Способ преобразования направления и величины угловой скорости вращения и реверсивная электромеханическая передача

Изобретение относится к электромеханическим передачам для регулирования частоты вращения и реверсирования рабочих органов механизмов. Технический результат изобретения - обеспечение реверсирования (изменения направления вращения) и плавное регулирование величины угловой скорости вращения. Реверсивная электромеханическая передачи включает корпус (1) электродвигателя, вал (ротор) (2) электродвигателя, подшипниковые опоры (3), регулятор (4) момента инерции вала (2), тормозной диск (5), токоподводящие контакты скольжения (6). Устройство работает на основе закона изменения кинетического момента технической системы для получения эффекта реверса и преобразования величины и направления угловой скорости рабочего органа машины. В зависимости от соотношения моментов инерции - величина и направление угловой скорости корпуса (1) электродвигателя с тормозным диском (5) будет изменяться. Значение отношения - можно изменять с помощью регулятора (4) момента инерции вала (2). 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электромеханическим передачам для регулирования частоты вращения и реверсирования рабочих органов механизмов без изменения направления вращения приводного двигателя и может быть использовано в качестве реверсивного вариатора в приводах различных машин и механизмов, а также для демонстрации закона изменения кинетического момента системы и сложного движения.

Широко известны способы преобразования направления угловой скорости, основанные на реверсе электродвигателей на основе изменения полярностей обмоток возбуждения и применения дифференциальных зубчатых передач.

Известна реверсивная электромеханическая передача с ведомым валом из описания изобретения к авторскому свидетельству СССР №1418864, кл. H02K 49/04, опубл. 23.08.88, бюл. №31, содержащая приводной электродвигатель и корпус передачи, два индукционных тормоза с кольцевыми обмотками возбуждения и два механических дифференциала с водилом, свободно установленным в подшипниках на ведомом валу, сателлитами и цилиндрическими зубчатыми колесами, в одном из которых внутреннее центральное колесо соединено с ротором одного индукционного тормоза, в другом - внутреннее центральное колесо соединено с ведомым валом передачи, а внешнее - с ротором второго индукционного тормоза, статор электродвигателя установлен в средней части корпуса передачи, а его ротор закреплен на водиле и снабжен немагнитным средним кольцом.

Недостатком таких способа и устройства является громоздкость и сложность конструкции.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и создание устройства, работающего на основе закона изменения кинетического момента технической системы для получения эффекта реверса и преобразования направления и величины угловой скорости рабочего органа машины.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе преобразования направления и величины угловой скорости вращения, включающем реверс электродвигателей, используют изменение соотношения моментов инерции вала и корпуса электродвигателя, приводящее к изменению величины и направления угловой скорости вращения корпуса электродвигателя при постоянной угловой скорости вала согласно закону изменения кинетического момента системы.

Заявляемый способ реализуется в устройстве, которое представляет собой реверсивную электромеханическую передачу, содержащую электродвигатель, корпус и вал, закрепленный в подшипниковых опорах, тормозное устройство и контактные кольца, при этом вал удлинен посредством жесткой муфты и на конце вала при помощи шлицев закреплен регулятор момента инерции, а на корпусе электродвигателя установлено тормозное устройство в виде тормозного диска, контактные кольца выполнены электрически изолированными от корпуса электродвигателя.

На фигуре приведена схема реверсивной электромеханической передачи, на которой: 1 - корпус электродвигателя, 2 - вал (ротор) электродвигателя, 3 - подшипниковые опоры, 4 - регулятор момента инерции вала, включающий штанги 7 и грузы 8; 5 - тормозной диск, 6 - контакты скольжения токоподводящие.

Линия питания электродвигателя содержит контактные кольца и токоподводящие контакты скольжения 6, контактные кольца выполнены электрически изолированными от корпуса 1 и соединены с соответствующими выводами обмотки статора (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя вал 2 начинает вращаться с постоянной (установившейся) угловой скоростью ω_уст., корпус 1 под действием реактивного момента внутренних сил стремится вращаться в сторону, противоположную направлению вращения вала 2, этому препятствует тормозной момент, приложенный к тормозному диску 5 со стороны, например, рабочих органов машины, полагаем его постоянным: .

В зависимости от соотношения моментов инерции J₁ и J₂, где

- сумма моментов инерции корпуса 1 и тормозного диска 5;

- сумма моментов инерции вала 2 и регулятора 4 момента инерции вала 2, величина и направление угловой скорости корпуса электродвигателя 1 с тормозным диском 5 будет изменяться. Значение отношения можно изменять с помощью регулятора 4 момента инерции вала 2, изменяя момент инерции путем изменения угла между штангами 7 регулятора 4, при этом изменяя расстояние грузов 8 до оси вращения вала 2.

Указанный эффект является следствием теоремы об изменении кинетического момента системы: (корпус электродвигателя + тормозной диск 5) - (вал электродвигателя 2 + регулятор момента инерции вала 4), к которой приложен внешний тормозной момент М_торм. в результате возникающей ассиметрии внутренних сил взаимодействия ротора вала 2 электродвигателя и статора корпуса 1 электродвигателя:

где

L₁ - кинетический момент корпуса 1 и диска 5;

L₂ - кинетический момент вала 2 и регулятора 4;

χ - некоторая постоянная крутизны механической характеристики мотора (зависимость крутящего момента от угловой скорости ω вращения вала).

- тормозной момент трогания.

При выполнении условия - вращение вала 2 и корпуса 1 будет происходить в одну сторону, а при выполнении условия - вращение вала 2 и корпуса 1 будет происходить в противоположных направлениях, здесь M₀ - пусковой крутящий момент на валу 2 электродвигателя.

Экспериментальная проверка заявляемого устройства подтвердила, что наличие регулятора 4 момента инерции вала позволяет производить реверсирование (изменение направления вращения) и плавное регулирование величины угловой скорости вращения корпуса 1 с тормозным диском 5 без применения дополнительных устройств в виде зубчатых, волновых и других передач и без изменения угловой скорости вала 2.

1. Способ преобразования направления и величины угловой скорости вращения, включающий реверс электродвигателей, отличающийся тем, что используют изменение соотношения моментов инерции вала и корпуса электродвигателя, приводящее к изменению величины и направления угловой скорости вращения корпуса электродвигателя при постоянной угловой скорости вала, согласно закону изменения кинетического момента системы.

2. Реверсивная электромеханическая передача, содержащая электродвигатель, корпус и вал, закрепленный в подшипниковых опорах, тормозное устройство и контактные кольца, отличающаяся тем, что вал удлинен посредством жесткой муфты, и на конце вала при помощи шлицев закреплен регулятор момента инерции, а на корпусе электродвигателя установлено тормозное устройство в виде тормозного диска, контактные кольца выполнены электрически изолированными от корпуса электродвигателя.