ДВУХРОТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ПЕРЕМЕННЫМИ ОБОРОТАМИ И КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ Российский патент 2014 года по МПК H02K16/02 H02K7/116 F16H48/36 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и других механизмов, в которых необходимо изменение оборотов ведомого вала с изменением крутящего момента электродвигателя.

Известны различные пути изменения оборотов вала электродвигателя переменного тока. Основным способом плавного изменения оборотов является управление частотой питающего переменного тока с использованием преобразователей частоты. Этот способ описан в литературе. Например: Вольдек А.И. Электрические машины. Ленинград. Энергия, 1978, стр.571-572. Электродвигатель с двумя роторами с возможностью управления оборотами выходного вала описан также в патенте №2345468, заявка на патент №2010120484.

Недостатком способа управления частотой тока является большая стоимость преобразователей, их сложность, низкий КПД, ненадежность и то, что для преобразователей для электродвигателей большой мощности пока не создана надежная элементная база. Недостатком способа, описанного в патенте №2345468, является отсутствие возможности многократного увеличения крутящего момента на выходном валу при разгоне, недостатком механизма, описанного в заявке №2010120484 является его сложность, обусловленная наличием обгонной муфты.

Задачей изобретения является осуществление плавного изменения оборотов ведомого вала устройства с изменением передаточного отношения и крутящего момента в широком диапазоне скоростей в зависимости от нагрузки при оптимальном режиме вращения ротора электродвигателя на постоянных оптимальных оборотах и, как результат, достижение оптимальности разгонных характеристик, повышение коэффициента полезного действия, удешевление производства и упрощение управления.

Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению в электродвигателе в качестве преобразователя передаточного отношения используют дифференциальную передачу любого известного типа, имеющую один вход и два выхода, вход которой соединен с ротором электродвигателя, один из выходов, на который передается больший крутящий момент, соединен с ведомым валом, а второй выход соединен со вторым ротором, который индуктивно связан с ротором электродвигателя и при их взаимном вращении вырабатывает электроэнергию, а сила, возникающая при этом, изменением которой изменяя индуктивную связь между роторами можно управлять темпом разгона и скоростью вращения ведомого вала, частично блокируя передачу, стремится уменьшить взаимное относительное противоположное вращение ротора электродвигателя и второго ротора. При вращении ротора электродвигателя, соединенного с одним из центральных колес, вращение передается через пары сателлитов, свободно вращающиеся на водиле, жестко соединенные между собой, на второе центральное колесо, которое соединено с ведомым валом, а водило соединено со вторым ротором, индуктивно связанным с ротором электродвигателя, который при его вращении наводит во втором роторе электродвижущую силу и при наличии регулируемой нагрузки в его цепи с регулируемой силой частично блокирует передачу, увлекая второй ротор, заставляя весь дифференциальный механизм вращаться вокруг своей оси, стремясь уменьшить взаимное относительное вращение между роторами. Это приводит к увеличению оборотов ведомого вала и к возможности управления темпом изменения его оборотов, которые могут изменяться при изменении соотношения крутящего момента, зависящего от величины электрической нагрузки в цепи второго ротора и крутящего момента на ведомом валу, что позволяет при постоянных оптимальных оборотах ротора электродвигателя изменять в зависимости от нагрузки крутящий момент и обороты ведомого вала. При разгоне при наличии нагрузки на ведомом валу водило, соединенное со вторым ротором стремится к вращению в обратную сторону. Этому препятствует сила, увлекающая второй ротор, связанный с ротором электродвигателя индуктивно, так, как это происходит в электромагнитных муфтах. При изменении нагрузки на ведомом валу второй ротор будет стремиться к обратному вращению в соответствии с ее величиной, а сила между роторами увлекает второй ротор за ротором электродвигателя, препятствуя этому, и определяется электрической нагрузкой в цепи второго ротора. Обороты ведомого вала и крутящий момент также изменяются в соответствии с установленным балансом между силой, связывающей оба ротора, и величиной нагрузки на ведомом валу, а обороты ротора электродвигателя остаются оптимальными и неизменными.

Изобретение поясняется чертежом. Ротор электродвигателя 1 свободно вращается на валу, а его обмотка 2 связана индуктивно с обмоткой статора 3 и индуктивно связана с обмоткой второго ротора 4, установленной на водиле 5 дифференциальной передачи, иа котором установлены пары сателлитов 6 и 7, обкатывающиеся по двум центральным колесам различного диаметра 8 и 9. Центральное колесо 8 соединено с ведомым валом 10, а центральное колесо 9 свободно вращается на валу, но соединено с ротором электродвигателя 1. При вращении ротора электродвигателя 1, который передает вращение на центральное колесо 9, сателлиты вращают центральное колесо 8, а сила реакции стремится вращать водило 5 в сторону, обратную вращению ротора 1. Ток, который вырабатывается во втором роторе 4 при взаимном вращении ротора 1 и водила 5, на котором установлен второй ротор, увлекает второй ротор и водило дифференциала за ротором электродвигателя 1 с силой, пропорциональной электрической нагрузке в цепи второго ротора. Это приводит к замедлению качения сателлитов по центральным колесам, к уменьшению передаточного отношения и к разгону ведомого вала 10. При увеличении электрической нагрузки в цепи второго ротора увеличивается величина силы, увлекающей его за ротором электродвигателя, темп разгона выходного вала увеличивается. При уменьшении электрической нагрузки в цепи второго ротора увеличивается проскальзывание между роторами, передаточное отношение увеличивается, скорость ведомого вала уменьшается. При постоянной электрической нагрузке в цепи второго ротора изменение нагрузки на ведомом валу приводит к изменению оборотов и крутящего момента ведомого вала.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и других механизмов, в которых необходимо изменение крутящего момента и оборотов ведомого вала электродвигателя. Технический результат заключается в обеспечении оптимальных разгонных характеристик устройства, повышении коэффициента полезного действия и упрощении управления. Согласно изобретению в электродвигателе в качестве преобразователя передаточного отношения используют дифференциальную передачу, имеющую один вход и два выхода. Вход передачи соединен с ротором электродвигателя. Один из выходов, на который передается больший крутящий момент, соединен с ведомым валом, а второй выход соединен со вторым ротором, который индуктивно связан с ротором электродвигателя. Изменением скорости вращения ведомого вала управляют, изменяя электрическую нагрузку в цепи второго ротора. 1 ил.

Двухроторный электродвигатель с переменными оборотами и крутящим моментом, в котором в качестве преобразователя передаточного отношения используют дифференциальную передачу, имеющую один вход и два выхода, передающих различный крутящий момент, отличающийся тем, что вход дифференциальной передачи соединен с ротором электродвигателя, один из выходов, на который передается больший крутящий момент, соединен с ведомым валом, а второй выход соединен со вторым ротором, индуктивно связанным с ротором электродвигателя, при этом крутящим моментом и изменением скорости вращения ведомого вала электродвигателя управляют, изменяя электрическую нагрузку в цепи второго ротора.