Изобретение относится к области транспортного машиностроения и других механизмов, в которых необходимо изменение оборотов ведомого вала с изменением крутящего момента электродвигателя.The invention relates to the field of transport engineering and other mechanisms in which it is necessary to change the speed of the driven shaft with a change in the torque of the electric motor.
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.There are various ways of changing the revolutions of the shaft of an AC motor. The main way to smoothly change speed is to control the frequency of the AC supply using frequency converters. This method is described in the literature. For example: Voldek A.I. Electric cars. Leningrad. Energy, 1978, pp. 571-572. An electric motor with two rotors with the ability to control the speed of the output shaft is also described in patent No. 2345468, patent application No. 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.The disadvantage of the method of controlling the frequency of the current is the high cost of the converters, their complexity, low efficiency, unreliability and the fact that for converters for electric motors of high power a reliable elemental base has not yet been created. The disadvantage of the method described in patent No. 2345468 is the inability to repeatedly increase the torque on the output shaft during acceleration, the disadvantage of the mechanism described in application No. 2012020484 is its complexity due to the presence of an overrunning clutch.
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.The objective of the invention is the implementation of a smooth change in the revolutions of the driven shaft of the device with a change in gear ratio and torque in a wide speed range depending on the load with the optimal rotation mode of the electric motor rotor at constant optimal revolutions and, as a result, achieving optimality of the accelerating characteristics, increasing the efficiency, Cheaper production and simplified management.
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.This goal is achieved by the fact that according to the invention, a differential gear of any known type having one input and two outputs, the input of which is connected to the rotor of the electric motor, is used as a gear ratio converter in the electric motor, one of the outputs to which more torque is transmitted is connected to the follower the shaft, and the second output is connected to the second rotor, which is inductively coupled to the rotor of the electric motor and when they are mutually rotated generates electricity, and the force that arises , Which change modifying the inductive coupling between the rotors can be controlled and the rate of acceleration of output shaft rotational speed, partially blocking the transmission tends to reduce the relative mutual opposite rotation of the motor rotor and the second rotor. During rotation of the rotor of an electric motor connected to one of the central wheels, the rotation is transmitted through pairs of satellites freely rotating on a carrier rigidly connected to each other to a second central wheel, which is connected to a driven shaft, and the carrier is connected to a second rotor inductively coupled to the rotor an electric motor, which, when it rotates, induces an electromotive force in the second rotor and, in the presence of an adjustable load in its circuit with an adjustable force, partially blocks the transmission, entraining the second rotor, forcing The entire differential mechanism rotates around its axis, trying to reduce the relative relative rotation between the rotors. This leads to an increase in the revolutions of the driven shaft and to the possibility of controlling the rate of change of its revolutions, which can change when the ratio of the torque depends on the magnitude of the electric load in the circuit of the second rotor and the torque on the driven shaft, which allows changing at constant optimal revolutions of the electric motor rotor depending on the load, the torque and revolutions of the driven shaft. During acceleration in the presence of a load on the driven shaft, the carrier connected to the second rotor tends to rotate in the opposite direction. This is prevented by the force that carries away the second rotor inductively connected to the rotor of the electric motor, as it happens in electromagnetic couplings. When the load on the driven shaft changes, the second rotor will tend to reverse rotation in accordance with its value, and the force between the rotors carries the second rotor behind the electric motor rotor, preventing this, and is determined by the electric load in the circuit of the second rotor. The revolutions of the driven shaft and the torque also change in accordance with the established balance between the force connecting the two rotors and the load on the driven shaft, and the rotor speed of the electric motor rotor remains optimal and unchanged.
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.The invention is illustrated in the drawing. The rotor of the electric motor 1 rotates freely on the shaft, and its winding 2 is inductively connected to the stator winding 3 and inductively connected to the winding of the second rotor 4 mounted on the differential gear carrier 5, on which pairs of satellites 6 and 7 are installed, rolling around two central wheels of different diameters 8 and 9. The central wheel 8 is connected to the driven shaft 10, and the central wheel 9 rotates freely on the shaft, but is connected to the rotor of the electric motor 1. When the rotor of the electric motor 1 rotates, which transfers the rotation to the central e wheel 9, the satellites rotate the central wheel 8, and the reaction force tends to rotate the carrier 5 in the direction opposite to the rotation of the rotor 1. The current that is generated in the second rotor 4 during the mutual rotation of the rotor 1 and the carrier 5, on which the second rotor is mounted, carries away the second the rotor and the differential carrier behind the rotor of the electric motor 1 with a force proportional to the electric load in the circuit of the second rotor. This leads to a slowdown in the rolling of the satellites along the central wheels, to a reduction in the gear ratio and to acceleration of the driven shaft 10. With an increase in the electric load in the circuit of the second rotor, the magnitude of the force pulling it behind the rotor of the electric motor increases, the acceleration rate of the output shaft increases. With a decrease in the electrical load in the circuit of the second rotor, the slip between the rotors increases, the gear ratio increases, the speed of the driven shaft decreases. With a constant electric load in the circuit of the second rotor, a change in the load on the driven shaft leads to a change in the revolutions and torque of the driven shaft.