АВТОМАТИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ ВНУТРИ КОЛЕСА
AUTOMATIC TRANSMISSION INSIDE WHEEL

Изобретение относится к области транспортного машиностроения.
Известны различные способы управления оборотами и крутящим моментом на транспорте. Наиболее распространенными являются коробки скоростей с переключением зубчатых зацеплений, вариаторы, автоматические коробки скоростей, трансматик, вариоматик и другие. Недостатком зубчатых редукторов является то, что при их использовании передаточное отношение трансмиссии изменяется ступенчато, двигатель в большинстве режимов 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 приводит к удорожанию и усложнению конструкции, а вследствие этого к уменьшению степени надежности. Такие механизмы описаны, например, в Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике», том 4 «Зубчатые механизмы» и том 5 «Фрикционные механизмы». Москва. Наука, 1980 г. 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. Недостатками способа управления частотой тока являются большая стоимость преобразователей, их сложность, низкий КПД, ненадежность и то, что для преобразователей для электродвигателей большой мощности пока не создана надежная элементная база. Копылов И.П. Электрические машины - 2-е издание, переработанное - Москва: Высшая школа; Логос, 2000, также в Ключев В.И. Теория электропривода. - Москва: Энергоатомиздат, 1985. Также способ частотного управления вращением не позволяет многократно увеличивать крутящий момент на ведомом валу.
Задачей изобретения является осуществление простого и оптимально работающего механизма, находящегося внутри колеса, для его разгона с автоматическим изменением передаточного отношения и крутящего момента при неизменных оборотах вала привода. Приводом может быть любой двигатель, в том числе электромотор с постоянным крутящим моментом и с постоянными оборотами, расположенный непосредственно у колеса, либо встроенный в конструкцию колеса.
Поставленная цель достигается тем, что в колесо встраивается механизм, состоящий из планетарной передачи и силовой электромагнитной муфты скольжения любого типа из известных. Вал привода подключается к водилу, венец установлен на диске колеса и жестко соединен с ним. Солнечная шестерня соединена с индуктором электромагнитной муфты скольжения, который вместе с шестерней свободно вращается на валу привода. Якорь электромагнитной муфты установлен на валу привода и жестко с ним соединен. Тогда, при вращении вала привода, венец, соединенный с колесом, будет вращаться с оборотами, уменьшенными пропорционально передаточному отношению планетарной передачи в ту же сторону, что и вал привода. Индуктор электромагнитной муфты, соединенный с центральным колесом, будет стремиться к вращению в обратную сторону с увеличением оборотов, относительно оборотов вращения вала привода, также пропорционально параметрам планетарной передачи, но при этом крутящий момент на электромагнитной муфте будет меньше, чем на колесе. Так как якорь электромагнитной муфты вращается в ту же сторону, что и вал привода, и жестко с ним соединен, он увлекает за собой индуктивно связанный с ним индуктор электромагнитной силовой муфты скольжения и частично блокирует планетарный механизм, что приводит к замедлению качения сателлитов по венцу и к уменьшению передаточного отношения от вала привода к колесу. Якорь и индуктор могут быть установлены иначе. Якорь может быть соединен с центральным колесом, а индуктор с валом привода. Сила сцепления электромагнитной муфты может управляться любым из известных способов, что позволит управлять крутящим моментом данной трансмиссии и темпом разгона транспортного средства, но муфта может быть и не управляемая, например, с постоянными магнитами вместо обмоток возбуждения на индукторе. При увеличении момента сопротивления колесо тормозится, скольжение в силовой муфте увеличивается, сателлиты в большей степени катятся по колесу, передаточное отношение от вала привода на колесо увеличивается, его обороты уменьшаются, а крутящий момент соответственно увеличивается. Центральное колесо может даже остановиться и вращаться в обратную сторону, при этом крутящий момент на колесе будет максимальный и будет превышать крутящий момент вала привода в несколько раз, пропорционально передаточному отношению планетарной передачи. При малой потребной нагрузке, при уменьшении момента сопротивления, скольжение в электромагнитной муфте уменьшится, передаточное отношение станет меньше, колесо будет ускоряться, а крутящий момент будет в той же степени уменьшаться. Передаточное отношение и крутящий момент такой трансмиссии будет зависеть и автоматически изменяться от нагрузки на колесе.
Изобретение поясняется чертежом. Вал 1 двигателя 2 соединен с водилом 3 и якорем электромагнитной муфты 8. Вращение через сателлиты 5 передается на центральное колесо 4 и венец 6, который соединен с колесом транспортного средства 9. Центральное колесо 4 свободно вращается на валу, но соединено с индуктором 7 электромагнитной муфты скольжения. При вращении вала 1 венец 6 вращается в ту же сторону, что и двигатель, но при этом пропорционально передаточному отношению планетарной передачи увеличивается его крутящий момент, а обороты в той же степени уменьшаются. Центральное колесо 4 стремится к вращению в обратную сторону, его крутящий момент многократно меньше. Якорь электромагнитной муфты 8 увлекает индуктор 7 и соединенное с ним центральное колесо 4 за валом двигателя 1 и частично блокирует планетарную передачу, увеличивая скорость вращения венца 6 и соединенного с ним колеса 9. При этом сателлиты будут замедлять качение по центральному колесу и венцу, а планетарная передача в большей степени будет целиком вращаться вокруг оси. От величины скольжения в электромагнитной муфте зависит передача доли движения через элементы планетарной передачи, изменяющей при этом передаточное отношение и крутящий момент от вала двигателя к колесу.