Устройство преобразующее обороты и момент вращения двигателя Российский патент 2020 года по МПК F16H35/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на транспорте и в других областях техники.

Недостатком зубчатых редукторов является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии постоянно, двигатель в большинстве случаев не работает на оптимальном режиме, при этом ухудшается экономичность, увеличиваются нагрузки на двигатель и элементы трансмиссии. Внесение в конструкцию технологически сложных устройств, ступенчатых или бесступенчатых преобразователей передаточного отношения, а также специальных устройств, например, гидромоторов, приводят к удорожанию конструкции и к уменьшению степени надежности. Недостатками известных решений, описанных в Патенте RU №2304735 и в Патенте RU №2333405, являются сложность конструкции и неоптимальный режим работы в процессе изменения передаточного отношения. Патент RU №2527625 содержит сложное устройство в электродвигателе - второй, внутренний ротор. Известна возможность управления оборотами электродвигателя с помощью частотного регулирования. Однако при частотном управлении невозможно кардинально увеличить крутящий момент. Также известны различные схемы устройств синхронных электродвигателей. Они описаны в технической литературе. Например: Лищенко А.И. Синхронные двигатели с автоматическим регулированием возбуждения. Киев. Издательство «Техника» 1969, Копылов И.П. Электрические машины - 2-е издание, переработанное - Москва: Высшая школа; Логос, 2000, также в Ключев В.И. Теория электропривода. - Москва: Энергоатомиздат 1985. Наряду с многими положительными качествами электродвигателей они имеют главный недостаток, ограничивающий их применение, это сложность в широких пределах изменять частоту вращения.

Задачей изобретения является достижение изменения в широких пределах оборотов и крутящего момента на выходном валу устройства.

Поставленная цель достигается тем, что вал двигателя соединен с ротором генератора установленном на валу, или с его статором, и с индуктором или с якорем электроиндукционной муфты, также установленном на валу двигателя, и с входом планетарного дифференциала. Один из выходов дифференциала соединен с ведомым валом, а второй с ответной частью генератора и ответной частью электроиндукционной муфты, при этом эти элементы имеют возможность вращаться на валу так, что генератор и электроиндукционная муфта образуют электрическую машину двойного вращения. Генератор, вырабатывая электрический ток, питает обмотку возбуждения индуктора электроиндукционной муфты и, в случае, если двигатель электрический, может питать якорь электродвигателя. В этом случае возможно электрическое соединение этих элементов без скользящих колец и электрических контактов, а управление током возбуждения электроиндукционной муфты, если в конкретной конструкции машины это необходимо, может быть дистанционным. При вращении вала двигателя возникает сила сцепления между статором и ротором генератора и сила сцепления между индуктором и якорем электроиндукционной муфты, направленные в сторону противоположную вращения двигателя. Тогда второй выход дифференциала, который с ними связан, тормозится, частично блокируя дифференциал. При этом ведомый вал ускоряется, потому что вращение в большей мере передается за счет вращения всего механизма вокруг оси. При увеличении нагрузки на ведомом валу, он тормозится, и вращение в большей мере передается через шестерни дифференциала, при этом увеличивается передаточное отношение и момент вращения на ведомый вал. Также увеличивается скольжение в генераторе и электроиндукционной муфте и, в результате, с увеличением силы Ампера, еще в большей степени увеличивается момент вращения на ведомом валу. Если якорь электродвигателя имеет источник питания, например, если двигатель синхронный, и его возбуждение производится от внешнего источника тока, генератор в устройстве может отсутствовать, а возбуждение в электроиндукционной муфте может производиться от источника возбуждения двигателя.

Изобретение поясняется чертежом, на котором, для примера показана схема механизма. Вал 2 двигателя 1 соединен с ротором генератора возбуждения 3, с якорем электроиндукционной муфты 4 и центральным колесом планетарного дифференциала 10. Венец дифференциала 7 соединен с статором генератора 5 и индуктором электроиндукционной муфты 6 и свободно вращается на валу 2.водило дифференциала 9 с сателлитами 8 соединено с ведомым валом 11. При вращении вала привода 2 центральное колесо 10 передает вращение на водило с сателлитами 9, которое передает вращение на ведомый вал 11, и на венец 7, который связан с статором генератора 5 и с индуктором электроиндукционной муфты 6. Венец стремится вращаться в обратную сторону относительно направления вращения двигателя, но силой индукции увлекается за ротором генератора и якорем электроиндукционной муфты, которые соединены с валом двигателя. Дифференциал частично блокируется, и весь механизм начинает вращаться вокруг оси двигателя. Но в то же время частично вращение передается и через шестерни дифференциала с повышенным передаточным отношением и крутящим моментом. Скорость вращения и крутящий момент на ведомом валу определяются соотношением нагрузки на ведомый вал и суммы сил сцепления элементов электроиндукционной муфты и генератора. При увеличении нагрузки на выходном валу 11, выходной вал тормозится, скольжение между статором и ротором генератора и между якорем и индуктором электроиндукционной муфты увеличивается, При этом на выходном валу будет уменьшаться скорость его вращения, а крутящий момент будет увеличиваться.

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство, преобразующее обороты и момент вращения двигателя, содержит двигатель, соединенный с механизмом, состоящим из планетарного дифференциала, имеющего один вход и два выхода, вход которого соединен с двигателем, один выход соединен с ведомым валом, а второй выход соединен с силовой электроиндукционной муфтой скольжения, являющейся электрической машиной двойного вращения, свободно вращающейся на валу, ответная часть которой, якорь или индуктор, соединена с валом двигателя, а также с генератором электрического тока, также являющегося электрической машиной двойного вращения, ответная часть которого, ротор или статор, установлена на валу двигателя и соединена с ним, а возникающая, в результате вращения вала двигателя и при наличии нагрузки на ведомом валу между статором и ротором, а также между якорем и индуктором, сила электроиндукционного взаимодействия частично блокирует дифференциал и заставляет вращаться весь механизм вокруг оси, что приводит к увеличению скорости вращения ведомого вала, а при увеличении нагрузки на ведомый вал, который при этом тормозится, приводит к увеличению передачи движения через шестерни дифференциала и, в результате, к увеличению передаточного отношения и момента вращения от двигателя к валу. Обеспечивается расширение диапазона изменения оборотов и момента вращения устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство, преобразующее обороты и момент вращения двигателя, отличающееся тем, что двигатель соединен с механизмом, состоящим из планетарного дифференциала, имеющего один вход и два выхода, вход которого соединен с двигателем, один выход соединен с ведомым валом, а второй выход соединен с силовой электроиндукционной муфтой скольжения, являющейся электрической машиной двойного вращения, свободно вращающейся на валу, ответная часть которой, якорь или индуктор, соединена с валом двигателя, а также с генератором электрического тока, также являющегося электрической машиной двойного вращения, ответная часть которого, ротор или статор, установлена на валу двигателя и соединена с ним, а возникающая, в результате вращения вала двигателя и при наличии нагрузки на ведомом валу, между статором и ротором, а также между якорем и индуктором сила электроиндукционного взаимодействия частично блокирует дифференциал и заставляет вращаться весь механизм вокруг оси, что приводит к увеличению скорости вращения ведомого вала, а при увеличении нагрузки на ведомый вал, который при этом тормозится, приводит к увеличению передачи движения через шестерни дифференциала и, в результате, к увеличению передаточного отношения и момента вращения от двигателя к валу.

2. Устройство, преобразующее обороты и момент вращения двигателя, по п. 1, отличающееся тем, что скорость вращения ведомого вала устанавливается в зависимости от соотношения нагрузки на ведомом валу и от сил электрической индукции, частично блокирующих дифференциал.

3. Устройство, преобразующее обороты и момент вращения двигателя, по п. 1, отличающееся тем, что генератор в устройстве предназначен для обеспечения питания электрическим током электроиндукционной муфты, а в случае необходимости управление током возбуждения от генератора к электроиндукционной муфте может осуществляться дистанционно любым из известных из уровня техники способов.

4. Устройство, преобразующее обороты и момент вращения двигателя, по п. 1, отличающееся тем, что в случае, если используется в качестве привода электродвигатель, имеющий индуктор, размещенный на роторе, например синхронный электродвигатель, генератор может также обеспечивать током его обмотку возбуждения.

5. Устройство, преобразующее обороты и момент вращения двигателя, по п. 1, отличающееся тем, что в случае использования для привода электродвигателя, имеющего ротор с индуктором, питание которого осуществляется от автономного источника питания, генератор может в схеме отсутствовать, а ток возбуждения электроиндукционной муфты может поступать от цепи питания ротора электродвигателя.