ПЛАНЕТАРНЫЙ ЭЛЕКТРОМОТОР-РЕДУКТОР С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТОМ ВРАЩЕНИЯ САТЕЛЛИТ-ЯКОРЯ Российский патент 2009 года по МПК H02K7/116 F16H1/28 

Изобретение относится к электромеханике, в частности к электрическим машинам, конструктивно сопряженным с редукторами, и может использоваться в качестве электропривода в подводных лодках, батискафах, электромобилях, спутниковых системах и других механизмах, где требуются большие мощности при небольших габаритах привода. Результатом изобретения является применение электромотор-редуктора, у которого сателлит-якорь обкатывается по эластичным надувным шинам, в результате изменяется эксцентриситет вращения сателлит-якоря, влияющий в широких пределах на передаточное отношение фрикционной пары механизма.

Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря содержит статор, по которому обкатывается сателлит-якорь. В свою очередь сателлит-якорь имеет внутреннюю полость, в которой размещен не только выходной вал, но и коробка передач или специальные надувные шины, давление в которых создается за счет сжатого воздуха (жидкой среды), а регулируется оно клапанным устройством. От давления в шинах изменяется эксцентриситет вращения сателлит-якоря, в результате в широких пределах изменяется передаточное отношение фрикционных пар механизма.

Известен планетарный электромотор-редуктор по патенту RU №2294587 С1 от 31 мая 2005 г., у которого зубчатое колесо первой ступени планетарного редуктора выполняет функцию статора электродвигателя, а шестерня - функцию сателлит-якоря, на оси которого жестко посажен торцевой коллектор с токоподводящими и отводящими контактами. Торцевой коллектор вращается синхронно с сателлит-якорем, а их центры описывают окружности радиусом, равным эксцентриситету сателлит-якоря. Зубчатые колесо и шестерня имеют катушки электромагнитов, которые смещают сателлит-якорь относительно точки наибольшего вхождения зубьев друг в друга, или относительно точки контакта образованной ими фрикционной пары. Торцевой коллектор электродвигателя, имеющий возможность вращаться эксцентрично относительно оси корпуса, обеспечивает смещение фазы электродвижущей силы электродвигателя, запитывая катушки электромагнитов статора и сателлит-якоря. Шестерня сателлит-якоря электродвигателя может покрываться материалом специального профиля, способного одеваться на зубья или детали фрикционной пары как чехол и сниматься с них.

Известен планетарный электромотор-редуктор с управляемым коллектором по заявке №2007105039 от 09 февраля 2007 г., у которого коллектор смещается рычагом, позволяющим увеличить в несколько раз эксцентриситет, по которому смещается коллектор энергораспределительного устройства, что исключает появление электрической дуги и обильного искрения между щетками. А стальной сердечник сателлит-якоря электродвигателя заменен упругим материалом с вмонтированными в них постоянными магнитами, создающими крутящий момент фрикционной пары или зубчатой передачи. Имеется устройство, которое позволяет регулировать количество подпружиненных контактов замыкающихся на токоподводящих элементах. Зубчатые или фрикционные пары планетарных передач могут устанавливаться по торцам сателлит-якоря, выполняя функции подшипников редуктора.

Известен мотор-редуктор по патенту SU №1403269 А1, у которого имеется электродвигатель и волновая передача, гибкий элемент которой неподвижно закреплен в корпусе, а генератор волн установлен непосредственно на роторе электродвигателя, при этом гибкий элемент волновой передачи закреплен со стороны одного торца электродвигателя, а зацепление гибкого элемента с жестким валом выполнено с противоположного его торца.

Известен электродвигатель по патенту RU №2030082 С1 и по французскому патенту №1231097, у которых на противоположных концах ротора установлены радиально намагниченные дисковые магниты. При этом ротор установлен в статоре эксцентрично и связан с выходным валом посредством муфты, а со статором кинематической парой. Причем ротор выполнен в виде двух дисковых магнитов с противоположными полюсами.

Известен электродвигатель по патенту RU №2104603 С1, у которого ротор установлен на эксцентриковом (коленчатом) валу на подшипниках, при этом ротор выполнен катящим по статору.

Известен силовой минипривод (вариатор) по патенту RU №2281597 С1, у которого статор и ротор двигателя, жесткое колесо, волнообразователь и многорядный сепаратор волнового редуктора расположены концентрично относительно центральной оси силового минипривода, а двухрядный радиальный блок цилиндров с соединительными каналами, связывающими каждый цилиндр с полостями подачи и слива рабочего тела через распределительное устройство, установлен соосно блоку цилиндров и закреплен на валу маломощного управляемого двигателя, установленного внутри статора. При этом силовой минипривод выполнен с гидродвигателем, а по второму варианту - с электрическим двигателем.

Предлагаемый планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря включает в себя: кроме известных статора и сателлит-якоря, у которых одни и те же детали выполняют функцию электродвигателя и редуктора, а сателлит-якорь снабжен упругим материалом с вмонтированными в них постоянными магнитами, заменяющими стальной сердечник якоря электродвигателя, надувные шины, коробку передач, выходной вал с рычагами переключения скоростей, диски для размещения на них надувных шин (колес), пульта управления, изменяющего давление сжатого воздуха (жидкой среды) в шинах.

На фиг.1 показан предлагаемый планетарный электромотор-редуктор с коробкой передач, размещенной внутри сателлит-якоря, и рычагами переключения скоростей с тягами, расположенными внутри выходного вала. Сателлит-якорь включает в себя фасонные диски, выполненные из эластичного материала (например, резины с кордом). Фасонные диски по периферийной и внутренней части имеют уплотнения, в которые закачена жидкая среда. В фасонные диски вставлены сердечники из постоянных магнитов или с вмонтированными в них проводами. На фиг.2 - то же, сечение А-А. На фиг.3 - то же, сечение Б-Б.

На фиг.4 показан планетарный электромотор-редуктор с разборным корпусом коробки передач и диски для размещения на них надувных шин (колес), размещенных на корпусе коробки передач и наружной поверхности сателлит-якоря.

На фиг.5 показан планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря, у которого отсутствует коробка передач, а частота вращения выходного вала зависит от изменения эксцентриситета е, который изменяется от давления воздуха или жидкости в шинах (колесах).

На фиг.6 показан электродвигатель, у которого ротор вращается соосно с осью электродвигателя, а на конце (концах) вала ротора имеется эксцентрично расположенная ось, на которой вращается сателлит с зубчатыми или гладкими резиношинами или надувными колесами. На фиг.7 - то же, сечение В-В.

В корпусе 1 (фиг.1, 2 и 3) расположен статор 2 с катушками 3 электромагнитов. Сателлит-якорь выполнен из эластичных фасонных дисков 4, которые по наружному и внутреннему диаметру имеют утолщения 5 и 6, в полости которых закачивается сжатый воздух (жидкая среда). В фасонные диски 4 вставлены изогнутые сердечники 7 постоянных магнитов или катушек электромагнитов. Утолщения 6 опираются на корпус 8 многоступенчатой коробки передач. Переключения синхронизаторов 9 и 10 передачи производятся толкателями 11 и 12, связанными с рукоятками 13 переключения передач. Толкатели 11 и 12 соединены с рычагами 13 шарнирно и имеют возможность вращаться относительно последних. Запитка катушек электромагнитов статора осуществляется от коллектора 14, который крепится к подшипниковым шайбам 15 и 16, а те скользят по торцам крышек 17 и 18 корпуса. Электроэнергия к коллектору 14 подводится через шайбы 19, скользящие по кольцам 20, жестко закрепленные к коллектору 14. Кольца 20 проводами 21 соединяются с кольцами 22, на которые опираются контакты, закрепленные в рессорных пластинах 23. При подаче электрического тока через контакты рессорных пластин 23, расположенных в верхней части коллектора 14 (см. фиг.3), запитываются катушки статора (например, «а», «б», «с», «д» положительными зарядами, а «е», «ж», «з», «и» - отрицательными (фиг.2). Катушки «а», «б», «с», «д» притягивают сателлит-якорь к себе, а катушки «е», «ж», «з», «и» - отталкивают его. Сателлит-якорь внизу сжимает утолщение 5, а вверху - утолщение 6. Образуется эксцентриситет «е» относительно оси о-о корпуса электродвигателя. Сателлит-якорь относительно точки «А» (фиг.2) смещается по часовой стрелке и утолщение 6 за счет трения увлекает за собой корпус 8 коробки передач. На токоподводящее кольцо 22 замыкаются другие контактные пластины 23, в результате магнитное поле вращается против движения часовой стрелки, а сателлит-якорь - по часовой стрелке.

Переключением рычагов 13 достигается вращение выходного вала 24 с разной частотой вращения. Выходной вал 24 и корпус 8 коробки передач смещены на эксцентриситет e₁, что обеспечивает зацепление зубчатых колес и шестерней коробки передач. Отличительная особенность такого размещения коробки передач заключается в том, что она размещена внутри сателлит-якоря электродвигателя, а переключение скоростей осуществляется тягами 11 и 12, размещенными в выходном валу 24.

На фиг.4 колесные диски 25 установлены на наружной поверхности сателлит-якоря, а на разборном корпусе 26 коробки передач - диски 27. На диски 25 и 27 надеты большие и малые шины (колеса) 28 и 29. Шины 28 и 29 накачены сжатым воздухом (жидкой средой) и имеют ниппеля. Шины 28 обкатываются по обойме 30 статора, а шины 23 - по обойме 31 сателлит-якоря.

На фиг.5 сателлит-якорь имеет несколько колес или шину 32, навернутую по винтовой линии (напоминает пожарный шланг). Шина 32 крепится пластинами 33 с винтами к корпусу 34 сателлит-якоря. Сжатый воздух (жидкая среда) в шину 32 подается через ниппель 35, который удерживает давление в ней постоянным. Выходной вал 36 имеет диски 37 с шинами 38, в которые сжатый воздух поступает через отверстия 39 и 40. На торце вала 36 имеется вертлюг 41 с впускным 42 и выхлопным 43 клапанным устройством и прибором 44 для показания давления в шинах. (На выходном валу могут устанавливаться не только диски с шинами, но и одна шина, навернутая по винтовой линии). Шина 38 обкатывается по обойме 45 сателлит-якоря. При повышении давления сжатого воздуха в шинах 38 корпус сателлит-якоря приподнимается вверх (см. фиг.5), а эксцентриситет е уменьшается. При понижении давления - наоборот. При изменении величины эксцентриситета «е» изменяется частота вращения выходного вала 36.

Рассмотрим пример

Внутренний диаметр обоймы 30, по которой обкатывается шина 32, принимаем D=60 мм, а внутренний диаметр обоймы 45, по которой обкатывается шина 38, d=20 мм, эксцентриситет е=1 мм, частоту вращения магнитного поля, соответствующую частоте вращения центра сателлит-якоря с радиусом, равным эксцентриситету е, за n=5000 об/мин, то передаточное число u фрикционной пары определится по формуле

после преобразования получим

Частота вращения выходного вала 36 будет

При увеличении эксцентриситета до е=4 мм получим

Частота вращения выходного вала 36 будет

Таким образом, предложенный планетарный электромотор-редуктор может использоваться с коробкой передачи и без нее. При этом если через клапанное устройство 43 выпустить сжатый воздух из шин 38, то вал 36 прекратит вращаться (произойдет пробуксовка). При заполнении шин 38 сжатым воздухом вал 38 придет во вращение, то есть этот механизм может использоваться как коробка сцепления.

На фиг.6 и 7 якорь 46 электродвигателя вращается соосно с осью статора 47. На коллектор 48 замыкаются щетки 49. Отличительной особенностью конструкции является то, что на выходном валу 50 имеется эксцентрично расположенная ось 51, на которой насажен подшипник 52, а на нем сидит сателлит 53. Сателлит 53 имеет зубчатые или гладкие резиношины или надувные колеса 54 и 55, первая ступень которого обкатывается по втулке корпуса или крышке 56 статора, а другая по колесу 57, переходящему в выходной вал 58.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и может использоваться в качестве электропривода в подводных лодках, батискафах, электромобилях, спутниковых системах и других механизмах, где требуются большие мощности при небольших габаритах привода. Технический результат заключается в уменьшении габаритов и веса привода за счет совмещения нескольких функций отдельными механизмами. Планетарный электромотор-редуктор содержит статор, по которому обкатывается сателлит-якорь. Сателлит-якорь имеет внутреннюю полость с размещенным в ней выходным валом и передаточным механизмом в виде коробки передач или специальных надувных шин, давление в которых создается за счет сжатого воздуха или жидкости и регулируется клапанным устройством. От давления в шинах изменяется эксцентриситет вращения сателлит-якоря, влияющий в широких пределах на передаточное отношение фрикционной пары механизма. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря, включающий в себя зубчатое колесо первой ступени планетарного редуктора, выполняющего функцию статора электродвигателя, и шестерню, выполняющую функцию сателлит-якоря, на котором установлен торцевой коллектор с токоподводящими и отводящими контактами, при этом торцевой коллектор вращается синхронно с сателлит-якорем, а их центры описывают окружность радиусом, равным их общему эксцентриситету, а зубчатые колесо и шестерни имеют катушки электромагнитов, смещающих сателлит-якорь относительно точки наибольшего вхождения зубьев друг в друга, или относительно точки контакта образованной фрикционной парой, при этом торцевой коллектор электродвигателя, имеющий возможность вращаться эксцентрично относительно корпуса, обеспечивает смещение фазы электродвижущей силы электродвигателя и замыкает катушки электромагнитов статора и сателлит-якоря, при этом шестерня сателлит-якоря покрыта материалом специального профиля, способного надеваться на зубья или детали фрикционной пары как чехлы и сниматься с них, а стальной сателлит-якорь электродвигателя заменен упругим материалом с вмонтированным в него постоянными магнитами или сердечниками с проводами, отличающийся тем, что упругий материал выполнен в виде надувных шин, заполненных сжатым воздухом (жидкой средой).

2. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря по п.1, отличающийся тем, что во внутреннем отверстии сателлит-якоря установлена коробка передач или устройство, позволяющее менять величину эксцентриситета вращения сателлит-якоря и частоту вращения выходного вала.

3. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря по п.1, отличающийся тем, что корпус коробки передач, размещенный во внутреннем отверстии сателлит-якоря, разборный.

4. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря по п.1, отличающийся тем, что переключение скоростей осуществляется толкателями, размещенными внутри выходного вала электродвигателя.

5. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря по п.1, отличающийся тем, что надувные шины, обхватывающие пластины постоянных магнитов или катушек электромагнитов, выполнены одно-цельными, а надувные полости могут соединяться между собой.

6. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря по п.1, отличающийся тем, что корпус коробки передач и сателлит-якоря имеют диски с надувными шинами.

7. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря по п.1, отличающийся тем, что корпус сателлит-якоря и выходной вал имеют надувные шины, расположенные по спирали.

8. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря по п.1, отличающийся тем, что, с целью устранения коробки передач и сцепления, выходной вал имеет отверстия для подвода сжатого воздуха (жидкой среды) и изменения давления в шинах.

9. Планетарный электромотор-редуктор с изменяющимся эксцентриситетом вращения сателлит-якоря по п.1, отличающийся тем, что изменение давления в шинах влияет на эксцентриситет вращения сателлит-якоря и частоту вращения выходного вала.

10. Планетарный электромотор-редуктор, включающий в себя статор, коллектор со щетками и ротор, вращающийся соосно с осью электродвигателя, отличающийся тем, что на конце выходного вала ротора имеется эксцентрично расположенная ось, на которой вращается сателлит с зубчатыми или гладкими резиношинами, или надувными колесами, первая ступень которого обкатывается по втулке корпуса или крышки двигателя, а вторая - по сопряженной поверхности выходного вала.

11. Планетарный электромотор-редуктор по п.10, отличающийся тем, что первая и вторая ступени могут размещаться на разных концах вала ротора.