ДИНАМОТОР СО ВСТРОЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ СКОРОСТИ
DYNAMOTOR WITH BUILT-IN SPEED CONVERTER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к динамотору со встроенным преобразователем скорости, имеющему для статора, образованного расположенными кольцом постоянными магнитами или электромагнитами в качестве возбуждающих магнитов, по меньшей мере, один ротор, установленный с возможностью вращения на центральный вал для вращения по часовой стрелке, по меньшей мере, с одним из ведущего диска и ведущего зубчатого колеса с одной осевой стороны от центра кольцевого статора и, по меньшей мере, один ротор, установленный с возможностью вращения на центральный вал для вращения против часовой стрелки, по меньшей мере, с одним из ведущего диска и ведущего зубчатого колеса с другой осевой стороны от центра кольцевого статора, причем динамотор со встроенным преобразователем скорости имеет конструкцию, в которой на участке, окруженном ведущим диском или ведущим зубчатым колесом ротора, выполненного с возможностью вращения по часовой стрелке, и ведущим диском или ведущим зубчатым колесом ротора, выполненного с возможностью вращения против часовой стрелки, предусмотрено некоторое пространство, и радиальную полость статора, а когда тяговый ролик или тяговое зубчатое колесо, через который или которое проходит ведущий вал, вводится в предусмотренное пространство, тяговый ролик вступает в контакт с ведущим диском, подвергаясь воздействию стяжки и тем самым - вращению, а тяговое зубчатое колесо вступает в контакт с ведущим зубчатым колесом, подвергаясь воздействию стяжки и тем самым - вращению, вследствие чего на ведущий вал, который проходит через тяговый ролик или тяговое зубчатое колесо, можно выдавать выходную мощность.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В патентном документе 6 предложена система, в которой тяговый ролик введен в пространство между дисками, противоположными и выполненными расположенными с возможностью вращения противоположно друг другу, образуя бесступенчато регулируемый преобразователь скорости. В этом случае описание электродвигателя для привода дисков, которые выполнены с возможностью вращения противоположно друг другу, не приводится, и поэтому четкое изложение взаимосвязи между пластинами дисков и электродвигателем отсутствует.
В патентном документе 2 предложен бесступенчато регулируемый преобразователь скорости, имеющий несколько тонких динамоторов большого диаметра, соединенных посредством центрального вала и выполненных с возможностью вращения противоположно друг другу, для использования в качестве ведущих электродвигателей в электромобиле, в котором тяговый ролик, пронизанный ведущим валом, вводится в пространство между фрикционной пластиной, служащей в качестве боковой пластины ротора верхнего ведущего электродвигателя, и фрикционной пластиной, служащей в качестве боковой пластины ротора нижнего ведущего электродвигателя, таким образом, что вступает в контакт с верхней и нижней фрикционной пластинами, вследствие чего тяговый ролик вращается, а на ведущий вал выдается крутящий момент. В литературе, фрикционные пластины, образующие пространство, в которое вводится тяговый ролик, описаны для роторов соответственных верхнего и нижнего электродвигателей с указанием того, что динамоторы являются независимыми и отделенными друг от друга. Соответственно, бесступенчато регулируемый преобразователь скорости состоит из расположенных в направлении центрального вала, по меньшей мере, трех конструкций упомянутых, по меньшей мере, двух независимых динамоторов и регулируемой передачи, занимающей пространство между динамоторами и - когда она установлена, например, под полом кабины в транспортном средстве как устройство для привода транспортного средства - занимает пространство примерно 50 см или более, накладывая ограничение из-за толщины устройства в целом в направлении центрального вала динамоторов, так что высоту пола кабины в транспортном средстве приходится задавать соответствующий значительно более высокому положению по сравнению с сиденьем водителя.
В патентном документе 4 предложен динамотор, внутри и/или вокруг которого находятся тяговые зубчатые колеса, обеспечивая преобразование скорости с помощью компактного механизма. В патентном документе 5 предложена система привода, в которой группа тяговых зубчатых колес вокруг динамотора эффективно переключаются таким образом, что система привода в целом оказывается более компактной и подготавливаемой к работе с устанавливаемым по центру динамотором.
В патентном документе 3 предложена система электродвигателя с тороидальным сердечником, имеющая большой диаметр, несколько уменьшающийся в направлении центрального вала. В случае обычных методов формирования якоря путем пробивки магнитной стали, поскольку листы обычной магнитной стали имеют габариты квадрата со стороной примерно 60 см, трудно сформировать электродвигатель, имеющий диаметр, превышающий примерно 60 см. Электродвигатели с тороидальными сердечниками, в которых возможно применение ленточного сердечника, можно легко изготовить имеющими большой диаметр, превышающий примерно 60 см. С другой стороны, однако, трудно устанавливать ленточный сердечник, используемый в таких электродвигателях с тороидальными сердечниками, в колпак (включающий в себя наружный участок, такой, как корпус или кожух, и внутренний участок, если ленточный сердечник выполнен с возможностью вращения), в отличие от кожуха, формируемого путем пробивки пластин из магнитной стали. В патентном документе 3 речь идет об использовании установочного инструмента, служащего также в качестве участка магнитного полюса, например, для сверления установочного отверстия в ленточном сердечнике, вследствие чего ленточный сердечник можно устанавливать в колпак таким образом, что ухудшение свойств не происходит. В частности, в патентном документе 3 представлен пример установочного инструмента, служащего также в качестве участка магнитного полюса, о чем недвусмысленно сказано в абзаце 0050 и что показано на фиг.13, при этом почти половина установочного инструмента, служащего также с качестве участка магнитного полюса, состоит из немагнитного материала. Это весьма полезно для случая, в котором расстояние между тороидальным сердечником и мишенью, на которую тороидальный сердечник установлен, весьма велико, как в данном изобретении, вследствие чего можно сэкономить магнитный материал.
В патентном документе 1, который до сих пор еще не опубликован, описан динамотор со встроенным преобразователем скорости, аналогичный тому, который соответствует данному изобретению. В данном изобретении добавлены три примера к тем, которые приведены в патентном документе 1.
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Патентный документ 1: JP5878662
Патентный документ 2: JP5432408
Патентный документ 3: JP5292656
Патентный документ 4: JP2010-263761
Патентный документ 5: JP2002-204504
Патентный документ 6: JPH05-263888
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
В бесступенчато регулируемом преобразователе скорости, предложенном в патентном документе 2 и включающем в себя несколько динамоторов, которые выполнены с возможностью вращения противоположно друг другу, и имеют вставленный между ними тяговый ролик, эффект маховика, обуславливаемый его большим диаметром, затрудняет быстрое изменение скорости вращения, но быстрое преобразование скорости посредством бесступенчато регулируемого преобразователя скорости может решить задачу. Такое быстрое изменение скорости вращения динамотора также может приводить к потреблению аномального тока не энергосберегающим образом, но бесступенчато регулируемый преобразователь скорости может быстро изменять скорость вращения ведущего вала без изменения скорости вращения динамотора с целью рационального использования энергии. Вместе с тем, поскольку компоновка требует, по меньшей мере, двух динамоторов, а бесступенчато регулируемый преобразователь скорости, состоящий из тягового ролика, находится на участке, контактирующем с наружным из динамоторов, причем каждый занимает независимое пространство, трудно сделать динамоторы тонкими и более компактными в направлении центрального вала. Поэтому задача данного изобретения заключается в рассмотрении такой традиционной компоновки, включающей в себя, по меньшей мере, два динамотора и преобразователь скорости, а значит - и в разработке новой компоновки, в которой весь динамотор в целом, включающий в себя преобразователь скорости, сделан меньшим и более компактным в направлении центрального вала.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Для статора, образованного расположенными кольцом постоянными магнитами или электромагнитами, на участке, окруженном, по меньшей мере, одним ротором, выполненным с возможностью вращения по часовой стрелке, по меньшей мере, с одним из ведущего диска и ведущего зубчатого колеса, и по меньшей мере, одним ротором, выполненным с возможностью вращения против часовой стрелке, по меньшей мере, с одним из ведущего диска и ведущего зубчатого колеса, предусмотрено пространство и имеется радиальная полость статора, а когда, по меньшей мере, один тяговый ролик или тяговое зубчатое колесо, пронизанный или пронизанное ведущим валом, вводится в предусмотренное пространство, вступая в контакт с ведущими дисками или ведущими зубчатыми колесами, тяговый ролик или тяговое зубчатое колесо подвергается воздействию стяжки со стороны контактирующих ведущих дисков или ведущих зубчатых колес роторов и поэтому оказывается возможной выдача крутящего момента на ведущий вал, вследствие чего всю конструкцию в целом, включая преобразователь скорости, можно сделать более компактной.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В компоновке бесступенчато регулируемого преобразователя скорости, предложенного в патентном документе 2, толщину роторов в направлении центрального вала уменьшить нельзя, а также есть фактор, который обуславливает возросшие требования технического обслуживания, такой, как точное регулирование при объединении нескольких динамоторов и бесступенчато регулируемого преобразователя скорости. Вместе с тем, в соответствии с данным изобретением, в состав конструкции входят роторы, выполненные с возможностью вращения противоположно друг другу, а в один динамотор встроен, по меньшей мере, один из тягового ролика и тягового зубчатого колеса для преобразования скорости, вследствие чего можно достичь значительно большей компактификации. В дополнение к этому, тяговый ролик, находящийся в контакте с ведущим диском, или тяговое зубчатое колесо, находящееся в контакте с ведущим зубчатым колесом, встроенных роторов может - посредством своего диаметра - всегда поддерживать надлежащий воздушный зазор между возбуждающими магнитами, находящимися в статоре, и магнитами в роторах, даже когда динамотор подвергается воздействию давления извне, что приводит к демонстрации выгодного эффекта, такого, как значительное уменьшение количества частей, которые нужно регулировать во время изготовления и/или технического обслуживания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показана базовая конструкция динамотора со встроенным преобразователем скорости, соответствующая данному изобретению. То есть, статор с находящимися в нем возбуждающими магнитами и роторами, выполненными с возможностью вращения, соответственно, по часовой стрелке и против часовой стрелки, со статором, предусмотренным между ними, образуют пространство, в котором противоположные роторы выполнены с возможностью вращения противоположно друг другу. В пространстве, в котором друг против друга находятся, по меньшей мере, два ротора, выполненные с возможностью вращения противоположно друг другу, имеется, по меньшей мере, один из тягового ролика и тягового зубчатого колеса, пронизанного ведущим валом, периферийный участок которого находится в контакте с ротором, выполненным с возможностью вращения по часовой стрелке, и ротором, выполненным с возможностью вращения против часовой стрелки, и который может подвергаться воздействию стяжки со стороны роторов и тем самым - вращению с целью выдачи крутящего момента на ведущий вал. Отметим, что на многих из чертежей, включая фиг.1, ведущий диск, с которым вступает в контакт тяговый ролик, ведущее зубчатое колесо, с которым вступает в контакт тяговое зубчатое колесо, корпус и/или кожух, накрывающий весь динамотор в целом, источник питания и/или электрические провода могут быть не показаны, так что при недвусмысленной иллюстрации путаница в понимание основной конфигурации вноситься не будет.
На фиг.2 показан тороидальный сердечник с проводом, обвитым вокруг ленточного сердечника. Тороидальный сердечник выгоден для изготовления якоря большого диаметра. Катушка тороидального сердечника соединена с источником питания для генерирования вращающегося магнитного поля посредством механизма коллектора или контактного кольца, установленного вокруг центрального вала.
На фиг.3(A) представлен вид в плане для случая, в котором тороидальный сердечник, выполненный с возможностью вращения по часовой стрелке, удерживается установочным инструментом, служащим также с качестве участка магнитного полюса, о котором идет речь в патентном документе 3 и который установлен на центральный вал посредством подшипника. На фиг.3(B) представлено сечение тороидального сердечника и установочного инструмента.
На фиг.4(A) представлен вид в плане кожуха, в котором тороидальный сердечник, выполненный с возможностью вращения против часовой стрелки, удерживается установочным инструментом, служащим также с качестве участка магнитного полюса, о котором идет речь в патентном документе 3 и который установлен на центральный вал посредством подшипника. Отметим, что ведущий диск не показан на фиг.4 A), поскольку это помешало бы рассмотреть установочный инструмент. На фиг.4(B) представлено сечение тороидального сердечника и установочного инструмента.
На фиг.5(A) представлен вид в плане статора, образованного путем расположения возбуждающих магнитов в кольцевом немагнитном материале. На участке, соответствующем диаметру статора, расположены, будучи пронизанными ведущим валом, три тяговых ролика, используемые для осуществления привода переднего хода, один тяговый ролик, используемый для осуществления привода заднего хода, и один ролик регулирования воздушного зазора. Тяговые ролики находятся в контакте с ведущим диском ротора. Ролик регулирования воздушного зазора вращается, находясь в контакте с ведущим диском ротора, для поддержания воздушного зазора между магнитами статора и магнитами роторов должным образом. Соединение и разъединение между несколькими тяговыми роликами, находящимися в контакте с ведущим диском ротора и подвергающимися воздействию стяжки с целью вращения, и ведущим валом осуществляется избирательно посредством включения и отключения электропитания. На фиг.5(B) показан возбуждающий магнит, внедренный на участке статора, соответствующем линии a-a'. На фиг.5(C) показано сечение статора и тяговых роликов, пронизанных ведущим валом, так что соединение и разъединение с ведущим валом можно осуществлять избирательно посредством устройства включения и отключения электропитания.
На фиг.6 представлено сечение динамотора со встроенным преобразователем скорости, включающего в себя пронизанные ведущим валом три тяговых ролика, выполненные с возможностью подвергаться воздействию стяжки со стороны введенного в контакт ведущего диска ротора для осуществления привода переднего хода, один тяговый ролик - для осуществления привода заднего хода, и один ролик регулирования воздушного зазора, выполненный с возможностью вращения, находясь в контакте с ведущим диском, для поддержания воздушного зазора между магнитами статора и магнитами роторов надлежащим образом. Этот пример демонстрирует компоновку динамотора со встроенным преобразователем скорости, допускающего осуществление трехскоростного привода переднего хода и односкоростного привода заднего хода, в которой соединение и разъединение между ведущим валом и тяговыми роликами осуществляется избирательно устройством включения и отключения электропитания.
На фиг.7(A) представлен вид в плане статора, образованного путем расположения возбуждающих магнитов в кольцевом немагнитном материале. На участке, соответствующем диаметру плоскости, образованной статором, три тяговых зубчатых колеса, используемых для осуществления привода переднего хода, одно тяговое зубчатое колесо, используемое для осуществления привода заднего хода, и зубчатое колесо регулирования воздушного зазора скомпонованы так, что пронизаны ведущим валом и выполнены с возможностью подвергаться воздействию стяжки со стороны находящегося в контакте ведущего зубчатого колеса ротора и тем самым - вращению. Соединение и разъединение между ведущим валом и тяговыми зубчатыми колесами осуществляется избирательно устройством включения и отключения электропитания. На фиг.7(B) показан возбуждающий магнит, внедренный на участке статора, соответствующем линии a-a'. На фиг.7(C) показано сечение статора и тяговых зубчатых колес, пронизанных ведущим валом, так что соединение и разъединение с ведущим валом может быть осуществлено избирательно устройством включения и отключения электропитания.
На фиг.8 представлено сечение динамотора со встроенным преобразователем скорости, включающего в себя три тяговых зубчатых колеса, пронизанных ведущим валом и выполненных с возможностью подвергаться воздействию стяжки со стороны находящегося в контакте ведущего зубчатого колеса ротора для осуществления привода переднего хода, одно тяговое зубчатое колесо для осуществления привода заднего хода, и зубчатое колесо регулирования воздушного зазора. Этот пример демонстрирует компоновку динамотора со встроенным преобразователем скорости, допускающего осуществление трехскоростного привода переднего хода и односкоростного привода заднего хода, в которой соединение и разъединение между ведущим валом и тяговыми роликами осуществляется избирательно устройством включения и отключения электропитания.
На фиг.9(A) показан один тяговый ролик, имеющий механизм, выполненный с возможностью произвольного скольжения по пронизывающему ведущему валу в направлении диаметра статора, и два ролика регулирования воздушного зазора для поддержания воздушного зазора между магнитами статора и магнитами роторов надлежащим образом. На фиг.9(B) показан возбуждающий магнит, внедренный на участке статора, соответствующем линии a-a'. На фиг.9(C) показано сечение статора и тягового ролика, выполненного с возможностью скольжения по ведущему валу, и роликов регулирования воздушного зазора для поддержания воздушного зазора между магнитами роторов и магнитами статора надлежащим образом.
На фиг.10 представлено сечение динамотора со встроенным преобразователем скорости, имеющего конструкцию, в которой скомпонованы один тяговый ролик, пронизанный ведущим валом, выполненный с возможностью скольжения в направлении диаметра статора и образующий бесступенчато регулируемый преобразователь скорости, и один ролик регулирования воздушного зазора для поддержания воздушного зазора между магнитами статора и магнитами роторов.
На фиг.11(A) представлен вид в плане участка тороидального сердечника. На фиг.11(B) показано, что полярность, возникающая на участке магнитного полюса тороидального сердечника, является одной и той же в любом направлении, в отличие от обычной сосредоточенной обмотки.
На фиг.12 показан возможный динамотор со встроенным преобразователем скорости, включающий в себя несколько роторов, выполненных с возможностью вращения по часовой стрелке, и несколько роторов, выполненном с возможностью вращения против часовой стрелки.
На фиг.13(A) показан пример, в котором постоянные магниты находятся в каждом из роторов, выполненном с возможностью вращения по часовой стрелке. На фиг.13(B) показан пример, в котором электромагниты с сосредоточенными обмотками размещены в качестве возбуждающих магнитов в статоре. На фиг.13(C) показан пример, в котором постоянные магниты находятся в каждом из роторов, выполненном с возможностью вращения против часовой стрелки.
На фиг.14(A) представлено сечение вокруг ведущего вала для случая, в котором электромагниты с сосредоточенными обмотками используются в качестве возбуждающих магнитов в статоре, а постоянные магниты используются в роторах, выполненных с возможностью вращения противоположно друг другу. На фиг.14(B) представлено сечение для случая, в котором электромагниты с сосредоточенными обмотками используются в качестве возбуждающих магнитов в статоре, а постоянные магниты используются в роторах, выполненных с возможностью вращения противоположно друг другу, на котором можно показать электромагниты.
На фиг.15(A) показан пример, в котором постоянные магниты находятся в каждом из роторов, выполненных с возможностью вращения по часовой стрелке. На фиг.15(B) показан пример, в котором возбуждающие магниты с сосредоточенными обмотками, показанные на фиг.13, заменены возбуждающими магнитами из двух тороидальных сердечников. На фиг.15(C) показан пример, в котором постоянные магниты находятся в каждом из роторов, выполненных с возможностью вращения против часовой стрелки.
На фиг.16(A) представлено сечение, причем это сечение включает в себя ведущий вал, соответствующий данному изобретению, для случая, в котором возбуждающие магниты из двух тороидальных сердечников используются в статоре, а постоянные магниты используются в роторах. На фиг.16(B) представлено сечение, причем это сечение включает в себя не ведущий вал, а установочный инструмент, соответствующий данному изобретению, для случая, в котором возбуждающие магниты из двух тороидальных сердечников используются в статоре, а постоянные магниты используются в роторах.
На фиг.17 показан пример, в котором предусмотрен вал, простирающийся в направлении, перпендикулярном ведущему валу, а в дополнение к валу предусмотрено зубчатое колесо регулирования воздушного зазора. Такая дополнительная оснастка также может быть предусмотрена в комбинации тягового ролика и ролика регулирования воздушного зазора.
На фиг.18(A) представлен вид в плане статора, образованного путем размещения возбуждающих магнитов в кольцевом немагнитном материале. На участке, соответствующем диаметру плоскости, образованной статором, три тяговых зубчатых колеса, используемых для осуществления привода на передние колеса, и три тяговых зубчатых колеса, используемые для осуществления привода на задние колеса, скомпонованы так, что пронизаны ведущим валом и выполнены с возможностью подвергаться воздействию стяжки со стороны находящегося в контакте ведущего зубчатого колеса ротора и тем самым - вращению - для достижения системы полного привода. Соединение и разъединение между ведущим валом и тяговыми зубчатыми колесами осуществляется избирательно устройством включения и отключения электропитания. На фиг.18(B) показан возбуждающий магнит, внедренный на участке статора, соответствующем линии a-a'. На фиг.18(C) показано сечение статора и тяговых зубчатых колес, пронизанных ведущим валом таким образом, что соединение и разъединение с ведущим валом может быть осуществлено избирательно устройством включения и отключения электропитания.
На фиг.19 показан пример, в котором динамотор со встроенным преобразователем скорости, соответствующий данному изобретению, имеющий преобразователь скорости для трехскоростного привода переднего хода и односкоростного привода заднего хода, установлен под полом кабины в автотранспортном средстве.
На фиг.20 показан пример, в котором динамотор со встроенным преобразователем скорости, соответствующий данному изобретению, имеющий тяговые ролики, которые могут изменять скорость вращения четырех колес независимо для осуществления рулевого управления с приводом на четыре колеса (4WS), установлен под полом кабины в автотранспортном средстве.
На фиг.21 показан пример вертолета, в котором динамотор со встроенным преобразователем скорости, соответствующий данному изобретению, который может выдавать разные скорости вращения на ведущие валы в четырех направлениях, установлен на центральном участке, а снаружи от него на четырех участках находятся несущие винты.
На фиг.22 (A) представлен вид спереди авианосца. На фиг.22(B) представлен вид в плане авианосца, который включает в себя - на центральном участке внутри авианосца - три динамотора со встроенным преобразователем скорости, соответствующих данному изобретению, имеющих ведущие валы, которые могут выдавать разные скорости вращения независимо в четырех направлениях и выполнены с 12 каналами, проходящими от палубы корпуса авианосца к днищу авианосца и имеющими несущие винты. На фиг.22(C) представлен вид сбоку авианосца.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель данного изобретения достигается посредством компоновки, в которой комплект роторов, выполненных с возможностью вращения противоположно друг другу, при этом один из ведущего диска и ведущего зубчатого колеса среди нескольких роторов противоположны друг другу, а на участке с радиальной полостью статора образовано пространство, в котором тяговый ролик или тяговое зубчатое колесо, пронизанный или пронизанные ведущим валом, установлен или установлено таким образом, что его периферийный участок вступает в контакт с ведущим диском или ведущим зубчатым колесом роторов. Соответственно, установленный тяговый ролик или установленное тяговое зубчатое колесо выполнены с возможностью подвергаться воздействию стяжки со стороны ведущего диска или ведущего зубчатого колеса роторов, вращающихся противоположно друг другу, и тем самым - вращению, и может выдавать крутящий момент на ведущий вал. Поэтому данное изобретение применимо к динамотору любого типа при условии, что в него встроены два или более роторов, а эти роторы могут вращаться противоположно друг другу. То есть статор - по выбору - может быть постоянным магнитом или электромагнитом, а обмотка якоря - по выбору - может быть сосредоточенной, распределенной, тороидальной или относящейся к другому типу. Кроме того, применима конфигурация с радиальным зазором, в которой возбуждающие магниты, используемые в статоре, имеют приблизительно U-образную форму, хотя конфигурация с осевым зазором проще.
Поэтому существует лишь незначительный фактор, который накладывает ограничение на выбор динамотора для компоновки согласно данному изобретению. Вместе с тем, преобразуемый диапазон скорости преобразователя скорости, соответствующего данному изобретению, ограничен диаметром динамотора, то есть чем меньше диаметр, тем ýже становится выбор в преобразовании скорости, а чем больше диаметр, тем шире может быть преобразуемый диапазон скорости. На основе характеристик в преобразуемом диапазоне скорости согласно данному изобретению, можно будет легко и просто предложить примеры электродвигателей с тороидальными сердечниками, с которыми можно изготавливать динамоторы большого диаметра, а динамоторы других типов будут представлены только своими характерными участками.
На фиг.1, которая также является типичным чертежом, представлен пример, демонстрирующий базовую конструкцию динамотора со встроенным преобразователем скорости, соответствующего данному изобретению. В этом примере, в качестве возбуждающих магнитов в статоре (110) используются постоянные магниты (140) и тороидальные сердечники (210) используются в роторах (121, 122), а тяговый ролик (310) введен между ротором (121), выполненным с возможностью вращения по часовой стрелке, и ротором (122), выполненным с возможностью вращения против часовой стрелки. На фиг.1 показано, что ведущий диск (160), с которым тяговый ролик (310) вступает в контакт, корпус и/или кожух, накрывающий весь динамотор в целом, источник питания и/или электрические провода не показаны, чтобы можно было ясно рассмотреть основную конфигурацию без помех.
Каждый из тороидальных сердечников (210), образующих роторы (121, 122), показанные на фиг.1, выполнен в как катушка (212) тороидального сердечника, намотанная вокруг сердечника (211), как показано на фиг.2. Поскольку тороидальный сердечник (210) не имеет участка, который надо удерживать при манипуляциях, установочный инструмент (221), служащий также в качестве участка магнитного полюса, предусмотрен в зазоре между любой катушкой (212) тороидального сердечника и соседней катушкой (212) тороидального сердечника и установлен с возможностью вращения на центральный вал (100), как показано на фиг.3 и 4.
Статор (110), показанный на фиг.5, имеет конфигурацию, предусматривающую его выполнение как единого целого с ведущим валом (150). То есть ведущий вал (150) проходит по траектории от некоторой точки на окружности статора (110) через центральный вал (100) к другой точке статора (110). На ведущем валу (150) также расположены тяговые ролики (311) со встроенным устройством включения и выключения электропитания, три - для осуществления привода переднего хода и один - для осуществления привода заднего хода. С возможностью крепления к ведущему валу (150) также выполнен один ролик (312) регулирования воздушного зазора, который находится в нерабочем состоянии при отсутствии электропитания даже на ведущем валу (150). Устройство включения и отключения электропитания, встроенное в каждый тяговый ролик (311), изготовлено с помощью существующих методов, обычно предусматривающих использование устройств сцепления и блокируемых/деблокируемых храповых механизмов.
На фиг.6 показано, что три тяговых ролика (311) для осуществления привода переднего хода, один тяговый ролик (311) для осуществления привода заднего хода и один ролик (312) регулирования воздушного зазора, пронизанные ведущим валом (150), установлены в пространстве, образованном ведущим диском (160) ротора (121), выполненного с возможностью вращения по часовой стрелке, и ведущим диском (160) ротора (122), выполненного с возможностью вращения против часовой стрелки, которые противоположны друг другу. Устройство включения и отключения электропитания, которое допускает произвольное соединение и разъединение с ведущим валом (150), встроено в каждый тяговый ролик (311). С помощью устройств включения и отключения электропитания, один из тяговых роликов (311) может быть выбран произвольно и соединен с ведущим валом (150), то есть, на фиг.6 представлена конфигурация динамотора для трехскоростного привода переднего хода и односкоростного привода заднего хода.
На фиг.7 и 8 тяговые ролики (311), показанные на фиг.5 и 6, заменены тяговыми зубчатыми колесами (420). То есть три тяговых зубчатых колеса (421) для осуществления привода переднего хода, одно тяговое зубчатое колесо (421) для осуществления привода заднего хода и зубчатое колесо (422) регулирования воздушного зазора, которое находится в нерабочем состоянии без подключения электропитания даже на ведущем валу (150), установлены в пространстве, образованном ведущим зубчатым колесом (170) ротора (121), выполненного с возможностью вращения по часовой стрелке, и ведущим зубчатым колесом (170) ротора (122), выполненного с возможностью вращения против часовой стрелки, которые противоположны друг другу, при этом один торец периферии каждого зубчатого колеса выполнен с возможностью вступления в контакт с ведущим зубчатым колесом (170) ротора (121), выполненного с возможностью вращения по часовой стрелке, а другой торец периферии каждого зубчатого колеса выполнен с возможностью вступления в контакт с ведущим зубчатым колесом (170) ротора (122), выполненного с возможностью вращения против часовой стрелки, для обеспечения воздействия стяжки. В каждое из тяговых зубчатых колес (421) для осуществления привода переднего хода и тягового зубчатого колеса (421) для осуществления привода заднего хода встроено устройство для включения и отключения электропитания, которое допускает произвольное соединение любого одного из тяговых зубчатых колес (421) с ведущим валом (150). Соответственно, динамотор трехскоростного привода переднего хода и односкоростного привода заднего хода также имеет конфигурацию, показанную на фиг.7 и 8.
На фиг.9 и 10 показано, что в продольном направлении вдоль ведущего вала (150) образован зубец, а тяговый ролик (313) установлен с возможностью посадки и скольжения на этот зубец посредством обеспечивающего скольжение устройства. Это позволяет тяговому ролику (313) перемещаться в любое положение на ведущем валу (150) в пределах диапазона ведущих дисков (160), сопровождающих роторы (120), вследствие чего можно придать нужную конфигурацию бесступенчато регулируемому преобразователю скорости. Отметим, что поскольку тяговый ролик для осуществления привода заднего хода не установлен, роторы (120) обычно вращаются для осуществления привода заднего хода противоположно вращению в случае осуществления привода переднего хода. Отметим также, что если для воплощения компоновки согласно данному изобретению центральный вал (100) удаляют, тяговый ролик (313) выполнен с возможностью скольжения на диаметре статора (110) в противоположную сторону, и поэтому роторы (120) не должны вращаться противоположно друг другу.
На фиг.11 показаны характеристики магнитных полюсов, образованных каждым из тороидальных сердечников (210), которые используются, например, как показано на типичном чертеже данного изобретения. Участки (222) магнитных полюсов, образованные в тороидальных сердечниках (210) выполнены, например, как северный полюс N собирательно в любом направлении. Это создает различие с магнитными полюсами в случае якоря (510) с сосредоточенной обмоткой, показанного на фиг.14.
На фиг.12 представлен возможный динамотор со встроенным преобразователем скорости для достижения большего крутящего момента, в котором несколько роторов (121, 122) связаны и уложены в стопу посредством находящихся между ними стяжек (123) роторов. Количество стоп можно увеличивать в зависимости от требуемого крутящего момента.
На фиг.13 представлена концептуальная диаграмма для случая, в котором в статоре (110) используются якоря (электромагниты) (130), а в роторах (121, 122) используются постоянные магниты (140), и между ротором (121) и ротором (122), противоположными и выполненными с возможностью вращения противоположно друг другу, расположен тяговый ролик (310).
Как показано на фиг.14(B), в статоре (110) расположен якорь (510) с сосредоточенной обмоткой. В якоре (510) с сосредоточенной обмоткой сразу же после образования северного полюса N на одном конце, другой конец имеет отличающуюся полярность, т.е. образуется южный полюс S. Это создает различие с тороидальными сердечниками (210), показанными на фиг.11.
На фиг.15 и 16 представлен пример, в котором каждый из якорей (510) с сосредоточенными обмотками, используемых согласно фиг.13 и 14, заменен двумя тороидальными сердечниками (210). Тороидальные сердечники (210) также применимы в роторах (121, 122). Таким образом, данное изобретение можно воплотить в любой форме при условии, что ведущие диски (160) или ведущие зубчатые колеса (170) роторов (121, 122), выполненных с возможностью вращения противоположно друг другу, противоположны друг другу, образуя некоторое пространство, а в этом пространстве можно расположить, по меньшей мере, одно из тягового ролика (310) и тягового зубчатого колеса (421), пронизанного ведущим валом (150).
На фиг.5-14 и 16, демонстрирующих варианты осуществления данного изобретения, показано, что предусматривается ролик (312) регулирования воздушного зазора или зубчатое колесо (422) регулирования воздушного зазора, установленный или установленное на ведущем валу (150). Ролик (312) регулирования воздушного зазора или зубчатое колесо (422) регулирования воздушного зазора предназначается для поддержания зазора между магнитными полюсами с противодействием, например, давлению извне, прикладываемому к роторам (120). Вместе с тем на фиг.5-14 и 16 показано, что если давление извне прикладывается справа над тяговым роликом (310), тяговым зубчатым колесом (421), роликом (312) регулирования воздушного зазора и/или зубчатым колесом (422) регулирования воздушного зазора, рабочая точка возникает с задержкой 90 градусов по отношению к точке приложения из-за характеристик такого вращающегося тела, так что ничего не препятствует изменению зазоров в месте, где зазоры действительно могут изменяться. Чтобы решить эту задачу, можно добавить еще одно зубчатое колесо (422) регулирования воздушного зазора или еще один ролик (312) регулирования воздушного зазора, как показано в примере согласно фиг.17. Если можно скомпоновать такой механизм, в котором зазоры между магнитными полюсами статора и роторами можно поддерживать в четырех точках посредством тягового ролика (310), тягового зубчатого колеса (421), ролика (312) регулирования воздушного зазора и зубчатого колеса (422) регулирования воздушного зазора, можно запроектировать чрезвычайно малые зазоры между магнитными полюсами, что может внести вклад в увеличение крутящего момента динамотора.
Хотя динамотор со встроенным преобразователем скорости, показанный на фиг.5-16 согласно данному изобретению, имеет лишь один ведущий вал (150), возможна установка нескольких ведущих валов (150) с центральным валом (100) между ними. На фиг.18 показано, что ведущий вал (150) для привода на передние колеса и ведущий вал (150) для осуществления привода на задние колеса предусмотрены раздельными, чтобы достичь полного привода.
На фиг.19 показан пример, в котором динамотор со встроенным преобразователем скорости установлен под полом кабины в автотранспортном средстве, преобразователь скорости скомпонован так, что, по меньшей мере, одно из тягового ролика (310) и тягового зубчатого колеса (421), пронизанного ведущим валом (150), введено в пространство, образованного ведущим диском (160) или ведущим зубчатым колесом (170) ротора (121), выполненного с возможностью вращения по часовой стрелке, и ведущим диском (160) или ведущим зубчатым колесом (170) ротора (122), выполненного с возможностью вращения против часовой стрелки, которые противоположны друг другу. В этом случае, тяговое зубчатое колесо (421) обеспечивает достижение механизма трехскоростного привода переднего хода и односкоростного привода заднего хода.
Если динамотор со встроенным преобразователем скорости, соответствующий данному изобретению, имеет большой диаметр, несколько крутящих моментов независимо могут быть выданы одновременно, так что с помощью лишь одного такого динамотора оказывается возможным наличие и большого крутящего момента благодаря большому диаметру, и быстрого вращения благодаря преобразованию в преобразователе скорости. На фиг.20 и 21 показано, что тяговые ролики (310), пронизанные ведущими валами (150), которые установлены в четырех направлениях, установлены с возможностью скольжения в пространстве, образованного ведущим диском (160) ротора (121), выполненного с возможностью вращения по часовой стрелке, и ведущим диском (160) ротора (122), выполненного с возможностью вращения против часовой стрелки, которые противоположны друг другу, так что оказывается возможным независимое придание разных скоростей вращения соответственным ведущим валам (150). Таким образом, как показано на фиг.20, можно легко достичь рулевого управления с приводом на четыре колеса (4WS) автотранспортного средства с помощью лишь одного такого динамотора со встроенным преобразователем скорости. А с помощью конструкции, показанной на фиг.21, можно также достичь создания большого вертолета типа дрона.
Динамотор со встроенным преобразователем скорости, соответствующий данному изобретению, который включает в себя ролик регулирования воздушного зазора или зубчатое колесо регулирования воздушного зазора, легко может поддерживать зазоры. Это обеспечивает достаточно проявляемый эффект увеличения крутящего момента благодаря увеличению диаметра. Например, летающему парому или авианосцу можно придать нужную конфигурацию путем объединения нескольких механизмов для вращения четырех несущих винтов диаметром примерно 30 м на основе лишь одного динамотора со встроенным преобразователем скорости диаметром от 40 до 50 м. На фиг.22 показан возможный авианосец.
Когда динамотор со встроенным преобразователем скорости, соответствующий данному изобретению, применяют к электромобилю, система, в которой несколько тяговых роликов (310) или тяговых зубчатых колес (421), входящих в состав динамотора со встроенным преобразователем скорости, избирательно соединяются устройствами включения и отключения электропитания с ведущим валом, может обеспечить эффективные режимы привода для разных целей под программным управлением посредством компьютера. Например, если в качестве устройства включения и отключения электропитания, встроенного в тяговый ролик (310) или тяговое зубчатое колесо (421), применяется электромагнитная муфта для привода на первой передаче (малой скорости), так что можно регулировать электромагнитную силу, возможно достижение полумуфты. Кроме того, оптимальная скорость вращения динамотора и одного из нескольких тяговых роликов (310) или тяговых зубчатых колес (421), соединяемых с ведущим валом (150), может быть выбрана исходя из данных скорости транспортного средства под программным управлением посредством компьютера. То есть всякий раз относительно легко выбрать одно из трогания на подъеме, спортивной езды или экономичной и спокойной езды. Соответственно, простота программного управления посредством компьютера как характеристика динамотора со встроенным преобразователем скорости позволяет обеспечить ведущий электродвигатель, наиболее подходящий для предполагаемого автоматического управления и/или автоматической работы электромобилей.
Пример 1
На фиг.6, 8, 10, 12, 14 и 16 показаны примеры динамоторов со встроенным преобразователем скорости, отличающихся тем, что они имеют для статора, образованного расположенными кольцом постоянными магнитами или электромагнитами в качестве возбуждающих магнитов, по меньшей мере, один ротор, установленный с возможностью вращения на центральный вал для вращения по часовой стрелке, по меньшей мере, с одним из ведущего диска и ведущего зубчатого колеса с одной осевой стороны от центра кольцевого статора и по меньшей мере, один ротор, установленный с возможностью вращения на центральный вал для вращения против часовой стрелки, по меньшей мере, с одним из ведущего диска и ведущего зубчатого колеса с другой осевой стороны от центра кольцевого статора, причем динамотор со встроенным преобразователем скорости имеет конструкцию, в которой на участке, окруженном ведущим диском или ведущим зубчатым колесом ротора, выполненного с возможностью вращения по часовой стрелке, и ведущим диском или ведущим зубчатым колесом ротора, выполненного с возможностью вращения против часовой стрелки, предусмотрено пространство и имеется радиальная полость статора, а когда тяговый ролик или тяговое зубчатое колесо, пронизанный или пронизанное ведущим валом, вводится в предусмотренное пространство, тяговый ролик вступает в контакт с ведущим диском, подвергаясь воздействию стяжки и тем самым - вращению, а тяговое зубчатое колесо вступает в контакт с ведущим зубчатым колесом, подвергаясь воздействию стяжки и тем самым - вращению, вследствие чего оказывается возможной выдача выходной мощности на ведущий вал, который пронизывает тяговый ролик или тяговое зубчатое колесо.
Пример 2
На фиг.6, 8, 12, 14, 16, и 19 показаны примеры динамоторов со встроенным преобразователем скорости, описанных в примере 1, в которых соединение и разъединение между тяговыми роликами или тяговыми зубчатыми колесами и ведущим валом может быть выбрано произвольно устройствами включения и отключения электропитания.
Пример 3
На фиг.10, 20, 21, и 22 показаны примеры динамоторов со встроенным преобразователем скорости, описанных в примере 1, в которых тяговые ролики выполнены с возможностью скольжения по ведущему валу.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Динамоторы характеризуются двумя противоречащими друг другу требованиями: увеличенного крутящего момента для привода транспортного средства большой грузоподъемности, такого, как крупногабаритные транспортные средства и танки, и сниженного веса для установки на воздушные суда, такие, как вертолеты и дроны. Чтобы удовлетворить этим двум требованиям одновременно, необходимо увеличить диаметр, а значит - и крутящий момент такого динамотора, а также сохранить зазоры между магнитами на периферийном участке надлежащим образом даже при таком увеличенном диаметре, и дополнительно сосредоточить механизмы, предназначенные для вращения, на периферийном участке динамотора, огораживающем центральный участок, а значит - и снизить вес. В механизме, соответствующем данному изобретению, в котором крутящий момент отбирают за счет введения тягового ролика или тягового зубчатого колеса, пронизанного ведущим валом, в пространство, в котором ведущий диск или ведущее зубчатое колесо ротора, выполненного с возможностью вращения по часовой стрелке, и ведущий диск или ведущее зубчатое колесо ротора, выполненное с возможностью вращения против часовой стрелки, противоположны друг другу, ролик регулирования воздушного зазора или зубчатое колесо регулирования воздушного зазора, пронизанный или пронизанное ведущим валом, либо сам тяговый ролик или само тяговое зубчатое колесо, пронизанный или пронизанное ведущим валом, упрощает сохранение - при его диаметре - зазоров между магнитами, установленными на периферийном участке динамотора в исключительно узком промежутке примерно 0,5 мм безотносительно диаметра динамотора. Это позволяет одновременно удовлетворить обоим требованиям - увеличения крутящего момента и снижения веса - для применения в качестве источника мощности, как для танков, так и для вертолетов. В дополнение к этому, поскольку динамотор со встроенным преобразователем скорости, соответствующий данному изобретению, имеет простую конструкцию, можно надлежащим образом поддерживать малое количество деталей и получить механизм, с помощью которого можно надлежащим образом поддерживать зазоры даже под воздействием давления извне, а количество мест, где необходимо регулирование при установке, можно сократить, что также проявляется в снижении затрат на изготовление и/или затрат на эксплуатацию при использовании в качестве ведущего электродвигателя электромобиля.
ПРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
100: Центральный вал
110: Статор
120: Ротор
121: Ротор (выполненный с возможностью вращения по часовой стрелке)
122: Ротор (выполненный с возможностью вращения против часовой стрелки)
123: Стяжка роторов
130: Якорь (электромагнит)
140: Постоянный магнит
150: Ведущий вал
160: Ведущий диск
170: Ведущее зубчатое колесо
210: Тороидальный сердечник
211: Ленточный сердечник
212: Катушка тороидального сердечника
221: Установочный инструмент
222: Участок магнитных полюсов установочного инструмента
310: Тяговый ролик
311: Тяговый ролик (с устройством включения и отключения электропитания)
312: Ролик регулирования воздушного зазора
313: Тяговый ролик (с обеспечивающим скольжение устройством)
420: Тяговое зубчатое колесо
421: Тяговое зубчатое колесо (с устройством включения и отключения электропитания)
422: Зубчатое колесо регулирования воздушного зазора
510: Якорь с сосредоточенной обмоткой
511: Лист слоистой магнитной стали
512: Сосредоточенная обмотка
513: Держатель якоря с сосредоточенной обмоткой
611: Воздушное судно
612: Пост оперативного контроля палубных работ
613: Ротор управления направлением движущей силы
614: Радар предупреждения столкновений и кругового обзора.