ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике и может применяться в трансмиссиях, где требуется плавное изменение передаточного отношения.

Описание предшествующего уровня техники

Известен электромагнитный вариатор, содержащий электрические машины, обмотки которых связаны между собой (см. RU2012980 С1, опуб., 15.05.1994).

Недостатками известного вариатора являются увеличенные потери энергии из-за необходимости преобразования всей механической энергии в электрическую и обратного преобразования всей электрической энергии в механическую, а также необходимость применения щеточных узлов при передаче электроэнергии с подвижных компонентов вариатора на неподвижные и обратно.

Сущность изобретения

Техническим результатом является повышение КПД за счет уменьшения величины двойного преобразования энергии, а также устранения потерь при отводе электроэнергии от машины и при обратном ее подводе за счет компоновки якорей обеих машин в одном общем вращающемся блоке, в котором также расположены инверторы этих электрических машин. Поставленная задача достигается тем, что электромагнитный вариатор содержит, по меньшей мере, две электрические машины, установленные в корпусе, входной и выходной валы, расположенные соосно, при этом на входном валу установлен вращающийся ротор первой машины, взаимодействующий с якорем первой машины, который установлен на выходном валу вариатора, якорь второй машины также установлен на выходном валу, а его обмотки электрически соединены с обмотками якоря первой машины с образованием единого вращающегося индукторного блока, а не вращающийся ротор второй машины, взаимодействующий с якорем второй машины, соединен с корпусом вариатора, причем каждая машина снабжена инвертором.

Поставленная задача достигается также тем, что ротор второй машины может быть установлен с возможностью управляемого поступательного перемещения вдоль оси вращения якоря.

Поставленная задача достигается также тем, что ротор второй машины может взаимодействовать с корпусом посредством муфты свободного хода с возможностью вращения вокруг оси вращения якоря в одном направлении.

Поставленная задача достигается также тем, что вариатор может содержать, по меньшей мере, одну дополнительную электрическую машину, якорь которой установлен на выходном валу, а не вращающийся ротор связан с корпусом вариатора.

При этом ротор дополнительной электрической машины может быть связан с выходным валом посредством механического редуктора.

Поставленная задача достигается также тем, что вариатор может быть снабжен управляемой муфтой, установленной с возможностью временного соединения входного и выходного валов.

Поставленная задача достигается также тем, что электрические машины в составе вариатора могут быть выполнены синхронного или асинхронного принципа действия. Изобретение поясняется при помощи чертежей.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема описываемого вариатора;

На фиг. 2 - схема вариатора с дополнительной электрической машиной.

Описание предпочтительного варианта осуществления

Вариатор содержит входной вал 1, установленный в опорах корпуса 2, на котором установлен вращающийся ротор 3 первой электрической машины, взаимодействующий с обмотками 4 якоря 5 первой машины, который размещен на выходном валу 6 вариатора. На роторе 3 установлены постоянные магниты 7, а вал 6 расположен соосно входному валу 1. На выходном валу 6 также размещен якорь 8 второй электрической машины, обмотки 9 которого электрически связаны с обмотками 4 якоря 5 первой машины через инвертор 12 первой электрической машины и ивертор 13 второй электрической машины и образуют с ними единый вращающийся индукторный блок. Не вращающийся ротор (индуктор) 10 второй машины снабжен постоянным и магнитами 11 и взаимодействует с обмотками 9 якоря 8 второй машины и размещен в корпусе 2 вариатора. При этом ротор 10 может быть жестко и неподвижно закреплен в корпусе 2. Либо ротор 10 установлен в корпусе 2 с возможностью управляемого поступательного перемещения вдоль оси вращения якоря 8. Инверторы 12 и 13 соединены посредством электрической шины 14. При наличии третьей электрической машины в вариаторе, на выходном валу 6 установлен якорь 15 с обмотками 16, взаимодействующий с магнитами 17 ротора 18, который может быть связан с выходным валом 6 посредством механического зубчатого редуктора 19. При этом дополнительная машина снабжена инвертором 20.

Вариатор работает следующим образом. Входной вал 1 приводит во вращение установленный на нем ротор 3 с постоянными магнитами 7, наводящий ЭДС в обмотках 4 якоря 5. Входной момент, приложенный ко входному валу и соединенному с ним ротору первой электрической машины, передается через якорь 5 на соединенный с ним выходной вал 6. Вся электрическая энергия, выработанная первой электрической машиной, через инвертор 12 преобразуется в постоянное напряжение, которое по шинам 14 поступает через инвертор 13 на вторую электрическую машину, ротор 10 которой соединен с корпусом 2 вариатора. Момент второй электрической машины также прикладывается к выходному валу 6, так как якорь 8 второй электрической машины так же жестко соединен с выходным валом 6. Рабочие обороты первой электрической машины определяет разность вращения входного и выходного валов. Соответственно, при постоянном входном моменте первая электрическая машина вырабатывает разное количество электрической энергии. При большой разнице вырабатывается больше электрической энергии, соответственно, увеличивается и выходной момент, так как вся выработанная первой машиной электрическая энергия поступает на вторую электрическую машину, весь крутящий момент которой также прикладывается к выходному валу 6. При малой разнице оборотов входного 1 и выходного 6 валов (малом передаточном отношении вариатора) на первой электрической машине вырабатывается меньшее количество электрической энергии и, соответственно, меньше момент, добавляемый на выходной вал 6 второй электрической машиной. В результате с ростом передаточного отношения вариатора растет момент на выходе. При уменьшении передаточного отношения момент уменьшается, при этом растет общий КПД вариатора, так как растет доля энергии, которая проходит через вариатор без двойного преобразования энергии (механическая электрическая - механическая).

При этом на некоторых режимах работы вариатора возможно соединение входного вала 1 напрямую с выходным валом 6 для экономии энергии. Установка на выходной вал дополнительных электрических машин, как показано на фиг. 2, позволяет расширить рабочий диапазон соотношения частот вращения и моментов входного и выходного валов и оптимизировать характеристику крутящего момента на выходном валу в зависимости от внешних условий, заданных потребителем.

Электрические машины в составе вариатора могут быть синхронного принципа действия или асинхронного.

Описываемой вариатор способен работать как в направлении передачи энергии от входного вала к выходному, так и в обратном направлении - к входному валу. В этом случае вторая машина работает в режиме генератора, а первая в режиме двигателя.

Промышленная применимость

Таким образом, использование заявленного вариатора позволяет повысить КПД системы за счет большой доли передаваемой напрямую механической энергии без преобразования ее из механической в электрическую, и обратно. Все силовые электрические компоненты вариатора находятся в одном вращающемся блоке, и большие токи силовых модулей не выхрдят за его пределы. При этом предотвращаются потери при передаче электрической энергии от одной машины во внешнюю систему управления и возврате этой энергии на другую машину, через сильноточные щеточные узлы.