Магнитный редуктор

При моделировании в Infolytica MagNet с использованием решателя Transient with Motion можно легко определить характеристики проектируемого магнитного редуктора, включая скорости вращения движущихся частей и передаваемый момент.

Проектирование, анализ и оптимизация

Программное обеспечение Infolytica MagNet позволяет проводить полные и точные электромагнитные 2D/3D расчёты. Инженеры могут проектировать, анализировать и оптимизировать двигатели и генераторы, любые электрические или электромеханические устройства независимо от того, насколько они сложны.

MagNet для моделирования магнитного редуктора

Новый тип магнитной передачи был предложен Кайсом Аталлахом (Kais Atallah) и Дейви Хоу (Dave Howe) в IEEE Transactions on Magnetics, Vol 37, № 4, pp. 2844-2846, July 2001.

Данный раздел посвящен описанию расширенных возможностей решателя Transient with Motion, входящего в пакет MagNet, который может моделировать несколько одновременно движущихся частей.

Магнитный редуктор. Как это работает?

Принцип работы магнитного редуктора можно пояснить на примере механического планетарного редуктора, причем внутренний ротор действует как солнечная шестерня, внешний ротор – зубчатый венец (эпицикл), неподвижные стальные сегменты, действуют как сателлиты. На рисунке слева представлена конструкция магнитного редуктора, на которой можно выделить три основные части:

1. Внутренняя ведомая свободно вращающаяся секция (солнечная шестерня) имеет восемь магнитов с радиальным намагничиванием и чередующейся полярностью, смонтированных на полой круглой стальной ступице.

2. Центральный фиксированный узел (сателлиты) состоит из 26 стальных стержней.

3. Внешняя свободно вращающаяся секция (эпицикл), состоит из 44 магнитов с радиальным намагничиванием и чередующейся полярностью, смонтированных внутри стальной трубы.

Восемь магнитов внутренней секции по отношению к 44 магнитам внешней секции определяют передаточное отношение магнитного редуктора, для данного примера передаточное отношение равно 5,5:1.

При моделировании с использованием решателя Transient with Motion можно легко определить характеристики проектируемого магнитного редуктора, включая скорости вращения движущихся частей и передаваемый момент.

Результаты моделирования можно представлять в виде анимации, что позволяет наглядно визуализировать магнитные процессы, протекающие в магнитном редукторе.

Для магнитного редуктора, отображенного на рисунке выше, внутренний ротор вращается с постоянной скоростью 833 об/мин. Наружный ротор вращается под нагрузкой с учетом сил вязкого трения и его скорость вращения рассчитывается посредством MagNet ( -151,5 об/мин - вращение в противоположном направлении).

Анализ передачи электромагнитного момента осуществляется путем вращения внутреннего ротора с постоянной скоростью при постепенном увеличении нагрузки на внешний ротор. Когда нагрузка превышает предельный момент, внешний ротор начинает «проскальзывать». До превышения предельного момента внешний ротор будет отставать от внутреннего ротора. Зависимость между развиваемым моментом и углом отставания является приближенно синусоидальной с периодом равным 360/22 градуса. На графике слева показано, что магнитный редуктор способен передавать до 665 Н*м на метр длины ротор.

Настройка модели в Infolytica MagNet

Вследствие большого количества компонентов, используемых в магнитном редукторе, время расчёта может оказаться довольно продолжительным. В целом, для уменьшения времени расчёта применяется симметрия, для данного случая при расчёте используется половина модели.

Вращение внутреннего и внешнего роторов контролируется соответствующими компонентами движения. Внутренняя компонента движения, связанная с внутренним ротором, имеет заданное значение скорости вращения и поэтому превращается в ведомый компонент. Вращение внутреннего ротора задается таким образом, что его скорость увеличивается с нуля до 833 об/мин за 10 мс, а затем скорость вращения поддерживается постоянной (т. е. моделируется процесс запуска магнитного редуктора с последующей стабилизацией скорости).

Реакция внешнего ротора заранее неизвестна, поэтому внешний ротор обрабатывается как ведомый элемент, управляемый внешними силами. Дополнительно при моделировании можно добавить потери всех типов, для данного случая учитывалось вязкое трение с коэффициентом равным 0,01 Нм/(рад/с).

Дальнейшее исследование магнитного редуктора заключается в добавлении компоненты вращения к центральным стержням.

По мере увеличения скорости вращения центральных стержней передаточное отношение редуктора будет уменьшаться, до тех пор, пока внешний ротор не остановится. Дальнейшее увеличение скорости вращения центральных стержней приведет к тому, что внешний и внутренний роторы начнут вращаться в одинаковом направлении. В случае если скорости вращения внутреннего ротора и центральных стержней одинаковые, то скорость вращения внешнего ротора будет такой же.