ДВУХРОТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ОБОРОТАМИ ВАЛА
DOUBLE-ROTOR ELECTRIC MOTOR WITH CONTROLLED SHAFT ROTATIONS

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и других механизмов, в которых необходимо изменение оборотов выходного 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.
Недостатком этого способа 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.
Задачей изобретения является осуществление плавного изменения оборотов выходного вала устройства с изменением передаточного отношения и крутящего момента во всем диапазоне скоростей, в зависимости от нагрузки, при оптимальном режиме работы 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 выходным 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 выходного вала, частично блокируя передачу, уменьшает стремление к взаимному относительному противоположному вращению ротора электродвигателя и второго ротора. Второй выход также соединен с обгонной муфтой, ответной частью соединенной с корпусом и препятствующей вращению второго ротора в сторону, противоположную направлению вращения ротора электродвигателя, что приводит к увеличению крутящего момента электродвигателя при разгоне. При вращении ротора электродвигателя вращение со входа передачи передается на выходной вал и на второй ротор, индуктивно связанный с ротором электродвигателя, который, при его вращении, наводит во втором роторе электродвижущую силу, и при наличии регулируемой нагрузки в его цепи, если это необходимо, 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 выходного вала и к возможности управления темпом роста его оборотов, которые могут изменяться при изменении соотношения крутящего момента, зависящего от величины нагрузки в цепи второго ротора и крутящего момента на выходном валу. Это позволяет при постоянных оптимальных оборотах ротора электродвигателя изменять, в зависимости от нагрузки, крутящий момент и обороты выходного вала. Второй выход также соединен с обгонной муфтой, которая ответной частью соединена с корпусом. При разгоне, при наличии нагрузки на выходном валу, второй ротор стремится к вращению в обратную сторону. Этому препятствует обгонная муфта, соединенная с ним. Второй ротор останавливается, и дифференциальная передача работает как редуктор с большим передаточным отношением, увеличивая пропорционально передаточному отношению крутящий момент на выходном валу. Когда механизм раскрутится вокруг своей оси до такой скорости, что обгонная муфта выйдет из соединения, то дальнейший разгон будет происходить при крутящем моменте, равном крутящему моменту, развиваемому вращением ротора электродвигателя. При увеличении нагрузки на выходном валу второй ротор будет стремиться к обратному вращению, обгонная муфта снова будет препятствовать этому и крутящий момент на выходном валу снова увеличится, обороты выходного вала уменьшатся, а обороты ротора электродвигателя останутся неизменными.
Изобретение поясняется чертежом. На чертеже для примера показан электродвигатель с вертикальной осью вращения. Со статором 1 индуктивно связан ротор 2, который установлен на водиле 3 дифференциальной передачи и на котором установлены пары сателлитов 4 и 5, которые обкатываются по двум центральным колесам различного диаметра 7 и 8. Центральное колесо 7 соединено с выходным валом 6, а центральное колесо 8 свободно вращается на валу, но соединено с обгонной муфтой 9 и со вторым ротором 10. При вращении ротора электродвигателя 2 сателлиты стремятся вращать центральные колеса в разных направлениях. Но обгонная муфта 9 препятствует вращению второго ротора в обратную вращению сторону и центральное колесо 8 останавливается, а вращение передается через сателлиты на центральное колесо 7 и выходной вал 6. Ротор электродвигателя 2 индуктивно связан со вторым ротором 10, поэтому второй ротор при вращении ротора электродвигателя вырабатывает электроэнергию, а сила, возникающая при наличии нагрузки в его цепи, увлекает второй ротор в ту же сторону, в которую вращается ротор электродвигателя, частично блокируя дифференциал, заставляя весь механизм раскручиваться вокруг своей оси, уменьшая суммарное передаточное отношение механизма, состоящее из передаточного отношения зубчатой передачи и вращения механизма вокруг своей оси. Передаточное отношение изменяется от максимальной величины, определяемой параметрами зубчатых колес передачи, когда вращение передается только через зубчатую передачу, до единицы, когда весь механизм вращается вокруг своей оси, сателлиты по центральным колесам не катятся, а у роторов нет взаимного относительного вращения, что возможно, как и в случае электроиндукционной муфты, только при отсутствии нагрузки на выходном валу. При увеличении электрической нагрузки в цепи второго ротора увеличивается величина силы, увлекающей его за ротором электродвигателя, темп разгона выходного вала увеличивается.