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

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 _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;

- некоторая постоянная крутизны механической характеристики мотора (зависимость крутящего момента от угловой скорости 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.