будет невысокой.
Хотя, сама идея - великолепна. Дорого, но достаточно технологично и с огромным ресурсом без дополнительной смазки. КПД тоже вроде обещает быть высоким.
Мне кажется, эта конструкция - классический пример для будущих учебников по инженерной психологии. Ведь технологически эта конструкция могла быть осуществлена лет сто назад запросто. Но появилась только сегодня. А что же мешало?
Есть такой закон технологии: изобретения появляются только тогда, когда в них возникает необходимость.
Еще пример подобного рода - "липкий" молоток для космонавтов. Молоток не отскакивает при ударе о любую поверхность. Причем, там никаких магнитов нет. Мог быть запросто сделан в 18 веке. Но появился только лет 30 назад. Необходимость возникла.


Повернутися до початку
 Профіль  
Відповісти цитуючи  
Показати повідомлення за:  Поле сортування  
Почати нову тему Відповісти на тему  [ Повідомлень: 5 ]             

Часовий пояс: UTC + 2 години


Хто зараз на конференції

Зараз цей форум переглядають: немає зареєстрованих користувачів і гості: 1


Ви не можете створювати нові теми
Ви не можете відповідати на повідомлення
Ви не можете редагувати свої повідомлення
Ви не можете видаляти свої повідомлення
Ви не можете додавати додаткові файли

Найти:
Створено на основі phpBB® Forum Software © phpBB Group