在本文中，我将讨论我们开发的电磁变速箱。 该变速箱计划与无刷电机配合使用。 本文将讨论该变速箱的可能范围，以及与传统变速箱相比的优缺点。
引言
无刷无刷电动机（BLDC）以最小的尺寸提供了极高的功率。 这要归功于强大的稀土磁体。 当以小尺寸制造电动机时，这种发动机没有竞争。
但是，尽管功率很高，但电动机的小尺寸却对其施加了许多限制，例如：力矩小，运行速度高，冷却面积小。 这些限制使您无法充分利用电动机的全部潜能。 因此，例如540规格的电动机（D = 36mm L = 54mm）能够以相当不错的效率提供超过千瓦的功率，但是只有在非常高的速度下才有可能从电动机上消除这种功率，这才是可能的。 在标称模式下，这种没有强制气流的电动机可以产生200-400瓦。
我们的MotoChrome团队的主要重点是无刷电机的设计和制造。 在为其中一位客户设计电机时，我们遇到了上述问题。 客户需要直径较小的电动机，但同时又要有相当高的扭矩和效率。 为了满足要求，电机的长度变成了近半米，直径为40毫米。 事实证明该电动机非常昂贵并且很难组装。 同时，为了获得相同的功率参数，可以使电动机小3倍，但要使用齿轮箱。 最后，选择了此选项。
使用变速箱似乎是一个很好的解决方案。 但是，随之而来的还有许多其他问题，使得它们无法在所有引擎中得到充分利用。
- 有破损和使用寿命有限的附加装置
- 整体尺寸增加；
- 噪声增加，这对于水下设备的运行可能至关重要；
- 大多数机械齿轮箱都对齿轮箱输入轴上的传递扭矩和轴速度有限制，这又对电动机施加了其他限制/要求。
在选择变速箱时，我们遇到了两个主要问题。 1）为了使变速箱充分发挥无刷电动机的潜力，其尺寸必须与电动机的尺寸相当。 有了它，电动机就不再紧凑。 2）大多数机械齿轮箱不能在高速（> 15000 RPM）下工作，我们对高速很感兴趣。 只有1 ... 2个公司同意订购所需的变速箱，并在收到付款后3个月内交付。 它的可靠性和耐用性将是什么，我们尚未找到，但是，找到合适的变速箱带来的困难使我们进一步考虑了这个问题。
从我们的角度来看，一个不错的选择是电磁变速箱。 它们尚未得到广泛使用，并且有关它们的信息不足，因此我们决定更深入地研究这个问题，并自行制造齿轮箱。 这将使我们能够设计出一种建模方法，并允许我们将来计算其参数。
电磁齿轮
我们决定按照通用方案制造电磁齿轮箱，该方案类似于行星齿轮箱。 中间的磁体是“太阳齿轮”，外部的磁体是“齿圈（外轮）”，软磁性材料的齿在它们之间充当“齿轮架”。
这种设计具有最小的最大保持力矩，非常适合我们的任务。 结果，我们设计并制造了以下样品。
该样品的直径为36mm。 变速箱的输入部分是根据NEMA 17标准制造的，代替输出轴，我们制作了通用面板，该面板允许在实验工作，测试和实验中对其施加不同的负载，并且由于面板中央的基座安装孔而有必要安装轴。 顺便说一下，我们将通用安装座的概念应用到了我们的电子马达中，我们正准备在俄罗斯联邦进行批量生产和销售（我们将对此进行单独撰写）。
最终变速箱的参数与计算得出的参数非常接近。 它减少了1:10，并且在静载荷下能够在输出轴上保持0.53 Nm的力矩。 对于这样的尺寸，这是一个足够好的指标。 为了进行比较，相同尺寸的电动机将产生低于50％的转矩，而装有该变速箱的系统的效率将达到80％。
此外，变速箱非常平稳，安静。 在此过程中，旋转过程中绝对不会出现抽动，瞬间传递的非常柔和。 这个属性决定了我们给变速箱起的名字-“ Smoother”。
结论
经过初步测试，我们能够确定电磁齿轮与机械齿轮相比的以下优势：
- 静音电磁齿轮
- 不怕高转速。 其中的薄弱环节仅仅是轴承，这也限制了电机。
- 经久耐用 在其中，就像在电动机中一样，没有任何东西可以与轴承分开。
- 变速箱能够平稳地进给并保持力矩。 例如，如果握住这样的变速箱并夹住易碎的物体，则电动机的冲击将不会破坏它。
- 这样的变速箱受到过载保护。 如果在机械齿轮箱的轴上超出了允许的负载，则其中的齿轮会塌陷并卡住，这也可能损坏电机或控制器。 电磁齿轮只会转动而不会断裂，电动机也不会停止。
我们还发现了许多缺点：
- 变速箱的扭矩受磁铁的体积和最大强度的限制。 机械变速箱能够在相同的体积内传递更大的扭矩。
- 变速箱磁铁对温度敏感，可通过过热使其消磁。
- 由于齿轮箱使用由稀土材料制成的磁铁，因此很难制造这种尺寸的齿轮箱。
根据结果，我们形成了这种类型的变速箱的应用程序：
- 在生物学，医学和其他过程中用于捕获和移动需要在一侧上精确定位的对象（这是通过齿轮箱的无齿轮实现的），并且存在损坏机械手正在操作的物体（例如人体组织和器官）的高风险（电磁齿轮箱中输出齿轮的柔软性）转子和过载保护装置将限制施加在所操作物品上的最大力）。
- 在高速发动机（电动或气动）在密闭空间中运行的工业设备中，必须增加其扭矩并将速度降低至所需的允许值。
- 在对低噪声产品有高要求的水下仪器中
目前，变速箱的测试仍在继续。 我们在各种负载和速度下进行动态测试。 如果一切顺利，那么我们可以将此开发内容引入一个真实的项目中。